齊佩鈞

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司太原市分公司 山西省太原市 030000）

1 概述

專網(wǎng)，是指在特定區(qū)域為特定行業(yè)或企業(yè)用戶提供的專用通信網(wǎng)絡。相較于公網(wǎng)，專網(wǎng)性能更強、可靠性更高，安全性更好，且可隨需求進行定制，在軍用、公安、鐵路、港口、能源、制造等場景都有應用。而5G 專網(wǎng)是服務特定用戶的專用5G 網(wǎng)絡,是覆蓋在指定區(qū)域、提供數(shù)據(jù)不出場、性能確定等特點的規(guī)?；W(wǎng)絡。

在國家政策的指導下，我國5G 發(fā)展迅速，5G 產業(yè)鏈上下游技術服務商、設備供應商、運營商、行業(yè)客戶等多方積極協(xié)同，以技術和需求雙向驅動，有效加快了5G 的發(fā)展步伐。5G 網(wǎng)絡主要面向物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，賦能千行百業(yè)。預計到2023年，5G 主要應用的價值空間將超萬億，到2026年，5G 60%的新增市場機會將來自于2B 行業(yè)應用。

在使用5G 頻段方面，德國、法國、日本等國家為垂直行業(yè)分配了專用的5G 專網(wǎng)頻段并且允許企業(yè)自建5G 專用網(wǎng)絡。在我國，部分省份提出5G 專用頻段申請，擬在政務、公安、應急管理、電網(wǎng)等重點行業(yè)建設5G 專網(wǎng)。

在組網(wǎng)方式上，5G 有獨立組網(wǎng)、混合組網(wǎng)和虛擬組網(wǎng)三種專網(wǎng)組網(wǎng)模式。從目前實踐成果來看，除特殊行業(yè)和山區(qū)、井下礦區(qū)等采用獨立專網(wǎng)以外，其他行業(yè)還是以混合專網(wǎng)、虛擬專網(wǎng)為主要5G 專網(wǎng)形式。相對于獨立專網(wǎng)，混合專網(wǎng)和虛擬專網(wǎng)在建設成本、部署周期、調測難度和運維成本等方面都有較大的優(yōu)勢，同時，這兩種組網(wǎng)方式在不同程度上達到網(wǎng)絡“共享”，不需要單獨分配頻譜資源，能夠有效提升頻譜利用率。

2 5G專網(wǎng)技術

2.1 5G獨立專網(wǎng)

如圖1所示，5G 獨立專網(wǎng)是指在一定地域或一定行業(yè)范圍內，通過專用基站、專用核心網(wǎng)等獨享專用設備，采用專用頻段完成網(wǎng)絡建設，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。這種網(wǎng)絡部署方式與公眾5G網(wǎng)絡物理隔離，能夠達到數(shù)據(jù)信息高度保密、網(wǎng)絡特性高度定制的效果。

圖1：5G 獨立專網(wǎng)

2.2 5G混合專網(wǎng)

如圖2所示，5G 混合專網(wǎng)是通過5G 數(shù)據(jù)分流技術，將核心網(wǎng)部分功能從運營商核心網(wǎng)下沉至行業(yè)客戶專網(wǎng)側。無線側可根據(jù)需求，利用公網(wǎng)實現(xiàn)或在特定區(qū)域加裝無線基站設備。這種網(wǎng)絡部署方式是部分獨享、部分與公眾網(wǎng)絡共享的模式，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)本地處理、網(wǎng)絡功能定制，同時也可避免公眾網(wǎng)絡故障時對生產、辦公的影響。

圖2：5G 混合專網(wǎng)

2.3 5G虛擬專網(wǎng)

5G 虛擬專網(wǎng)是完全基于5G 公眾網(wǎng)絡資源，采用QoS（服務質量）或切片技術，實現(xiàn)從無線基站到核心網(wǎng)整體網(wǎng)絡完全共享的邏輯專網(wǎng)，同時可提供具有特定SLA（服務水平協(xié)議）保障。

3 5G專網(wǎng)應用方案設計

在工業(yè)場景中，根據(jù)不同需求設計了以下幾種應用網(wǎng)絡架構，涉及三種組網(wǎng)方式，且均已完成實地測試或已成功應用。

3.1 礦用井下5G獨立專網(wǎng)

如圖3所示，項目在鐵礦井下進行5G 專網(wǎng)建設，該礦區(qū)在進行5G 智能礦山建設，無人駕駛電機車項目的實施需要最先進的5G通信技術提供無線網(wǎng)絡支撐。5G 網(wǎng)絡低延時、大帶寬、廣連接的特性，能為無人駕駛電機車提供穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡環(huán)境。

