袁衛(wèi)平

國家計算機網(wǎng)絡與信息安全管理中心江蘇分中心

0 引言

5G帶來的“高速率”、“低延時”、“廣連接”三大特性開啟了萬物互聯(lián)網(wǎng)的新時代，將給產(chǎn)業(yè)和行業(yè)發(fā)展帶來巨大變革。未來5G發(fā)展的重點將不是面向大眾的普遍服務，而是垂直產(chǎn)業(yè)的差異化應用，以賦能千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。但5G建設和應用還處在起步探索階段，公網(wǎng)建設尚不完善，行業(yè)企業(yè)對安全性和創(chuàng)新的需求，使得5G專網(wǎng)應運而生。

1 5G專網(wǎng)的定義和特點

5G專網(wǎng)本質(zhì)上是下一代局域網(wǎng)，通過5G技術創(chuàng)建一個具有統(tǒng)一連接性，提供最優(yōu)化服務，在特定區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)安全通信的專用網(wǎng)絡。專網(wǎng)運營者對網(wǎng)絡擁有獨立管理權限，特別是能夠建立自己的安全策略，擁有更好的安全性和可靠性。5G專網(wǎng)具有如下基本特性：

可用性：高可用性意味著終端用戶可以始終使用該服務，任何系統(tǒng)操作和維護處于可控狀態(tài)，網(wǎng)絡停運時間幾乎為零，以確保最大的可用性。

可靠性：可靠性是指在預定的時間內(nèi)以高成功概率傳輸定量業(yè)務的能力。它需要足夠的網(wǎng)絡覆蓋范圍和容量以及強大的切換功能。

網(wǎng)絡互通：確保與公網(wǎng)互通是一項重要功能。很多關鍵服務在從一個網(wǎng)絡遷移到另一個網(wǎng)絡時需要保證服務的連續(xù)性。

安全性：5G專網(wǎng)有望提供全面的端到端的安全性，以確保信息、基礎架構和人員免受威脅。企業(yè)還擁有數(shù)據(jù)主權，確保敏感信息保留在本地。

服務質(zhì)量：服務質(zhì)量包括網(wǎng)絡流量、延遲、抖動、丟包率等。使用專用頻譜運行的5G專網(wǎng)具有更高的可控性，可以針對專網(wǎng)部署中的特定需求量身定制不同服務的系統(tǒng)性能和資源使用策略。

2 5G專網(wǎng)應用和現(xiàn)狀分析

5G專網(wǎng)的應用主要聚焦在兩個層面：一種是行業(yè)專網(wǎng)，一種是企業(yè)私網(wǎng)。行業(yè)專網(wǎng)是公共安全和關鍵基礎設施領域的重要通信方式，以最大限度確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性，保障網(wǎng)絡高速暢通。行業(yè)專網(wǎng)用戶對于高帶寬、低時延和廣連接比普通用戶有更高的要求。專網(wǎng)用戶將能更好地借助5G產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢提升行業(yè)應用水平。5G專網(wǎng)還可以充當偏遠地區(qū)或重點場所網(wǎng)絡的補充，以滿足物聯(lián)網(wǎng)應用的需求。行業(yè)專網(wǎng)的目的在于有效提升公眾生活福祉，更好地促進經(jīng)濟社會發(fā)展和保障民生。

企業(yè)私網(wǎng)是企業(yè)搭建的專屬網(wǎng)絡，不依賴公網(wǎng)或減少對公網(wǎng)的依賴，從而更好地滿足企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的需求。由于網(wǎng)絡服務提供商準備不足、5G設備不成熟等原因，5G網(wǎng)絡還處在開發(fā)部署的初級階段，無法滿足企業(yè)的需求。一些企業(yè)開始考慮搭建屬于自己的5G專網(wǎng)，以更好地迎接萬物互聯(lián)時代的到來，搶占產(chǎn)業(yè)制高點。企業(yè)青睞5G專網(wǎng)主要是因為專網(wǎng)可以獨立運作，不受公網(wǎng)擁塞的影響；確保感測設備聯(lián)網(wǎng)的通信質(zhì)量，保障物聯(lián)網(wǎng)應用的可靠性；最重要的是專網(wǎng)與公網(wǎng)實現(xiàn)了實體隔離，能夠自我把控安全性。

2.1 德國行業(yè)企業(yè)5G專網(wǎng)需求旺盛

德國汽車廠商對5G專網(wǎng)表現(xiàn)出了很大的興趣，紛紛尋求電信運營商的支持，建立5G專網(wǎng)。車企希望在自家工廠部署和運作5G專網(wǎng)，以在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，擺脫對運營商的依賴，實現(xiàn)生產(chǎn)安全的自主可控。例如，寶馬正準備在德國的工廠建立5G專用網(wǎng)絡；大眾計劃2020年建造自己的5G移動網(wǎng)絡；福斯汽車計劃2020年在德國的122家工廠部署5G專網(wǎng)。

