本文5G通信
5G專用網(wǎng)絡(luò)（private 5G network）是一種局域網(wǎng)（LAN），它將使用5G技術(shù)創(chuàng)建具有統(tǒng)一連接性、優(yōu)化服務(wù)和特定區(qū)域內(nèi)安全通信方式的專用網(wǎng)絡(luò) 。此前，機(jī)構(gòu)曾預(yù)測(cè)2020年全球5G專網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到9.197億美元， 2020年至2027年間的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到37.8％。而北美將以31.2％的份額在5G專網(wǎng)市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位。
專網(wǎng)
其實(shí)早在2/3/4G時(shí)代，專網(wǎng)的概念就有了，對(duì)我們來說并不陌生。所謂專網(wǎng)，就是指在特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋，為特定用戶提供通信服務(wù)的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)。
簡(jiǎn)而言之，專網(wǎng)就是為特定用戶提供網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的專用網(wǎng)絡(luò)，公網(wǎng)與專網(wǎng)的區(qū)別主要在于公網(wǎng)為社會(huì)大眾服務(wù)，而專網(wǎng)為特定對(duì)象服務(wù)。
為什么要建設(shè)5G專網(wǎng)？
5G網(wǎng)絡(luò)有三大特點(diǎn)：高帶寬、低延遲、多接入，但很多時(shí)候，企業(yè)并不是同時(shí)需要這些業(yè)務(wù)特性。另外，有的企業(yè)希望可以獲得對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的所有控制權(quán)、高度的可靠性、安全性、隱私性等，公網(wǎng)無(wú)法完全滿足這些特定需求。
5G專網(wǎng)提供了企業(yè)定制化網(wǎng)絡(luò)的自由度，可以根據(jù)使用場(chǎng)所、工作類型提供不同的配置，在隱私和安全方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。
5G專用網(wǎng)絡(luò)要求
高可用性：意味著用戶可以始終使用該網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可以確保最大的可用性。
可靠性：是指在預(yù)定持續(xù)時(shí)間內(nèi)高可靠地傳輸一定數(shù)量業(yè)務(wù)的能力，需要足夠的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和容量，以及強(qiáng)大的業(yè)務(wù)切換功能。
互通：與公網(wǎng)互通是一項(xiàng)重要功能，例如醫(yī)療救護(hù)車等關(guān)鍵服務(wù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)遷移到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（例如從專網(wǎng)到公網(wǎng)）時(shí)需要服務(wù)連續(xù)性，這就要求網(wǎng)絡(luò)之間需要一定程度的集成。
服務(wù)：質(zhì)量QoS包括吞吐量、延遲、抖動(dòng)、丟包率等，在專用頻譜上運(yùn)行專用網(wǎng)絡(luò)可以得到更好地控制。此外，可以針對(duì)專用網(wǎng)絡(luò)部署中的特定需求量身定制不同服務(wù)的系統(tǒng)性能和資源使用。
安全性：專用網(wǎng)絡(luò)有望提供全面的端到端安全性，以確保信息、基礎(chǔ)架構(gòu)和人員免受威脅。專用網(wǎng)絡(luò)可以利用網(wǎng)絡(luò)隔離、數(shù)據(jù)保護(hù)和設(shè)備/用戶身份驗(yàn)證來保護(hù)關(guān)鍵資產(chǎn)，企業(yè)還可以控制保留數(shù)據(jù)主權(quán)，以確保敏感信息保留在本地。
WIFI 6、LTE專網(wǎng)和5G專網(wǎng)