圖3：礦用井下5G 獨立專網(wǎng)組網(wǎng)

礦用井下5G 無線通信網(wǎng)絡架構與常用地面5G 網(wǎng)絡架構相同，但網(wǎng)絡部署位置可分為地面部分和井下部分。地面網(wǎng)絡部分主要部署核心網(wǎng)設備（企業(yè)級輕量化5G 核心網(wǎng)），其余的控制單元、數(shù)據(jù)匯聚單、微型射頻拉遠單元等網(wǎng)絡設備部署在礦井，構成井下網(wǎng)絡部分。

企業(yè)級輕量化5G 核心網(wǎng)是構建園區(qū)自主可控的專有網(wǎng)絡，提供更加貼近行業(yè)應用的定制服務；提供井下無線網(wǎng)絡的注冊和控制、業(yè)務的鑒權、語音和數(shù)據(jù)的交換；礦方可自主管控自己的用戶；礦方數(shù)據(jù)不出園區(qū)，保證所有數(shù)據(jù)信息的安全可靠。通過在礦區(qū)部署企業(yè)級核心網(wǎng)設備，實現(xiàn)煤礦5G 無線通信系統(tǒng)獨立組網(wǎng)、獨立運行，在礦區(qū)與運營商傳輸鏈路發(fā)生故障或者外部網(wǎng)絡故障時，能夠實現(xiàn)5G 無線通信系統(tǒng)安全、獨立、穩(wěn)定運行，保證無線通信及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、穩(wěn)定性，在有效范圍內可以支持正常的語音、數(shù)據(jù)、視頻通信傳輸。

基帶控制單元（BBU）和遠端數(shù)據(jù)匯聚單元（RHUB）的完成基帶信號的處理，提供線資源管理、傳輸管理和接口。

由微型射頻拉遠單元（pRRU）和無源雙極化定向天線組成基站，實現(xiàn)井下5G 無線信號的覆蓋，配套的天線具備增益功能，增益后的發(fā)射閾功率滿足防爆安全要求。

本方案中5G 無線通信網(wǎng)絡采用NR TDD（Time Division Duplexing，時分雙工）制式，頻段為3500-3600MHz，組網(wǎng)方式為SA（Standalone，獨立組網(wǎng)）架構，通信類別及制式均為經營許可范圍，符合國家現(xiàn)行規(guī)定。

3.2 高新制造業(yè)高可靠雙鏈路獨立專網(wǎng)

項目在6C 產業(yè)工廠車間進行實際部署測試，該工廠為精密專業(yè)從事電腦、通訊、消費電子、數(shù)位內容、汽車零組件、通路等的生產制造，嚴格要求技術和生產數(shù)據(jù)不出園區(qū)、保證數(shù)據(jù)安全，在數(shù)據(jù)傳輸、設備控制方面對低延時要求極高，同時，工業(yè)生產要求穩(wěn)定網(wǎng)絡，網(wǎng)絡故障直接導致停產，影響企業(yè)效益和運營。

原有CNC 數(shù)控機床的車間設備數(shù)據(jù)回傳是通過有線回傳，由于廠房環(huán)境相對有限，布線比較繁瑣，油污染也比較嚴重，維護起來也不方便。數(shù)據(jù)回傳還是通過運營商的網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)安全也相對有限。采用5G 專網(wǎng)的方式可實現(xiàn)園區(qū)的5G 無線覆蓋，為AGV 小車、機械手和機床等設備的遠程控制與數(shù)據(jù)傳輸提供無線傳輸環(huán)境。5G傳輸?shù)脑O備專網(wǎng)數(shù)據(jù)通過5G 核心網(wǎng)傳送到工業(yè)管控調度平臺，以5G 專網(wǎng)為基礎來打造5G 無線智慧工廠。

在這種應用場景需求上，我們采用獨立組網(wǎng)的方案。

5G 網(wǎng)絡架構通過鏈路實時備份的方式，可具備整條鏈路的抗災能力，從上到下配備兩套核心網(wǎng)，分別連接至兩臺5GIPRAN 交換機，交換機下分兩條鏈路（一主一備），平分100Mhz 頻譜帶寬，每條鏈路配備一臺BBU，一臺HUB，三臺pRRU（劃分兩個小區(qū)）。所有設備同時運行，主備鏈路均提供5G 信號雙頻點覆蓋相同區(qū)域，無線端設置優(yōu)先連接主鏈路5G 信號，當主鏈路信號任何一點出現(xiàn)故障造成信號丟失時，自動切換至備用鏈路5G 信號。

