張 勍，馮 毅，秦小飛，曹 亢

(中國聯(lián)通智網創(chuàng)新中心，北京 100048)

0 引言

專有網絡需求在移動網絡的3G 時代已經涌現(xiàn)，公安、電力、礦山等部分行業(yè)開始提出建設“業(yè)務數據與公共網絡完全隔離”的專用網絡的需求。隨著行業(yè)IT 應用以及業(yè)務終端的發(fā)展，行業(yè)專網用戶希望專網能夠“更好地支持移動性業(yè)務、具有更高的可靠性和穩(wěn)定性”。因此，在行業(yè)專用頻段或非授權頻段[1]，使用LTE 技術的4G 專網方案逐漸得到應用。伴隨當前經濟社會數字化、網絡化、智能化轉型的新發(fā)展趨勢，通信技術產業(yè)鏈、信息技術產業(yè)鏈近年來的快速成長和沉淀，以及企業(yè)數字化轉型對數字化運營發(fā)展的新期望，5G 專網方案應運而生，并在過去一年中，不僅開始逐步替代電力、礦山、港口等領域的傳統(tǒng)專網方案，并且開始將專網應用擴散至智能制造、智慧教育、智慧醫(yī)療等新行業(yè)領域。同時，伴隨著5G 行業(yè)新應用的不斷涌現(xiàn)，行業(yè)對5G 專網的需求也不再局限于提供“大帶寬、低時延、廣連接”的基礎連接能力，而是需要以“專網服務”的方式，深度支撐企業(yè)的業(yè)務轉型、運營轉型。

本文在分析了企業(yè)數字化轉型新趨勢下行業(yè)專網用戶對5G 專網的服務化需求后，對5G 專網的四大核心服務能力——專網原子能力、專網數據能力、專網協(xié)同能力和專網運營能力進行了分析；之后對基于核心服務能力形成的大帶寬、低時延、高可靠、專網安全等專網服務的業(yè)務場景和技術方案進行了研究和闡述；最后對面向行業(yè)的服務化5G 專網解決方案進行了討論。

1 行業(yè)5G 專網服務需求分析

當前，運營商主要通過提供3 種組網形態(tài)滿足不同行業(yè)用戶對5G 專網的數據傳輸隔離需求，具體包括虛擬專網形態(tài)、混合專網形態(tài)和獨立專網形態(tài)，如圖1 所示。

圖1 3 種5G 專網組網形態(tài)

其中，虛擬專網是指數據傳輸采用端到端邏輯隔離方式，無線設備和核心網設備均由專網用戶與公眾用戶共享；混合專網是指數據傳輸采用部分邏輯隔離、部分物理隔離的方式，無線設備或核心網用戶面設備物理上由專網用戶獨享；獨立專網是指數據傳輸采用物理隔離的方式，無線設備和核心網用戶面、主要信令面設備均由專網用戶獨享，專網數據在最大程度上與公網數據隔離。

然而，公專網數據隔離以及大帶寬、低時延的傳輸能力只是行業(yè)用戶對5G 專網的最基本訴求。各個行業(yè)領域的用戶還提出了更為豐富多樣的專網服務需求，例如，智能制造領域要求不同用途的業(yè)務終端在特定時間按照指定路由規(guī)則開展業(yè)務訪問，就需要專網提供訪問控制和精細化的路由規(guī)則配置能力；智慧港口領域要求滿足多個超清攝像頭的視頻數據同時實時上傳需求，就需要專網提供更高的上行傳輸性能；智慧礦山領域要求實現(xiàn)即使核心網用戶面設備傳輸信令數據的通路發(fā)生中斷故障，也不造成專網承載的生產業(yè)務的傳輸中斷，則需要專網提供額外的可靠性保障；智慧電力領域希望依托網絡數據對終端安全、業(yè)務安全進行監(jiān)控，并在特定條件下限制訪問來保護敏感數據；智慧交通領域希望能夠及時地以終端、業(yè)務等維度了解網絡運行狀態(tài)，以便通過業(yè)務跟隨網絡實時調整保障業(yè)務連續(xù)性；此外，大部分行業(yè)用戶也都不同程度地提出了專網應用方案的規(guī)劃、咨詢、培訓和代維、重保等服務需求，以及客戶自助運維運營和能力開放等服務需求。

因此，為了有效滿足行業(yè)業(yè)務的需求，需要深度挖掘網絡原生能力、網絡數據能力、網絡與邊端業(yè)的協(xié)同能力和網絡運營能力，并以業(yè)務場景為引導將各類能力有機組織為專網服務方案，再按需對服務方案編排配置形成行業(yè)專網解決方案，深度支撐行業(yè)數字化轉型需求。

