5G专网,路在何方?
5G专网,路在何方?
来源:无线深海 作者:蜉蝣采采 日期:2022-01-04 浏览量:226

  话说你平常打电话、刷视频、玩游戏的4G和5G,一般也被叫做“公网”。这个“公”字的含义正是公开,公用的意思。


  也就是说,这个网络,不但你能用,你隔壁的张三也能用,张三的老乡的战友的小姨子的同学的哥哥也能用。


  跟公网相对的,就是私网。这私网可完全是私人定制的,要将不希望访问的人拒之门外。

  比如,你家用Wi-Fi搭建了局域网,里面有电视、家庭服务器、智能音箱、扫地机器人等设备,只有家庭成员才可访问。


  将此概念扩大,我们会发现各行各业都有自己的私网,专门为自己的内部系统服务,我们也就将其称之为“专网”。


  比如,在铁路上,从2G时代就开始使用一种基于GSM-R这样的专网技术建设的内部网络,专门用于列车和调度中心之间的通信。

  这种专网技术,就这样默默地在幕后守护着铁路系统的运行,除业内人士之外,几乎不为人所知。


  在公网里面,你刷视频时卡顿那么几下,除了体验差点也没啥大的损失。但专网一般用于生产活动,网络就像我们身体的循环系统一样,要是哪里血管堵了,或者心脏跳动异常了,就会可能导致系统瘫痪,轻则经济利益受损,重则发生安全事故。

  因此在建设专网时,对网络的性能、可靠性和安全性都有着极高的要求。可谓,网者,业之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也。


  于是,时代的聚光灯投射到了5G身上。


  为什么需要5G专网


  在5G时代,eMBB(增强型移动宽带),mMTC(海量机器类型通信)和uRLLC(超高可靠低时延通信)这三大场景提出。

  可以看出,除了eMBB之外,其他的这两类我们老百姓一般是用不到的。


  那么,5G为什么要费那么大劲搞这么多普罗大众用不到的功能呢?


  没错,就是为了专网应用。普通消费者的网络需求,只是露出水面的冰山一角,大头则永远属于水面之下的暗潮涌动。


  早在被称为“5G元年”的2019年,工信部部长就提出:“5G真正的应用场景,80%应该是用在工业互联网领域,我认为5G最期待的还是这个领域。”


  据咨询机构 OMDIA 的测算,全球范围 5G 行业应用的经济贡献将达到 13.2 万亿美元,其中对制造业的贡献最为明显。

全球 5G 行业应用发布情况(数据来源 OMDIA,截至 2020 年 3 月)


  因此,部署5G专网是垂直行业推动5G创新应用、拓展生产效能、提速数字化转型不可或缺的必要手段。


  2020年3月,工信部印发《关于推动5G加快发展的通知》,提出要组织开展5G行业虚拟专网研究和试点。


  2021年7月,工信部联合九部门印发《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》,对5G专网建设规划了明确目标。


  与此同时,同样由工信部主导的“绽放杯”5G应用征集大赛已经连续举办了四届,意在挖掘5G典型应用,探索的成熟商业模式。


  这一切无不昭示着一个不容辩驳的事实:行业专网,是5G的未来。


  建设5G专网的方式


  根据3GPP R16标准定义,5G专网分为独立部署模式(SNPN,Stand-alone Non-Public Network)和公网集成模式(PNI-NPN,Public Network Integrated Non-Public Network)。


  独立部署模式,则是指使用专用的频谱来建设完全专用的网络,不与任何人共享。这种方式一般需要为企业分配专用频段,并由企业自主进行网络建设和运维。


  公网集成模式,则根据与公网共享程度不同,又可分为“与公网部分共享(共享RAN或共享RAN及核心网控制面)”,和“与公网端到端共享”这两类。运营商要部署5G专网,采用这种方式具有灵活和快速的优势。

  在欧洲、日本等国,政府已为企业开放了专用的频段,企业可获得许可之后自行建设独立的5G专网。


  在2019年,德国政府就已开辟了100M的带宽,并对企业用户开放了十年期使用权申请,主要用于工业4.0、农业及林业。目前,已有博世、宝马、大众、巴斯夫、汉莎航空等33个公司申请了5G专网频段。


  同年,日本也为企业开放了专用频谱,含4.5GHz和28GHz这两个频段,共1.1G带宽,并将其称之为“Local 5G”。富士通、NEC、秋田电缆、东京大学等多家单位都提交了申请。

  2020年,富士通宣布其自建的Local 5G正式商用。该网络覆盖面积2.8万平方米,初始部署的应用为智慧安防,即通过5G网络上传由多个摄像头采集的超高清视频流,并通过AI分析来检测可疑行为,以确保园区安全。