與專用蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比，Wi-Fi的部署更加快速、簡(jiǎn)便且便宜，專用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)在工廠中也已經(jīng)開始使用，通常用于一些非關(guān)鍵應(yīng)用。
在擁有完整的5G工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之前，一些企業(yè)可能會(huì)使用專用LTE網(wǎng)絡(luò)作為過渡， LTE的覆蓋范圍和移動(dòng)性比固定以太網(wǎng)或Wi-Fi大，通常是工業(yè)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)連接的首選技術(shù)。
例如，全球最大自動(dòng)化碼頭洋山港就是基于5.8GHz的LTE打造的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，“區(qū)域內(nèi)將不再有人，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，不僅岸橋不需要人駕駛，可以后臺(tái)操作，連集卡也不再需要，直接由自動(dòng)運(yùn)行的AGV小車裝載運(yùn)輸貨物。”；英國(guó)Ocado也部署了一個(gè)專用LTE網(wǎng)絡(luò)，以控制物流中心的1,000個(gè)快速移動(dòng)的機(jī)器人在線處理訂單；諾基亞利用專用LTE網(wǎng)絡(luò)（4.9G）使基站工實(shí)現(xiàn)了廠自動(dòng)化業(yè)務(wù)。
下圖展示了WIFI 6、LTE專網(wǎng)以及5G在可靠性、場(chǎng)景、速度等方面的對(duì)比：
5G專網(wǎng)七大部署方案
目前5G專網(wǎng)主要有以下七大部署方案：
1.企業(yè)自建5G專網(wǎng)（本地5G頻段、完全私有、不共享）
第一種部署方案就是企業(yè)基于專網(wǎng)頻段，部署全套5G網(wǎng)絡(luò)（gNB，UPF，5GC CP，UDM，MEC）。這里使用的頻譜是私有5G頻譜，而不是運(yùn)營(yíng)商的授權(quán)頻譜。企業(yè)自建的5G專網(wǎng)隱私與安全性高、具有超低延遲、獨(dú)立可控性。
但自建專網(wǎng)部署成本高，普通企業(yè)特別是小型企業(yè)無(wú)法承擔(dān)購(gòu)買和部署全套5G網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用，另外后期還需要一些專業(yè)的運(yùn)維人員來維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。
2.運(yùn)營(yíng)商幫助企業(yè)構(gòu)建5G專網(wǎng)（基于運(yùn)營(yíng)商的5G頻段，完全私有，不共享）
這種專用5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與第一種方案部署方式相似，唯一的區(qū)別是，使用的是運(yùn)營(yíng)商許可的5G頻段來構(gòu)建和運(yùn)行5G專網(wǎng)。
3.公網(wǎng)和專網(wǎng)之間RAN共享
專網(wǎng)和公網(wǎng)之間僅共享5G基站（gNB）（RAN共享），而UPF、5GC CP、UDM和MEC部署在企業(yè)中，并于公網(wǎng)在物理上隔離。
屬于專網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量被傳送到企業(yè)中的專網(wǎng)UPF，屬于公網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量交付給運(yùn)營(yíng)商邊緣云的UPF。換句話說，內(nèi)部設(shè)備控制的專用網(wǎng)絡(luò)流量?jī)H保留在企業(yè)中，而像語(yǔ)音和Internet之類的公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)流量則被傳輸?shù)竭\(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)。
4.公網(wǎng)和專網(wǎng)之間RAN和控制平面共享