除了汽車行業(yè)，其他垂直行業(yè)也高度關注5G私網(wǎng)。德國機械設備制造及電工器材等工業(yè)協(xié)會共同要求德國電信監(jiān)管機構分配頻譜給企業(yè)專網(wǎng)使用。西門子、博世、巴斯夫、空中客車、ABB等廠商均提出了自建5G專網(wǎng)需求。德國聯(lián)邦網(wǎng)絡局負責人約亨·霍曼稱，工業(yè)領域的許多企業(yè)開始咨詢5G私網(wǎng)的建設。

2.2 我國5G專網(wǎng)“公”大于“私”

基于我國頻譜資源管理的體制，專網(wǎng)在我國的應用主要集中在關鍵基礎設施領域，如鐵路、電力等行業(yè)。鐵路專網(wǎng)是未來5G在垂直行業(yè)一個非常重要的應用。目前，我國鐵路通信主要使用的是LTE-R頻段，按照“專網(wǎng)為主，公網(wǎng)為輔”的原則，推進各頻段的移動通信技術應用。鐵路部門表示，待5G技術成熟穩(wěn)定后，將利用鐵路已有的900MHz頻段資源，研究應用鐵路專用5G技術，在鐵路樞紐、站場等熱點地區(qū)部署，與LTE-R融合實現(xiàn)專網(wǎng)應用。5G在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的應用也獲得重視，在電力大帶寬業(yè)務無人巡檢和智能運檢，智能分布式配網(wǎng)差動保護等方面具有很大的優(yōu)勢。國家電網(wǎng)擬利用中國廣電700MHz頻段、60MHz頻譜資源開展5G網(wǎng)絡建設，并極有可能采用5G專網(wǎng)部署。

國內(nèi)關于企業(yè)5G私網(wǎng)的建設還處在討論和探索階段。諾基亞和中國聯(lián)通已經(jīng)開展合作，為華晨寶馬的沈陽工廠架構LTE私網(wǎng)，助力安全生產(chǎn)和數(shù)據(jù)通信。富士康基于自身5G設備和軟件研發(fā)的優(yōu)勢，計劃建立自己的5G網(wǎng)絡，并使用自己的5G基站，尋求與運營商合作共建5G專網(wǎng)。臺積電、日月光、鴻海等呼吁5G專網(wǎng)專頻。

3 5G專網(wǎng)的實現(xiàn)途徑

5G專網(wǎng)實現(xiàn)途徑主要有三個：自建5G專網(wǎng)、網(wǎng)絡切片和共建5G專網(wǎng)。

3.1 自建5G專網(wǎng)

自建5G專網(wǎng)是指通過使用自有頻譜、基站、核心網(wǎng)和設備搭建5G網(wǎng)絡，與5G公網(wǎng)實現(xiàn)完全的物理隔離。自建5G專網(wǎng)可以給行業(yè)企業(yè)帶來極大的便利，特別是在隱私和安全性上能夠更好地實現(xiàn)自主可控，但面臨投入巨大和頻譜獲取難題，其中頻譜問題是關鍵所在。自建5G專網(wǎng)所必須的頻譜可以通過專用頻譜、共享頻譜和非授權頻譜三種方式來解決。專用頻譜是運營商獲得監(jiān)管機構頒發(fā)的專用頻譜牌照以及在一些特殊的地理范圍內(nèi)使用公網(wǎng)運營商的頻譜。電力、民航、鐵路、公安等很多行業(yè)都采用專用頻譜部署行業(yè)專網(wǎng)。由于專用頻譜非常稀缺，共享頻譜和非授權頻譜也受到重視。共享頻譜是多個用戶共同使用的一個指定頻譜，非授權頻譜是國家向市場開放可供免費使用的頻譜資源。目前，歐美部分國家已經(jīng)在探索上述三類頻譜的實現(xiàn)途徑。

3.2 網(wǎng)絡切片

網(wǎng)絡切片是指將物理網(wǎng)絡切成多張互相獨立的邏輯網(wǎng)絡，各切片之間相互絕緣，可獲得獨立的網(wǎng)絡資源。網(wǎng)絡切片做到了端到端的按需定制并保證隔離性。網(wǎng)絡切片的優(yōu)勢在于賦予每個切片不同的特性，以達到行業(yè)或者企業(yè)特性化的需求。5G切片實際上就是將5G網(wǎng)絡切出多張?zhí)摂M網(wǎng)絡，從而為多連接性和多樣化業(yè)務提供了解決方案。5G網(wǎng)絡切片被業(yè)界公認為是運營商進入垂直行業(yè)市場、使能行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的巨大機會和重要抓手。網(wǎng)絡切片在提供相同隔離性的前提下，能大大減少企業(yè)的成本支出，但需要依靠運營商的服務和支持。

