龔戈勇

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引 言

隨著智慧城市等信息化項目的建設，政府正從管理型政府向服務型政府轉型，政府部門在信息化建設應用方面不斷進行了各類探索，通過政務專網的網絡平臺來支撐辦公、監(jiān)管、服務以及決策等業(yè)務的智能化，有效提升了政務辦公和管理的信息化服務水平。5G系統(tǒng)非公眾網絡（Non-public Networks，NPN）架構使得核心網單元的控制面可提供異構接入技術統(tǒng)一的接入、安全及簽約管理服務框架，可支持專網用戶業(yè)務數據流按策略進行分流，實現邊緣、數據中心以及節(jié)點間的互聯(lián)互通，具備海量連接、高可靠、低時延等技術特性，高度契合政務信息化發(fā)展中不斷提升的移動辦公數據需求，可實現端到端超低時延、大容量視頻監(jiān)控以及海量物聯(lián)網終端接入等典型政務行業(yè)應用，解決現有政務無線專網的痛點，賦能城市治理、產業(yè)、民生等多個政務領域[1]。

1 政務無線專網組網技術對比

1.1 5G技術和WiFi6技術的對比

5G無線專網和WiFi6技術采用的協(xié)議不同，不同場景的網絡覆蓋性能存在著較大差異。5G無線專網具有更可靠的重傳和保護機制、更大的覆蓋范圍以及更低的業(yè)務時延[2]。二者性能對比如表1所示。

表1 5G無線專網與WiFi6性能對比

1.2 5G專網和4G專網的對比

相比4G網絡，5G技術架構上進行了很大的優(yōu)化和調整，各項性能和指標均有較大的提升。5G專網具備邊緣計算、超級上行、靈活的網絡控制和組網方案等特點，滿足多業(yè)務支持能力，可面向多樣化的應用場景，網絡部署更加靈活[3]。二者的性能進行對比如表2所示。

表2 5G專網與4G專網性能對比

2 政務行業(yè)5G專網組網方案

2.1 頻率規(guī)劃

2.1.1 政務行業(yè)授權頻段

授權許可頻譜是無線通信服務的基石。2015年工信部頒布的《關于1447-1467兆赫茲（MHz）頻段寬帶數字集群專網系統(tǒng)頻率使用事宜的通知》（工信部無〔2015〕59號）提出1 447～1 467 MHz中20 MHz規(guī)劃用于政務網、公共安全以及應急通信等政府專網。當前1.4G寬帶專網規(guī)劃的頻段主要用于相關LTE專網的建設，在5G政務行業(yè)暫無相關的授權許可頻段，經相關部門的登記許可情況下也可考慮在此頻段上進行政務行業(yè)5G無線專網的布置。

2.1.2 運營商授權許可頻段

目前，國內三大運營商都經營著2G、3G、4G以及5G的無線移動網絡，加上2019年新加入的中國廣電，四家運營商頻段都在5 GHz頻率以下具有較為充足的無線頻譜資源。因此，政務行業(yè)5G專網也可通過與運營商合作，租用運營商現有授權頻段進行無線專網的部署。

2.1.3 非授權頻段

授權頻段的短缺日益明顯，5G通信系統(tǒng)上下游產業(yè)鏈也開始考慮在非授權頻段（包括2.4 GHz、3.5 GHz、5 GHz等）進行相關設備部署的嘗試，即使用NR協(xié)議在非授權頻段提供5G無線網絡接入服務，以緩解當前5G系統(tǒng)授權頻段的壓力。例如，5.8 GHz頻段是一個比2.4 GHz頻率更高，更開放的ISM頻段，目前也開始進入5G系統(tǒng)相關無線產品研發(fā)領域，通過提高容量和改善數據連通性，在補充許可頻譜方面發(fā)揮著重要作用。

2.2 組網方案

政務行業(yè)5G專網是針對公檢法機構、城市安防以及交通管控等場景，為政府部門用戶提供以5G為核心技術的綜合型專網。該專網融合了網絡切片和MEC等技術，網絡指標要求比公網更高，具有定制化的資源和服務質量保障、業(yè)務隔離的精品安全網絡，主要有以下3種組網方式.