專網(wǎng)和公網(wǎng)之間共享5G基站（gNB）和5GC CP、UDM（RAN和控制平面共享），專用的UPF、MEC內(nèi)置于企業(yè)中，企業(yè)專網(wǎng)的gNB和UPF通過N2、N4接口連接到運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)并由其管理。這種部署方案相較于前幾種，企業(yè)專網(wǎng)的設(shè)備信息存儲(chǔ)在運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)器中，而不是企業(yè)內(nèi)部，因此在私密性方面會(huì)稍弱。
5.公網(wǎng)和專網(wǎng)之間RAN和核心共享（端到端網(wǎng)絡(luò)切片）
專網(wǎng)與公網(wǎng)共享UDM、5GC CP、UPF、MEC和5G基站，也就是端到端網(wǎng)絡(luò)切片，用戶信息和數(shù)據(jù)流量的安全性取決于網(wǎng)絡(luò)切片能力，但與前幾種方案相比，這種架構(gòu)的成本最低。
6.N3 LBO(Local Breakout，本地疏導(dǎo))：韓國(guó)SK Telecom的案例
企業(yè)引入了MEC數(shù)據(jù)平面和MEC應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)邊緣平臺(tái)（MEP）通過Mp2接口將流量規(guī)則發(fā)送到MEC DP。MEC DP查看來自gNB的所有GTP隧道的數(shù)據(jù)包的目標(biāo)IP地址（GTP Decap），并將用戶IP包路由到內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)。
與方案3和方案4不同的是，通過添加低成本的MEC DP（實(shí)際上是SDN/P4交換機(jī)），可以大大降低構(gòu)建專用5G網(wǎng)絡(luò)的成本，而無(wú)需購(gòu)入昂貴的UPF設(shè)備。
7.F1 LBO（Local Breakout）：韓國(guó)KT案例
與方案6相同，區(qū)別在于僅部署了企業(yè)中的RU/DU，并且CU放置在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的邊緣云中，專用網(wǎng)絡(luò)流量是從F1接口本地?cái)嚅_,而不是從N3接口。
最后，上述5G專網(wǎng)架構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，沒有一種架構(gòu)能夠適合所有情況，企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自身要求以及實(shí)施/運(yùn)營(yíng)預(yù)算來選擇最適合自己的架構(gòu)。
挑戰(zhàn)
1.頻譜問題
建立專網(wǎng)不是一件容易的事，目前網(wǎng)絡(luò)切片仍處于發(fā)展階段，其他幾種5G專網(wǎng)部署方式面臨的關(guān)鍵問題還是頻譜的獲取。頻譜資源是有限的，并非隨需隨得，在大多數(shù)國(guó)家，頻譜被視為一種自然資源，其使用受到國(guó)家主管部門的控制，國(guó)家主管部門根據(jù)國(guó)家的需求分配資源。
在專用頻譜難以獲取的情況下，共享頻譜和非授權(quán)頻譜也不失為建立私網(wǎng)的好方法，越來越多的運(yùn)營(yíng)商也開始投資非授權(quán)和共享頻譜資源。共享頻譜是一種“輕授權(quán)”的頻譜使用方式，某些國(guó)家監(jiān)管機(jī)構(gòu)會(huì)出臺(tái)一些共享使用的頻譜使用制度，行業(yè)用戶可以采用共享頻譜部署其專有網(wǎng)絡(luò)。非授權(quán)頻譜是一個(gè)公共資源，企業(yè)機(jī)構(gòu)都可以公平接入，因此需要更精細(xì)的頻譜規(guī)劃技術(shù)，來減少互相之間的干擾。
2.國(guó)家政策
專網(wǎng)想要大規(guī)模地部署，除了頻譜技術(shù)的不斷發(fā)展外，還需要國(guó)家的支持。目前一些國(guó)家正在思考開放更多的頻譜資源，提供政策保障，讓5G專網(wǎng)能夠快速發(fā)展。
美國(guó)
美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）計(jì)劃于2020年6月開始進(jìn)行CBRS 3.5GHz頻譜拍賣，并預(yù)計(jì)2020年12月開始另一次C波段拍賣，CBRS將為企業(yè)部署4G和5G專網(wǎng)提供新的機(jī)遇。
德國(guó)
德國(guó)電信監(jiān)管機(jī)構(gòu)BNetzA將3700MHz-3800MHz頻段中的100MHz頻譜預(yù)留給私人公司。目前已有幾十家企業(yè)購(gòu)買了5G私有許可證，其中包括博世、寶馬、巴斯夫、漢莎航空、西門子和大眾汽車等。