2 5G 專網核心服務能力

行業(yè)專網用戶對專網需求的本質是在連接服務層面支持高性能、靈活組網、穩(wěn)定可靠；在業(yè)務層面支持“云邊端網業(yè)”協(xié)同，并能夠提供充分的安全保障；在運營層面支持個性化、定制化的售前、售中、售后服務，并支持客戶自助管理專網。面向滿足用戶需求，從網絡側出發(fā)，則需要在專網原生能力、專網數據能力、專網協(xié)同能力和專網運營能力四方面形成一系列專網服務能力。

在專網原生能力方面，主要包括靈活組網能力、訪問管控能力和專網性能提升三類內容。例如，通過使用精細分流[2]、5G 局域網(Local Area Network，LAN)[3-4]、訪問重定向、終端后路由等能力，可以靈活適配行業(yè)用戶定制化終端訪問、二層組網、業(yè)務路由控制等需求，通過使用訪問白名單、統(tǒng)一資源定位(Uniform Resource Locator，URL)黑名單、用戶訪問管控、終端欺詐攔截等能力，可以支持對終端的安全管控或對業(yè)務服務的訪問安全控制；通過使用雙發(fā)選收、上行免調度[5]、載波聚合[6]等能力，可以支持更低時延、更大帶寬和更可靠的專網服務。

在專網數據能力方面，主要包括網絡質量監(jiān)控、業(yè)務運行安全分析、增值數據服務三類內容?；趯θ烤W元數據、網絡深度報文檢測(Deep Packet Inspection，DPI)數據、終端數據，既可以進行號卡級、業(yè)務級、區(qū)域級、網絡級等多個級別、多個維度的專網運行質量分析、健康度分析和故障預測及定位，也可以進行終端、業(yè)務及網絡的安全分析和趨勢預測。此外，在增值數據服務方面，可以基于號卡反饋的網絡信號強度支持終端主動定位能力[7-8]，在傳統(tǒng)定位能力的基礎上支持室內外協(xié)同定位，對移動終端具有較大應用價值。

在專網協(xié)同能力方面，主要包括網邊端協(xié)同和網業(yè)協(xié)同兩類內容。通過專網服務和邊緣計算服務的協(xié)同、專網終端和專網服務的協(xié)同以及多園區(qū)間專網服務的協(xié)同，可以提升專網服務在特定業(yè)務場景中的用戶體驗；通過以能力開放的方式，提供行業(yè)應用與專網服務的協(xié)同以及專網服務與行業(yè)用戶IT 系統(tǒng)的協(xié)同，可以加深專網服務與5G 應用的耦合度。

在專網運營能力方面，主要包含三方面：售前規(guī)劃、咨詢服務幫助用戶快速制定基于5G 的數字化轉型方案；售后的重保支撐、故障定界、定制化服務等級協(xié)議(Service Level Agreement，SLA)保障等服務為用戶提供更少故障、更高保障、智能響應的運維體驗；客戶自助服務則以線上化方式為用戶提供“可視可維可管可控”專網服務。

3 5G 專網場景化服務

雖然面向不同行業(yè)領域，5G 專網承載的業(yè)務應用多種多樣，但對不同行業(yè)的業(yè)務場景進行聚類分析時，可以發(fā)現(xiàn)業(yè)務場景對網絡服務的需求具有一定的相似性。通過提取聚類場景和場景的核心網絡服務需求特征，可以形成場景化的服務方案，從而面向不同的用戶業(yè)務，都能夠快速形成專網服務方案。具體的場景化服務方案主要包括面向遠程控制類場景的低時延專網服務、面向視頻場景的大帶寬專網服務、面向安全生產場景的專網安全服務、面向重保場景的高可靠服務，以及面向設備互聯(lián)場景的靈活組網服務。

面向遠程控制類場景，需要提供低時延專網服務，實現(xiàn)從低時延供給、感知監(jiān)控到運維保障的閉環(huán)服務提供。在低時延供給方面，結合預調度、切片、邊緣分流等技術，配置無線、承載、核心網低時延網絡平面；在感知監(jiān)控方面，提供用戶級網絡性能感知和業(yè)務級網絡性能感知，實時監(jiān)控網絡時延、抖動；在運維保障方面，通過提供服務等級協(xié)議(Service Level Agreement，SLA)自定義告警和故障優(yōu)先處置，實現(xiàn)為用戶提供低時延專網服務。