2.2.1 虛擬型5G政務專網

虛擬型5G政務專網基于運營商5G SA網絡框架，依照“一張物理網，兩張邏輯網”的思路，采用2B/2C統(tǒng)籌規(guī)劃的部署建設思路，構建政務行業(yè)5G定制專網。虛擬型5G政務專網在運營商公共網絡完全部署，政務部門內部僅部署帶邊緣計算的5G路由，政務5G專網與公網業(yè)務利用網絡切片技術，采用軟隔離的方式進行隔離[4]。其專網網絡架構如圖1所示。

圖1 虛擬型5G政務專網架構

虛擬型5G政務專網通過配置靈活的網絡切片資源，為不同的政府客戶提供不同等級的帶寬、時延保障等網絡服務能力。虛擬型5G政務專網的特點如下。一是網絡建設和運營成本更低，周期更短。網絡由運營商與公網一起建設，無需采購定制化的專網設備，客戶也無需承擔無線網絡建設及維護成本。二是網絡服務范圍寬廣。運營商公眾網絡有業(yè)務覆蓋的地方均可提供專網的相關網絡服務。同時，因虛擬型5G政務專網全部采用了運營商的網絡設備，其系統(tǒng)也存在著安全性較差和網絡延遲大的缺點。

虛擬型5G政務專網適用于政務行業(yè)的廣域專網業(yè)務，包括智慧城市、智慧景區(qū)、新媒體、智能交通以及環(huán)境監(jiān)測等場景，如無人機巡邏和環(huán)境水質監(jiān)控傳感器等。

2.2.2 混合型5G政務專網

混合型5G政務專網是指以5G數據分流技術為基礎，通過靈活定制無線接入和控制網元為政府用戶構建一張增強帶寬、低時延的基礎連接網絡?；旌闲?G政務專網的核心網用戶面UPF網元為政府用戶私有化部署，無線基站和核心網控制面網元根據用戶需求靈活部署，為用戶提供部分物理獨享的5G專用網絡，滿足政府用戶大帶寬和低時延等不同的應用需求，網絡架構如圖2所示。

圖2 混合型5G政務專網架構

混合型5G政務專網可根據用戶場景及業(yè)務特點，實現覆蓋、速率、容量以及上下行配比的靈活配置?；旌闲?G政務專網特點如下。一是業(yè)務安全隔離性較好。通過在政府部門內部部署專用政務UPF設備，可實現信息數據本地靈活卸載，不出園區(qū)。二是端到端時延較低。通過核心網UPF單位本地部署可有效降低網絡端到端的時延，部分場景時延可低于10 ms。

混合型5G政務專網產品適用于政務局域開放園區(qū)，包括城市管理和城市安防等。

2.2.3 專用型5G政務專網

專用型5G政務專網是指政府部門采用專有獨立的無線設備和核心網設備，構建一張增強帶寬、低時延以及物理封閉的基礎連接網絡，實現專網用戶數據與運營商公眾網絡數據完全隔離，且不受運營商公眾網絡影響。在該模式下可以采用行業(yè)授權頻段、運營商頻段或者非授權頻段進行組網，相關部門在對應的園區(qū)、辦公場所部署全套5G（gNB、UPF、5GC CP、UDM、MEC）。其專網網絡架構如圖3所示。