英國(guó)
在英國(guó)，OFCOM于2019年發(fā)布了有關(guān)將支持其本地頻譜訪問和頻譜共享政策的法定文書草案的咨詢。監(jiān)管機(jī)構(gòu)將把3.8-4.2 GHz頻段專用于本地部署，要求國(guó)家運(yùn)營(yíng)商將未使用的許可頻譜移交給企業(yè)。較低的26 GHz頻段也將保留給私有和共享訪問。
國(guó)內(nèi)
中國(guó)信息通信研究院副院長(zhǎng)王志勤表示中國(guó)對(duì)5G專網(wǎng)專頻持包容審慎的態(tài)度。在5G的初級(jí)階段，行業(yè)應(yīng)用不是很廣，專網(wǎng)比較分散，產(chǎn)業(yè)鏈集聚要求很高，專用設(shè)備和終端價(jià)格較高。“5G頻譜可能很難分給單獨(dú)的一個(gè)行業(yè)，一方面我們積極探索行業(yè)的模式，另外積極研究5G行業(yè)應(yīng)用是不是真的需要單獨(dú)的專用頻率，包括必要性、可行性及具體模式。”
近期，廣東省工信廳發(fā)文《關(guān)于應(yīng)對(duì)疫情影響進(jìn)一步促進(jìn)信息服務(wù)和消費(fèi)的若干政策措施》的通知，廣東省工信廳聯(lián)合通管局等9個(gè)省直部門提出向國(guó)家申請(qǐng)1.4G專用頻段建設(shè)10個(gè)以上的5G專網(wǎng)，在多個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域探索5G專網(wǎng)試點(diǎn)應(yīng)用、5G專網(wǎng)設(shè)備研發(fā)。
部署案例
到2020年底，全球100多家公司將開始測(cè)試5G專網(wǎng)部署，在接下來的幾年中，用于5G專網(wǎng)部署的支出會(huì)急劇上升，每年可能總計(jì)達(dá)數(shù)百億美元。
阿里XG實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合中移動(dòng)落地首個(gè)創(chuàng)新型5G專網(wǎng)
5月15日，阿里巴巴與中國(guó)移動(dòng)合作建設(shè)的5G智慧園區(qū)專網(wǎng)正式啟用。在杭州移動(dòng)布設(shè)的5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，XG實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出一套全新的5G專網(wǎng)安全架構(gòu)體系，大幅提高5G專網(wǎng)的安全性和易用性。這一架構(gòu)設(shè)計(jì)也將形成提案報(bào)送3GPP，未來可能成為5G R17全球標(biāo)準(zhǔn)的一部分。
據(jù)阿里介紹，達(dá)摩院XG實(shí)驗(yàn)室通過自研基于5G核心網(wǎng)的EAC（Enterprise Access Controller），創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)5G鑒權(quán)信息與企業(yè)認(rèn)證信息的打通，搭建起一個(gè)安全、智能、靈活擴(kuò)展的5G企業(yè)專網(wǎng)。在這一5G專網(wǎng)環(huán)境下，員工進(jìn)入園區(qū)可通過授權(quán)移動(dòng)終端直接訪問內(nèi)網(wǎng)，離開園區(qū)后則自動(dòng)轉(zhuǎn)入公共網(wǎng)絡(luò)，完成公網(wǎng)與專網(wǎng)的安全平滑切換。網(wǎng)絡(luò)管理部門還可通過釘釘?shù)绕脚_(tái)進(jìn)行5G終端的智能管理。
青島5G智能電網(wǎng)
2020年7月11日，中國(guó)電信宣布由國(guó)網(wǎng)青島供電公司、中國(guó)電信青島分公司和華為公司聯(lián)合開發(fā)的青島5G智能電網(wǎng)項(xiàng)目一期工程正式交付投產(chǎn)，這標(biāo)志著目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的5G智能電網(wǎng)正式建成。