3.3 共建5G專網(wǎng)

共建5G專網(wǎng)通常采取租用核心網(wǎng)自建接入網(wǎng)的方式，與運營商共建共享無線接入網(wǎng)。通過這種方式建立的5G專網(wǎng)，企業(yè)只需擁有接入網(wǎng)資產(chǎn)，購買基站部署接入網(wǎng)，然后租用運營商的頻譜、核心網(wǎng)等現(xiàn)有網(wǎng)絡資產(chǎn)，其他的建網(wǎng)運營都交由運營商去協(xié)作，減少了企業(yè)的資金投入。共建5G專網(wǎng)一方面實現(xiàn)了企業(yè)對5G專網(wǎng)的需求，同時也給運營商提供了更多的選擇，是一件互利共贏的事情。

從建網(wǎng)難度和成本來看，網(wǎng)絡切片<共建5G專網(wǎng)<自建5G專網(wǎng)；從安全性和自主性來看，自建5G專網(wǎng)>共建5G專網(wǎng)>網(wǎng)絡切片。從行業(yè)企業(yè)需求來看，自建5G專網(wǎng)是最理想、最可靠的方案，同時也是最契合萬物互聯(lián)網(wǎng)時代發(fā)展的要求。要建設高質(zhì)量的5G專網(wǎng)，首先需獲得授權頻譜的支持。

4 5G專網(wǎng)的頻譜政策

4.1 日本

為了更好地支持垂直行業(yè)和專用領域接入5G網(wǎng)絡，加大5G跨產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新應用，同時大力促進農(nóng)村地區(qū)5G網(wǎng)絡的部署和發(fā)展，日本政府2019年底正式開放5G專網(wǎng)頻譜牌照的申請，將拿出與移動運營商不同的頻譜資源進行分配，允許地方政府和企業(yè)在農(nóng)村地區(qū)建設自己的網(wǎng)絡。日本通信部還計劃在2020年擴大可用于5G專網(wǎng)的無線頻譜資源，使更多的公司可以使用5G網(wǎng)絡。日本計劃將2575～2595MHz、28.2～28.3GHz、28.3～29.1GHz和4.6～4.8GHz頻段劃為5G本地專網(wǎng)頻段。

4.2 德國

面對企業(yè)對建設5G專網(wǎng)的強烈需求，德國通信監(jiān)管機構正在考慮為大型私人企業(yè)預留頻譜。2019年初，德國聯(lián)邦網(wǎng)絡局發(fā)布了供本地使用的5G頻譜框架條款，決定將3700～3800 MHz頻段預留給工業(yè)自動化、農(nóng)林業(yè)等行業(yè)和領域，將根據(jù)申請進行分配，無需進行拍賣。這意味著私人公司可以獲得頻譜許可，無疑給德國5G專網(wǎng)的發(fā)展注入了活力，極大地激發(fā)垂直行業(yè)的創(chuàng)新活力，促進產(chǎn)業(yè)升級。

4.3 英國

英國通信管理機構Ofcom發(fā)布了《本地許可實現(xiàn)無線應用創(chuàng)新》，開放了兩類頻譜接入許可：一是考慮將3.8～4.2GHz頻段用于5G私有工業(yè)網(wǎng)絡，不允許將此頻段用于國家移動寬帶，將開放此頻段的5G私網(wǎng)許可。二是考慮對1800MHz和2300MHz頻段采用類似許可條件。此外，26 GHz以及許可的移動頻譜都可以用作5G專網(wǎng)的部署。

4.4 3GPP 組織

3GPP組織在5G標準制定中注重非授權頻譜技術的利用，將5G NR引入未經(jīng)許可的頻譜，讓未獲授權的5G網(wǎng)絡在未連接到已有牌照頻譜的情況下自行部署，使企業(yè)能夠建立5G無線專網(wǎng)。3GPP正在定義的Stand-alone NR-U也將進一步促進5G專網(wǎng)擴展。這意味著任何組織都可以向WiFi一樣部署自己的5G網(wǎng)絡。

4.5 美國

為了更好地實現(xiàn)有限頻譜資源的共享使用，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）推出了公民寬帶無線電服務（CBRS），將寬帶無線電頻譜與載波LTE、3550～3700MHz的150MHz帶寬的連續(xù)頻譜按優(yōu)先級搭建三個層級以實現(xiàn)互不干擾的共享，使私有LTE組網(wǎng)在經(jīng)濟和技術上變得可行。隨著5G的發(fā)展成熟，未來CBRS將會向5G私有網(wǎng)絡拓展。

