运营商5G 行业专网应用研究

张涛

（中国电信股份有限公司宝鸡分公司，陕西 宝鸡 721000）

0 引言

5G 自2019 年在我国商用，以1Gbit/s 以上高速率、毫秒级低时延、≥100 万个终端/km2海量连接、99.9999%高可靠等特性聚焦人与人之间的连接，更聚焦物与物、人与物的连接[1]，赋能制造业、交通、能源、医疗卫生、媒体、金融等垂直行业生产方式智能化、数字化转型，在转型升级过程中，生产要素的数字化进程积聚了新的动能，新型信息化应用不断涌现，业务场景在灵敏感知、智慧决策、敏捷执行等多个层面不断突破和创新；同时行业企业现有的信息化管理模式仍将存续，其对通信网络在可管可控、安全、业务自主性方面有特殊的要求。因此运营商需要提供安全可控、能力丰富且具有差异化定制能力的通信网络―5G 行业专网来作为信息通信行业与千行百业融合的“敲门砖”，满足行业用户多元化的业务场景，开启万物互联的大门。

1 垂直行业对5G 网络的需求

垂直行业对5G 网络具有复用公网、资源和业务隔离、确定性网络体验、多样化网络部署、差异化网络能力、网络能力开放需求。具体如下[2]。

（1）5G 网络要能够承载多域多类业务。多域指的是包含广域业务和园区局域业务。多类指的是不同类型的业务，不同业务对网络性能的要求不同，这就要求5G 网络要能够同时满足多类业务的传输需求。

（2）5G 要能够实现分域隔离的数据保障。为了提高同一地区5G 网络的利用率，降低5G 网络的使用成本，5G 在为公众用户提供服务的同时，也要为行业提供服务，即5G 网络能将公网和企业在业务上安全隔离，实现双方的互不混淆。此外，一般行业企业都要求IT和OT 的安全隔离，将两种不同的业务独立安全传输。

（3）5G 网络建设成本足够低。随着行业信息化程度不断提高，满足网络互联需求的通信网络成本越来越高。通信网络成本包括网络设备成本、网络建设成本、网络运营运维成本以及原有网络的改造成本等。考虑到行业业务对网络升级的需求，通信网络系统需保障兼容性和扩展性，这也直接提高了网络的整体成本。因此，这就要求5G 行业转网支持灵活、差异化的部署策略，充分利用或者复用运营商的公网网络，通过网络共建、共维、共享、业务本地化处理、运营商规模性效益等能力，有效降低行业客户的通信网络成本。

（4）行业企业要能够简单自主的运维5G 网络。行业企业希望对部署在企业内部的网络有一定的运营管理权限，一方面能根据自己的业务需求随时调整网络，另一方面，也能够实时查看网络的运行质量和终端运行状态，在网络突发异常或设备无法正常运转时，可以第一时间对网络做出反应，及时调整生产策略，最大限度的保证生产的连续性。

2 5G 行业专网建设模式

目前，国际上主要包括“公网专用”和独立建网两种主流5G 专网建设方式，这两种方式优势互补、互为补充。

2.1 独立建网模式

独立建网是垂直行业相对传统的专网建设模式。行业用户使用自有频谱、gNB、5GC 和设备自建5G 网络，与5G 公网在物理上完全隔离。自建5G 专网网络环境自主可控、网络时延低、数据安全性高，给垂直行业带来极大的便利，但巨大的投入和频谱获取问题是行业自建5G 专网必须面临的难题，其中频谱获取难问题最为突出，行业自建5G 专网所需的频谱一般为专业频谱，有时也会用到共享频谱和非授权频谱[3]。

专用频谱一般包括两种形式。第一种是垂直行业客户自己申请并获得频率监管机构颁发的专用频谱牌照，第二种是在一些特殊地理范围，使用公众网络运营商频谱。第二种方式在操作中有一定的复杂性，因为首先要保证这些地域没有公众网络客户的接入，其次是公众网络运营商频谱牌照的二次授权。

采用专用频谱，尤其是第一种形式的专用频谱已有很多实践，铁路、公安、民航、电力等特殊行业都采用专用频率自行部署过行业专网。未来更多垂直行业若想部署5G 专网，最大难点是专用频谱获取难度太大，目前德国将3.7GHz～3.8GHz 5G 专用频段、英国将3.8GHz ～4.2GHz 5G 专 用 频 段、日 本 将2575MHz ～2595MHz 5G 专用频段、28.2GHz～28.3GHz 5G 专用频段、4.6GHz～4.8GHz 5G 专用频段、28.3GHz～29.1GHz 5G专用频段分配给了垂直行业。我国广东省虽已提出独立的5G 频谱资源使用申请，但国家尚批准。由于专用频谱的稀缺性，共享频谱及非授权频谱也被使用在自建5G 专网中。