電網(wǎng)應(yīng)用提供更快、更細(xì)、更準(zhǔn)的差異化和確定性網(wǎng)絡(luò)能力，實(shí)現(xiàn)了基于5G SA切片的智能分布式配電、變電站作業(yè)監(jiān)護(hù)及電網(wǎng)態(tài)勢(shì)感知、5G基站削峰填谷供電等新應(yīng)用。工作人員通過電力塔桿上的5G+4K超高清攝像頭來監(jiān)控輸電線路和配電設(shè)施，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，能節(jié)省80%的現(xiàn)場(chǎng)巡檢人力物力。借助5G的超低時(shí)延和超高可靠性，還能快速定位、隔離和恢復(fù)電網(wǎng)線路故障，把停電時(shí)間從分鐘級(jí)縮短到秒級(jí)甚至毫秒級(jí)。
富士通推出日本首個(gè)商業(yè)5G專網(wǎng)
日本將企業(yè)獨(dú)立自建5G專網(wǎng)稱為“Local 5G”，推行“5G公網(wǎng)+Local 5G”雙軌發(fā)展戰(zhàn)略。
來源：網(wǎng)優(yōu)雇傭軍
2020年3月，富士通從關(guān)東電訊局獲得了日本首個(gè)商業(yè)專用5G廣播電臺(tái)許可證，將通過利用其5G專網(wǎng)技術(shù)傳輸由多點(diǎn)相機(jī)收集的高清圖像的數(shù)據(jù)，增強(qiáng)AI的安全系統(tǒng)，通過運(yùn)動(dòng)分析快速檢測(cè)可疑行為，從而加強(qiáng)犯罪預(yù)防措施。
富士通的5G私網(wǎng)部署于新川崎科技廣場(chǎng)，覆蓋面積2.8萬(wàn)平方米。據(jù)報(bào)道，該5G私網(wǎng)初期應(yīng)用為5G智慧安防，即通過5G網(wǎng)絡(luò)上傳由多個(gè)攝像頭采集的超高清視頻流，并通過AI分析來檢測(cè)可疑行為，以確保園區(qū)安全。
南方電網(wǎng)
中國(guó)移動(dòng)與南方電網(wǎng)合作，針對(duì)深圳市南方電網(wǎng)業(yè)務(wù)中智能分布式配電自動(dòng)化（智能分布式配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)和配網(wǎng)自動(dòng)化三遙）、電網(wǎng)應(yīng)急通信保障及配網(wǎng)計(jì)量等4個(gè)業(yè)務(wù)特性，基于5G SA架構(gòu)和切片技術(shù)提供系統(tǒng)性的5G指揮電網(wǎng)解決方案，該案例旨在探索面向垂直行業(yè)的5G創(chuàng)新業(yè)務(wù)及需求，驗(yàn)證5G網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)的能力，并為5G商用奠定基礎(chǔ)。
南方電網(wǎng)基于5G的電力業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片整體方案（來源：5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣）
海爾5G+MEC虛擬專網(wǎng)
海爾基于運(yùn)營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò)在總部園區(qū)落地MEC（UPF+MEP），構(gòu)建了行業(yè)內(nèi)首個(gè)“5G+MEC”虛擬專網(wǎng)。基于5G+MEC虛擬專網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，海爾實(shí)現(xiàn)了中德園區(qū)的冰箱、滾筒、中央空調(diào)三家互聯(lián)工廠的應(yīng)用賦能。該方案實(shí)現(xiàn)設(shè)備端輕量化，產(chǎn)線機(jī)器視覺應(yīng)用點(diǎn)只保留工業(yè)相機(jī)，取消單獨(dú)的工控機(jī)，工廠或園區(qū)統(tǒng)一部署MEC，總體方案降低布線成本、硬件及算力浪費(fèi)，總體投資成本降低約40%。目前已上線運(yùn)行近半年時(shí)間。
海爾基于5G+MEC虛擬專網(wǎng)架構(gòu)（來源：5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣）
業(yè)界對(duì)5G專網(wǎng)一直寄予厚望，盡管在發(fā)展過程中伴隨著一定的挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷完善，專網(wǎng)部署數(shù)量也開始不斷增加。ABI Research近日發(fā)布的一份報(bào)告顯示，到2036年全球5G專網(wǎng)支出將超過5G公網(wǎng)，屆時(shí)，市場(chǎng)格局又會(huì)發(fā)生怎樣的變化？