3.3 食品制造業(yè)園區(qū)5G混合專網(wǎng)

本項目是在某釀造企業(yè)園區(qū)里建設5G 專網(wǎng)，支撐園區(qū)安防監(jiān)控、視覺AI 檢測、消防、智能灌裝生產線等5G 應用。園區(qū)已覆蓋5G 公網(wǎng)，采用混合組網(wǎng)的方式快速實現(xiàn)5G 專網(wǎng)的部署。

公網(wǎng)5G 基站雙聯(lián)5G 核心網(wǎng)的混合組網(wǎng)模式下，企業(yè)5G 專網(wǎng)與5G 公網(wǎng)共享基站，5G 專網(wǎng)具備和5G 獨立專網(wǎng)同等的高帶寬、低時延等性能，部署成本相對較低；采用5G 端計算網(wǎng)關產品，具備計算能力、AI 能力，可提供靈活的管理和控制權限；5G 輕量化核心網(wǎng)產品在生產安全方面實現(xiàn)了“人物隔離，人走公網(wǎng)，物走專網(wǎng)”、“數(shù)據(jù)不出園區(qū)”，提升企業(yè)數(shù)據(jù)安全性；混合組網(wǎng)模式也為行業(yè)客戶打造“逃生模式”，即在5G 公網(wǎng)傳輸中斷時，5G 專網(wǎng)可正常運行，從而保障企業(yè)5G 業(yè)務連續(xù)性。

3.4 建筑材料制造及施工現(xiàn)場5G虛擬專網(wǎng)

如圖4所示，該項目施工廠區(qū)已實現(xiàn)5G 公網(wǎng)的全覆蓋，在施工完成后5G 應用地點發(fā)生改變，在這種情況下提出5G 虛擬專網(wǎng)的解決方案，以最低成本實現(xiàn)網(wǎng)絡的靈活部署。

圖4：建筑材料制造施工現(xiàn)場5G 虛擬專網(wǎng)

虛擬專網(wǎng)采用基于QoS 的用戶保障方案，與2C/2H 用戶完全共享5G 網(wǎng)絡資源，快速進行2B 業(yè)務發(fā)放，無單獨進行網(wǎng)絡規(guī)劃，可以實現(xiàn)用戶級和業(yè)務級體驗保障。具體的，在5G RAN 上，采用基于5QI 進行業(yè)務優(yōu)先級保障和PMBR/GBR 特性保障；在5G承載網(wǎng)，采用基于DSCP 業(yè)務優(yōu)先級保障；在5G 核心網(wǎng)側，進行QoS 策略制定。

4 結論

5G 專網(wǎng)的設計方案依據(jù)三種基本組網(wǎng)方式，結合應用場景對時延、數(shù)據(jù)安全、生產控制以及公網(wǎng)覆蓋情況、建設費用等多方面因素考慮。

在礦區(qū)井下建設5G 專網(wǎng)，由于礦區(qū)大都遠離市區(qū)，地勢復雜，5G 公網(wǎng)基礎建設薄弱，方案多采用獨立專網(wǎng)的方式實現(xiàn)礦山的無線覆蓋；在高新技術產業(yè)，生產控制對延時要求和網(wǎng)絡穩(wěn)定性要求高，需要在網(wǎng)絡設計時雙路設計來保障網(wǎng)絡不中斷、業(yè)務不受影響；在一些生產園區(qū)里，通過混合組網(wǎng)的方式可低成本、快速實現(xiàn)專網(wǎng)的建設，服務于園區(qū)AI 質檢等智能化應用；對于建筑材料制造、施工現(xiàn)場等場景，5G 專網(wǎng)的需求根據(jù)項目地點的變化而變化，呈現(xiàn)非固定性，可依據(jù)公網(wǎng)建設的基礎通過虛擬專網(wǎng)的方式搭建5G專網(wǎng)，避免資源的重復投入。

未來5G 專網(wǎng)的應用方案設計仍然會以三種基本組網(wǎng)方式為基礎，但會更加緊密的結合行業(yè)特點和工業(yè)場景，更充分的發(fā)揮出5G 在每個特定工業(yè)場景的作用，呈現(xiàn)出更加豐富多樣的可落地方案，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，促進工業(yè)轉型升級。