共享频谱是特定频谱由多用户共同使用，为一种“轻授权”频谱使用方式，全球多个国家都出台了共享频谱政策，目前一些厂商也开始了实践，垂直行业客户可采用共享频谱部署行业私有网络，这方面并非从零开始。

蜂窝网络很早将频谱使用规划延伸至非授权频谱。早在4G 阶段，业界就对LTE-U 进行过探讨和实践，让LTE 网络部署在非授权频谱上。3GPP 在5G 标准制定中也考虑到了充分利用非授权频谱的技术。在专用频谱、共享频谱获取困难的情况下，5G 专网运营商也会将目光投向非授权频谱，虽然作为公共资源，非授权频谱可以让更多机构公平接入，但需要更精细的频谱规划技术，非授权频谱才能减少互相之间的干扰。

频谱是5G 时代稀缺宝贵资源，如何保证频谱使用效率的最大化和最优化是关键，如果为垂直行业分配5G 频谱，则会带来众多分散的参与者参与频谱划分，进而导致频谱分散、频谱使用碎片化等问题，且跨领域的频谱管理复杂性更高[4]，不能驱动5G 专网的大规模部署。

2.2 “公网专用”模式

“公网专用”依托公网运营商5G 网络，利用网络切片、边缘云等技术，为行业企业建设／租赁专网。网络切片利用NFV 和SDN，将公众网络运营商5GC、无线网分割成多个虚拟网络，每个虚拟网络支撑不同业务，保证各个切片的虚拟网络之间是相互隔离的，从而确保专网的时延及可靠性。边缘云将数据处理下沉到边缘侧（如gNB、CE 和RT 等）的云平台，从而提高网络处理的速度、降低处理的时延。用“公网专用”模式建设垂直行业5G 专网，不仅能迅速建网，建网成本、后期运维成本相对较低，而且通过不同网络切片的定制，在不同程度上"共享"公网运营商5G 网络资源，不需为各垂直行业单独分配频谱资源，能有效提升频谱的利用率，在我国得到快速应用。

3 运营商5G 行业专网

3.1 运营商网络服务垂直行业的优势

5G 设计之初就考虑了垂直行业的需求，支持“公网专用”，即5G 网络既可以满足公网用户的需求，也能很好的承载行业应用。基于运营商网络服务垂直行业具有有以下5 点优势。

（1）优质频率资源。运营商丰富频率资源及高效的频率协同管理机制，明显优于窄带行业频谱和非授权公共频谱。由运营商统一提供服报务，可以有效避免宝贵的频谱资源碎片化，提升频谱资源利用率。

（2）极致专网性能。运营商多频段多级别别技术打造专属安全专网，满足移动、广域及局域、室外及室内、特殊覆盖等多种场景需求。

（3）专业网络部署。运营商丰富的光纤资源和专业的极端环境部署经验能满足各类行业客户个个性能需求。

（4）高性价比。依托公网，运营商多年打造的端到端产业链不仅能够快速提供一站式综合解决方案，并且集采规模有效平摊客户成本。

（5）成熟运维。运营商长期运营管理全球最大蜂窝网络，网络监管、故障处理、能力开放等基础良好，可快速为行业提供运维保障。

因此，运营商的5G 行业专网是垂直行业的首选。

3.2 运营商5G 行业专网的部署

运营商5G 行业专网是指公网运营商基于授权频谱，为垂直行业客户提供服务范围、网络能力、隔离度可定制的5G 通信服务。运营商5G 专网按照部署方式有与公网完全共享部署、与公网部分共享部署和独立部署3 种方式。可灵活满足行业客户对安全隔离、业务质量保障、业务服务范围的不同要求。

3.2.1 与公网完全共享部署

与公网完全共享部署是指5G 行业专网与5G 公众网络完全共享网络端-端资源，通过网络切片技术为垂直行业提供确定性SLA 保障的端-端“虚拟专网”。

致远模式是中国电信提供与公网完全共享部署模式，面向广域优先型行业客户。致远模式共享中国电信5G 公众网络资源，通过VPDN、QoS、灵活资源调度、DNN 定制和切片等技术，为行业客户提供端-端差异化保障的网络连接服务。中国移动优享模式利用网络切片使业务逻辑隔离，实现网络速率、时延优先保障，像在普通道路上开辟了公交专用通道。5G 虚拟专网是中国联通利用端-端QoS 和切片技术，为行业客户提供时延、带宽有保障且与中国联通公众网络用户数据隔离的虚拟专有网络，适用于广域专网业务。