4.6 中國

我國正在積極研究工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的頻譜規(guī)劃和使用。工信部發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動計劃（2018-2020年）》和《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專項工作組2018年工作計劃》涉及了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)專門頻譜方面的規(guī)劃內(nèi)容。臺灣“行政院”也已經(jīng)制定了5G“專網(wǎng)專頻”政策，規(guī)劃4.8～4.9GHz頻段供專網(wǎng)使用，將于2021-2022年擇期開放牌照申請。

5 5G專網(wǎng)的前景和建議

5.1 鼓勵5G專網(wǎng)發(fā)展，賦能垂直行業(yè)產(chǎn)業(yè)

5G賦能各行各業(yè)，點燃萬物互聯(lián)的火花。5G時代，公網(wǎng)不再是唯一的選擇，專網(wǎng)將成為網(wǎng)絡連接的重要補充，與公網(wǎng)共同構建起垂直行業(yè)的通信方式。5G專網(wǎng)在工業(yè)、制造業(yè)、勘探等行業(yè)和領域具有廣泛的應用。5G +企業(yè)專網(wǎng)是通信行業(yè)和垂直行業(yè)深度融合的有力抓手，對于促進垂直行業(yè)發(fā)展具有重要意義，發(fā)展前景廣闊。例如，園區(qū)的5G專網(wǎng)可以解決傳統(tǒng)WiFi辦公網(wǎng)絡帶寬小、覆蓋死角多、移動性差等痛點，提供安全的、卓越的網(wǎng)絡體驗；遠離大陸的海上鉆進平臺更需要5G專網(wǎng)提供穩(wěn)定、高速的連接，實現(xiàn)大量的計算和風險預測。5G專網(wǎng)在垂直行業(yè)的生態(tài)模式一旦建立，將帶來蝴蝶效應，大力促進5G應用的多樣化，賦能垂直行業(yè)發(fā)展，讓競爭和創(chuàng)新不斷迸發(fā)。

5.2 加強頻譜資源規(guī)劃，助推5G生態(tài)繁榮

不管是從技術角度、政策層面還是數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢看，5G時代都將可能出現(xiàn)大量的5G專網(wǎng)，行業(yè)應用所需5G專用頻譜問題成為各國研究重點。德國、日本、英國等國家正以規(guī)劃文件或征求意見的方式為行業(yè)5G應用規(guī)劃頻譜。5G專網(wǎng)頻譜的規(guī)劃涉及頻譜的專用許可、授權、共享等政策。這就要求重點梳理關鍵行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的網(wǎng)絡需求，研究5G專網(wǎng)頻譜的必要性和可行性。隨著行業(yè)專網(wǎng)的寬帶業(yè)務需求的增加，無法保證每個行業(yè)都能獨享頻譜資源，頻譜資源共享將是未來發(fā)展的趨勢，建立頻譜資源共享機制尤為必要。未來相關頻譜的開放還需精細的規(guī)劃，以保障公平接入和減少干擾。此外，要盤活頻譜資源、做好頻譜資源中長期規(guī)劃，從而推動5G規(guī)模部署，實現(xiàn)5G服務差異化，催生更多新的應用，讓5G生態(tài)更加繁榮。

5.3 構建電信業(yè)新格局，加強5G專網(wǎng)安全

5G專網(wǎng)的入場將給電信運營商帶來商機，助力電信運營商扁平化發(fā)展，快速切入垂直行業(yè)的5G應用市場，實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。同時，企業(yè)自建專網(wǎng)也對電信運營商構成了一定的挑戰(zhàn)，使其網(wǎng)絡供應者的角色受到質(zhì)疑。專網(wǎng)頻譜授權方式與運行模式，可能影響到電信業(yè)與垂直產(chǎn)業(yè)之間的生態(tài)平衡。隨著5G應用的加速落地，需引導和指導電信運營商、設備供應商和企業(yè)等各方利益形成新的合力，在垂直行業(yè)尋求5G專網(wǎng)的最佳實踐。另外，企業(yè)自建5G專網(wǎng)的核心在于擔憂電信運營商不能提供可靠的網(wǎng)絡服務和信息安全保障，無法滿足定制化需求。電信運營商能否滿足企業(yè)對網(wǎng)絡自主管理和數(shù)據(jù)安全標準要求，讓企業(yè)放心，是雙方不論以何種方式合作搭建5G專網(wǎng)必須要考慮的問題。