圖3 專用型5G政務專網架構

專用型5G政務專網的設備組網方案可以基于傳統(tǒng)公網模式或定制化的專網設備組網方案。

（1）傳統(tǒng)公網模式。5G無線專網設備組網架構類似于5G公網組網架構，網絡設備主要包括核心網單元、BBU單元、AAU單元以及CPE終端。

（2）定制化專網方案采用的5G無線專網設備通過裁剪了部分與行業(yè)應用無關的功能，采用專有無線+核心網一體化設備，組網架構更加簡單。由集中控制單元、分布式拉遠單元以及客戶前置設備3部分組成。其中，集中控制單元可采用云化的部署方式，使部署更便捷、成本更低，光纖拉遠的分布式拉遠單元采用智能基帶與射頻單元，使網絡覆蓋更優(yōu)，尤其適合應用在環(huán)境復雜和覆蓋面積廣的環(huán)境中，客戶前置設備終端部署在應用設備附近，通過5G無線傳輸連接到分布式拉遠單元。

專用型5G政務專網的特點如下。一是提供超低的端到端時延。通過核心網本地部署+空口預調度技術，有效降低網絡的端到端時延，部分場景下的時延可做到低于10 ms。二是硬隔離，安全性高。政務部門專網與運營商公眾網絡端到端完全隔離，用戶獨立部署核心網等網絡全套相關設備，保障專網行業(yè)用戶業(yè)務數據及用戶行為信息不出政務部門園區(qū)，為政務用戶提供剛性安全保障。三是靈活的網絡配置和自服務。上下行帶寬靈活調整，可獨立增強，提供超級上行能力，通過增強上行覆蓋、優(yōu)化基站上下行資源配比、TDD+FDD的方式合力提升上行吞吐率。同時，政務用戶權限具有獨立的靈活配置的自服務能力。由于采用獨立組網，相關的網絡建設和運營都需要自己負責，其組網也存在部署成本高，因此需要組建自有的網絡運營團隊等。

專用型5G政務專網適用于專屬程度高、安全要求高、數據隔離要求高、業(yè)務連續(xù)性要求極高以及對業(yè)務自主性要求高的局域封閉區(qū)域，如看守所和監(jiān)獄等。

2.3 容量規(guī)劃

2.3.1 容量需求估算

政務行業(yè)5G專網的容量需求估算主要為其UPF設備的指標配置，包括吞吐量和會話數，可依據業(yè)務承載的相關原則計算出UPF承載的業(yè)務吞吐量和會話數要求[5]。其中，政務5G專網帶寬需求=業(yè)務類型的平均每終端帶寬×對應業(yè)務類型的用戶終端數；政務5G專網會話需求=業(yè)務類型的平均每終端會話數×對應業(yè)務類型的用戶終端數。

政務行業(yè)5G專網5G容量規(guī)劃方法可以結合4G業(yè)務發(fā)展情況作為參考，將上表小區(qū)峰值代入容量估算方法中。政務行業(yè)5G專網規(guī)劃的下行小區(qū)數量=區(qū)域專網總用戶數×連接態(tài)用戶比例×忙時下行激活比×下行用戶平均速率/單小區(qū)下行容量；政務行業(yè)5G專網規(guī)劃的上行小區(qū)數量=區(qū)域專網總用戶數×連接態(tài)用戶比例×忙時上行激活比×上行用戶平均速率/單小區(qū)上行容量。

2.3.2 系統(tǒng)帶寬測算

政務行業(yè)5G專網系統(tǒng)的承載能力與Massive MIMO配置、幀結構配置、帶寬等系統(tǒng)參數以及用戶分布等有關。下面以運營商4.9G授權頻段和5.8G非授權頻段進行5G專網基站帶寬的測算。4.9G頻段效用測算如表3所示，5.8G頻段效用測算如表4所示。

表3 4.9G頻段效用測算

表4 5.8G頻段效用測算

3 結 論

當前，城市管理和社會建設面臨著許多新的挑戰(zhàn)，迫切需要運用新技術來提升政府各部門城市管理與公共服務效率，5G無線政務專網正好可以滿足這種需求。5G政務專網將固定應用和移動應用結合起來，利用融合視頻、數據以及語音的5G通信技術來支撐政務行業(yè)的信息化工作的快速發(fā)展。