面向5G 的行业专网研究概述及启示（上）

孔祥琦，骆 骁，王文俭，3 通信作者，方 箭

（1.国家无线电监测中心检测中心，北京 100041；2.中国信息通信研究院西部分院，重庆 401336；3.北京交通大学，北京 100876；4.国家无线电监测中心，北京 100037）

0 引言

据全球移动供应商协会（GSA）研究报告显示，截至2021年3月，132个国家或地区的428家运营商在以测试、试验、试点、规划和实际部署等形式研究5G 网络，其中，全球已经在64个国家和地区商用了153张5G 网络，5G 网络在全球加速部署为5G 在垂直行业应用创造了基础条件，韩国、日本、美国、德国等国在制造业、智慧城市、智慧医疗、智慧农业等方面开展探索或应用。自2019年我国5G 商用以来，5G 建设和应用取得了快速发展。根据工信部官方数据，至2020年年底，全国已开通了超过71.8万个5G 基站，实现全国所有地级城市的5G网络覆盖，终端链节规模全球占比超过了85%。至2021年2月，三家基础电信运营商5G 手机终端连接数达2.6亿户，发展蜂窝物联网用户达11.54亿户，其中应用于智能制造、智慧交通、智慧公共事业的终端用户占比分别达17.7%、20.9%、21.8%。

1 5G 行业专网技术路线

1.1 5G 行业专网标准化情况

5G 技术的行业专网标准化工作主要在第三代合作伙伴计划（3GPP）框架下开展，各行业尚未根据自身特点开展相关标准化工作。2017 年，3GPP开始5G 标准化工作，于12月完成了5G NSA（非独立组网）R15版本标准，于2018年6月完成了5G SA（独立组网）R15版本标准，主要解决eMBB 和基础的uRLLC应用场景，特别是5G SA 标准，降低了对4G 网络的依赖性，更好地支持5G 大带宽、低时延和大连接等各类业务，通过全新网络架构、网络切片、移动边缘计算等特性满足不同垂直行业应用。2020 年6 月，3GPP 完成了5G R16 版本标准，实现5G 与TSN（Time Sensitive Networking，时间敏感网络）集成，通过“持1微秒同步精度”“0.5-1毫秒空口时延”“‘六个九’可靠性”“灵活的终端组管理”等，提升了工业互联网应用支撑能力；启动5G NR V2X 车联网标准化工作，强化时延、可靠性、容量等技术指标，以支持车辆编队、半自动驾驶、外延传感器、远程驾驶等场景，服务车联网应用；引入非公共网络（NPN，Non-Public Network），通过定义了SNPN（Stand-alone NPN，独立NPN）和PNI-NPN（Public network integrated NPN，公共网络集成NPN）两种组网模式，实现5G 行业专网的多样性。预计5G R17版本标准将持续增强5G网络对垂直行业应用的支持能力。总之，3GPP 5G 标准的持续演进为5G 向垂直行业的纵深发展创造了标准前提和技术基础。

1.2 5G 行业专网模式

目前，5G 行业专网模式主要分为独立专网、混合专网、虚拟专网三种。我国电信运营企业基于上述三种模式发布了各自的5G 行业专网解决方案，即中国移动的“优享、专享、尊享”，中国电信的“致远、比邻、如翼”，中国联通的“虚拟专网、混合专网、独立专网”。如图1所示。

图1 5G行业专网模式

（1）独立专网模式。用户通过专用频段部署全套的5G 网络，包括5G 基站（gNB）、用户面管理功能（UPF）、5G 核心网控制平面（5GC CP）、统一数据管理（UDM）、多接入边缘计算（MEC）等端到端网络设施，不需要5G公网独立承载用户自身业务。专用频段可以是国家规划的5G 专用频率，也可以是运营商通过许可的公网频率，但后者只能在特定应用场景使用，即可以实现5G 独立专网与5G 公网同频物理隔离的区域。

按独立专网模式部署时，可以在5G 公网无法覆盖的地方提供服务接入，提升室内、偏远地区和地下等场景的覆盖能力。由于5G 专网与5G 公网部署的物理隔离，可保证用户数据的安全性，并通过网络灵活部署和合理配 置，最大程度满足网络对时延、可靠性、容量等需求，适配用户各种应用场景，实现真正意义的“定制化”。但其需要专用频段频率资源支撑，特别是发展初期，产业链不完善情况下，网络建设和运营维护成本较高。

（2）混合专网模式。混合专网模式通过5G 专网和5G 公网共用部分单元实现共享，包括无线接入网（RAN）共享、RAN 和控制平面共享等。目前，主流的解决方案是5G 专网和5G 公网共享基站、传输以及核心网中的控制面单元，但需要将UPF 和MEC 下沉到用户内部。

按混合专网模式部署时，可依托现有的5G 公网，建设和运营成本将有所降低，UPF 和MEC 下沉可以实现数据不出场，在时延方面特性可得到显著提升，实现一定程度的数据安全，但随着共享的设备越多，企业的安全性、隐私性也存在部分隐患。

（3）虚拟专网模式。虚拟专网模式通过5G 专网和5G 公网共用接入网和核心网，实现端到端完全共享，运营商通过网络切片提供逻辑定制化专用通道，来满足不同用户在时延、带宽、安全性、可靠性等方面的不同需求。

按虚拟专网模式部署时，实现了公网和专网的完全共享，可以大大降低5G 专网建设成本，但数据隐私性和安全性无法保障，个性化服务水平也相对较弱。

2 国际5G 行业应用发展情况分析

2.1 国际5G 行业应用发展情况

现代商业行为和政府管理对大数据、安全性、数字化和流动性的要求加大了基于4G 或5G 专用移动网络的需求，专用网络可以实现语音、数据、视频传递以及人-机-物的信息交互。应用场景主要包括港口和机场及其他交通枢纽、发电设施、制造企业、体育场馆、矿山和采掘业（自然资源）、城镇网络、铁路、航运企业、教育机构、医疗机构等。据诺基亚2019年统计报告显示，全球有近1 500万家企业和场所具有潜在4G/5G 专网需求，其中，工业制造领域需求最大，超过1 000万家工厂。据国际咨询机构ABI Research 研究显示，到2032年，独立部署的5G 专网支出将超过基于5G 公网的专用网络，并呈现出高速增长趋势，到2036年，全球5G 专网支出将超过5G 公网。

（未完待续）