3.2.2 与公网部分共享部署

与公网部分共享是指5G 行业专网与5G 公众网络之间共享5G 基站（gNB）、共享gNB 和核心网控制面（CP），在行业专网内部部署UPF 和MEC。

比邻模式是中国电信提供的与公网部分共享部署模式，面向时延敏感型区域政企客户。比邻模式通过多频协同、CA、超级上行、QoS 增强、DNN、切片等技术的组合定制，为对网络性能尤其是时延、数据管控要求高的客户行业客户提供带宽增强、低时延、数据本地卸载的行业专有网络。中国移动专享模式利用增强覆盖+边缘计算，增强无线覆盖，满足超低时延、数据不出场需求，将普通道路升级为高速公路。5G 混合专网是中国联通以5G 数据分流技术为基础，本地私有化部署UPF，独享部分物理资源，行业客户网内业务数据由UPF 本地卸载，数据传输不进公众网络，通过UPF 直接进入企业内网，可更好降低时延、保障数据传输安全。

3.2.3 独立部署

独立部署是指运营商为行业客户独立部署一张包括所有网元（如核心网CP、UPF、MEC、gNB 等）的5G 行业专网。

如翼模式是中国电信提供的独立部署模式，面向安全敏感型区域政企客户。如翼模式利用超级上行、干扰规避、5GNS 和MEC 等技术，按需定制专用的基站、频率和园区级UPF 等网络设备，为对安全、性能、自管理要求比较高的行业客户提供一张物理隔离、端-端高性能的专用接入网络，还可按需定制MEC、行业应用和专属运维服务。中国移动尊享模式利用专用基站组建专用网络，实现高安全性、高隔离度定制化建网，将普通道路升级为高铁线路。5G 独立专网是中国联通利用5G 组网、切片和MEC 等技术，采用核心网一体化设备和专有无线设备为行业客户组建的一张带宽增强、时延低、用户数据与中国联通公众网络数据完全物理隔离的基础连接网络。

3.3 行业客户应用运营商5G 行业专网的优势

运营商5G 行业专网对于垂直行业客户组网来说具有以下的优势。

（1）成本优势。在5G 网络设备成本方面，运营商5G 行业专网可以复用运营商5G 公众网络成熟的产业链，该产业链通过公众网络运营商在消费者市场的规模建网构建，能够实现芯片、终端和网络（包括无线侧及核心侧）设备的低成本化；在5G 网络建设方面，运营商5G 行业专网让行业企业摆脱“一次性建网、一次性投人”的高成本模式，可根据自身需求采用“以租代建”“分步推进”“共建共享”等多种网络建设模式，实现网络建设的低成本化；在5G 网络运维方面，行业企业可与公众网络运营商协作，在获得网络OT 自主权的前提下，摆脱复杂的5G 网络设备运维等，实现多样化、简单化、自主化的5G 网络使用和运维模式，从而最终降低运维成本；在原有系统改造成本方面，运营商5G 行业专网已经充分考虑了与原有系统的融合，提供“即插即用”的网络部署能力，对原有系统改动量小或不改动，减少融合改造成本。

（2）安全优势。运营商5G 行业专网可根据行业用户的安全需求，将终端安全保障技术、网络安全保障技术、应用安全保障技术进行多层次整合，在5G 网络完备的安全基础之上，给行业客户提供按需的、定制化的安全保障；运营商5G 行业专网基于运营商公众网络改进而来，借鉴了各运营商电信级大规模通信网络安全运营的经验，能让行业客户获得来自运营商电信级安全保障服务。

（3）网络性能优势。作为运营商5G 行业专网规划与优化的责任主体，各运营商可以有效减少5G 网络自干扰导致的业务性能下降问题，可以根据行业企业的业务类型、业务分布、业务传输需求等优化5G 网络，能够保障行业业务稳定、可靠的传输[5]。

（4）服务开通优势。运营商5G 行业专网是基于各运营商已经成熟的商业5G 公众网络，针对垂直行业的需求进行对应的网络配置、功能定制，因此业务开通速度快、服务响应迅速。

4 结语

综上所述，在5G 行业专网独立建网暂不能大规模部署的现状下，我国各运营商给出了基于“公网专用”模式的行业专网部署实践，综合考虑成本、安全和网络性能、服务开通等方面运营商5G 行业专网对于垂直行业客户组网的优势，我国运营商5G 行业专网建设模式是垂直行业5G 网络服务的最优服务模式。