  在中国,由于所有的频谱都分配给了运营商,企业要建设5G专网,没有别的选择,只有跟运营商合作这一条路。


  专业的人做专业的事,运营商有的可不止是频谱,还有资金、有技术、有经验、有人力、有平台,在建网的专业程度上是碾压性的存在。


  因此,企业只需拿出钱来,把复杂的事情交给运营商来做,自己专注于部署应用来提升效率,是最省心的双赢之举。


  中国三大运营商的5G专网方案


  于是,三大运营商勇立潮头,纷纷推出了自己的专网建设方案,并根据千行百业多样化的需求设置了不同的服务级别。

  由上图可以看出,三大运营商都推出了“与公网完全共享”、“与公网部分共享”、以及“独立部署”这三种5G专网部署模式。


  从命名上看,联通最为朴素直白,分别将三种模式称之为“5G虚拟专网”、“5G混合专网”、以及“5G独立专网”。


  电信就显得文雅一些,分别称作:“致远模式”、“比邻模式”、“如翼模式”。


  移动则彰显了花钱越多越尊贵的信条,将三种模式分别叫做:“优享模式”、“专享模式”、“尊享模式”。


  下面,我们以联通为例,来看看5G专网怎么建。


  5G虚拟专网:


  在这种模式下,5G基站、核心网(含用户面网元UPF,以及其他网元)都是和公网用户共用的。


  那怎么区分公网和专网用户,并提供差异化的服务保障呢?这就要用到5G的大杀器:端到端网络切片了。


  通过5G切片技术,可以实现多个逻辑隔离的专属管道,实现专网用户与公共用户的业务隔离,互不影响,保障用户业务安全。

  这种通过软件方式构建的5G虚拟专网,具有服务范围广、灵活性高、成本低、建设周期短的特点,用于各种覆盖范围广、接入终端在时间和空间上不固定,同时又有一定的业务质量要求和一定程度的数据隔离要求的应用,如智慧城市、智慧景区、新媒体、高端小区及办公、智能交通等场景。


  5G混合专网:


  在这种模式下,5G基站还是公网用户和专网用户共享的,但核心网的用户面功能(UPF)已经是专用的了,并且还可以下沉部署在企业园区内部的边缘计算(MEC)节点上。

  跟虚拟专网不同,企业的内部数据不再需要从公网UPF转一圈,而是通过企业园区内部的专用UPF直接传输到企业内网,传输路径更短,数据不出园区,安全性更高。


  由于传输路径短,网络的端到端时延可以有效降低到小于15毫秒,部分场景的时延可以小于10毫秒。超低的时延,可以让5G应用深入到企业生产控制的核心环节。


  并且,由于MEC和UPF部署在园区内部,企业对网络的控制程度也得以增强,可以进行各种灵活的自服务,如自主管理,自主配置、告警提醒等等。


  因此,5G 混合专网适用于各种局域开放园区,包括交通物流、港口码头、高端景区、城市安防、工业制造等。


  5G独立专网:


  顾名思义,这就是完完全全的5G独立专网,终端专用、基站专用、核心网专用,精细化点对点规划设计,跟公网完全隔离,井水不犯河水。


  这种高度定制化的网络,可最大程度地发挥5G网络性能,实现覆盖无死角、数据不出园区、生产不中断、上下行带宽优化、超低时延和超高可靠性统统都不在话下。

  因此,5G独立专网适用于局域封闭区域,包括矿井、油田、核电、高精制造等场景。例如矿井、油田区域的无人调度、远程作业、系统控制与通信;高精制造厂区的智能制造、监控等应用。


  电信的致远、比邻和如翼模式,网络架构跟联通的虚拟专网、混合专网、独立专网基本一致。

电信:致远模式

电信:比邻模式

电信:如翼模式


  电信提出,5G专网服务不仅是一张通信网络,更是一种融合网络、云计算、边缘计算、应用平台全面定制的综合解决方案。


  因此,电信的5G专网强调高度的定制化:“网定制、边智能、云协同、X随选”,目标是为行业客户打造一体化定制融合服务,实现“云网一体、按需定制”。

  移动的优享、专享、尊享三种模式的5G专网采用“核心网独立部署,无线共用为主按需专用,共用传输资源按需隔离”的方式来建设。

  基于这三种模式的5G专网,移动构建了人工智能、物联网、云计算、大数据和边缘计算能力体系和平台,从而支撑多种行业应用。

  可以看出,三大运营商的5G专网架构基本一致,都已建成了功能完善、服务精准的无线通信基础设施,可以灵活满足行业客户的差异化诉求。


  然而,基础设施的建成,仅仅是万里长征的第一步。


  数字化转型的浪潮,浩浩荡荡,对于传统企业来说,唯有做时间的朋友,只争朝夕地推动数字化转型,才能在新的时代立足。

  这股企业对数字化、网络化、智能化转型的内生驱动力,才是决定5G专网到底能走多快,走多远的终极能量。


  5G专网,在改变行业的同时,也必将润物无声般地渗入我们的生活。


  参考文档:

  1.  中国联通5G行业专网白皮书

  2.  中国电信5G定制网产品手册

  3.  中国移动5G行业专网技术白皮书v1.0

  4.  中国移动5G赋能产业数字化转型


  本文来源:无线深海(wuxian_shenhai)

  本文作者:蜉蝣采采