面向視頻監(jiān)控、AI 工業(yè)視覺等視頻業(yè)務類場景，需要提供大帶寬專網服務，實現(xiàn)從上行/下行大帶寬供給、感知監(jiān)控、網業(yè)協(xié)同聯(lián)動和運維保障的閉環(huán)服務供給。在大帶寬供給方面，通過提供分布式大規(guī)模多入多出(Massive Multiple Input Multiple Output，Massive MIMO[9-10])、多載波、結合大上行專用無線接入網(Radio Access Network，RAN)時隙配置，提供超大帶寬網絡；感知監(jiān)控方面，提供用戶級、業(yè)務級網絡質量分析及預測；在網業(yè)協(xié)同聯(lián)動方面，通過網絡數據包檢測等技術基于網絡數據減少業(yè)務擁塞；在運維保障方面，提供精細化自定義告警、質差優(yōu)先處置等，實現(xiàn)為用戶提供大帶寬專網服務。

面向安全生產和安保服務類場景，需要提供網絡安全服務，實現(xiàn)從訪問控制、數據隔離、問題感知、分析預測、處置保障的閉環(huán)服務供給。在訪問控制方面，基于核心網能力提供號卡接入控制、業(yè)務訪問控制、企業(yè)二次認證等；在數據隔離方面，提供數據本地分流、高隔離專網、邊緣計算接口防護等服務；在問題感知方面，提供機卡分離檢測、不合理業(yè)務監(jiān)控、號卡健康識別等功能；在分析預測方面，提供業(yè)務異常分析、安全審計日志、終端安全趨勢分析等服務；在處置保障方面，提供異常流量控制、不健康號卡接入限制、訪問重定向等功能，提供專網安全控制與保障。

面向重要保障類場景，需要提供高可靠專網服務，實現(xiàn)從重保監(jiān)控、問題預測、故障響應、容災備份的多重可靠服務供給。在重保監(jiān)控方面，提供重保號卡、業(yè)務或網元進行服務跟蹤、專網監(jiān)控一戶一案等服務；在問題預測方面，提供重保業(yè)務/網元的質差預測；在故障響應方面，提供端到端網絡故障定界定位；在容災備份方面，結合端到端網絡能力提供雙發(fā)選收、傳輸鏈路備份等服務，配置高可用應急網絡平面，提升專網可靠性。

面向無人作業(yè)、設備互聯(lián)類場景，需要提供靈活組網服務，實現(xiàn)多場景組網適配、組網管理和靈活變更等按需定制組網服務供給。在多場景組網適配方面，通過提供二層組網、三層組網、終端定向訪問等適配多種行業(yè)終端，提供時間、事件、五元組等多種元素關聯(lián)的路由規(guī)則制定適配定制化需求；在組網管理和變更方面，通過提供客戶自助線上訂購、變更和終端群組管理服務，支持行業(yè)用戶跟隨業(yè)務變動進行實時、靈活的組網服務調整。

4 行業(yè)5G 專網解決方案

行業(yè)專網用戶的業(yè)務往往為多種場景聚合的復合型需求，通過將場景化的5G 專網服務，按需進行組合和能力配置，可以快速形成符合行業(yè)特色需求的客戶個性化專網解決方案，并使得專網充分、高效地支撐企業(yè)數字化轉型過程的通信、信息化和數字運營需求。

以工業(yè)互聯(lián)網領域為例，面向云化可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)、增強現(xiàn)實(Augmented Reality，AR)遠程協(xié)作、無人天車、AI 質檢等業(yè)務應用需求，通過融合大帶寬、低時延、專網安全和靈活組網服務，可以快速形成5G 工業(yè)專網解決方案，如圖2 所示。該方案能提供低時延網絡接入能力和低抖動的無線網絡平面，通過在室內場景使用分布式Massive MIMO，在室外場景使用大上行專用無線接入網(Radio Access Network，RAN)時隙等，提升網絡下行、上行容量和帶寬，通過使用預調度、邊緣分流等保障業(yè)務訪問的超低時延和較低抖動，利用用戶、業(yè)務、網絡三級網絡質量分析實時監(jiān)控網絡性能，通過提供5G 局域網和用戶訪問控制、精細路由等支持客戶按需調整組網規(guī)則，通過提供企業(yè)二次認證支持客戶強化終端接入安全，提供機卡分離檢測、不合理業(yè)務監(jiān)控、終端安全趨勢分析等保護網絡和業(yè)務安全，保障工業(yè)專網的高性能、強安全和靈活組網。

圖2 5G 工業(yè)專網解決方案

以礦山行業(yè)為例，面向智能綜采面、智能掘進面、智能監(jiān)控等業(yè)務應用需求，通過融合低時延和高可靠專網服務，可以快速形成5G 礦山專網解決方案，如圖3 所示。該方案能提供無線、承載低時延網絡平面和高可用應急網絡平面，在號卡級和業(yè)務級實時監(jiān)控網絡時延、抖動和帶寬，通過對重點終端和業(yè)務提供雙發(fā)選收能力提升網絡可靠性，對重點地理區(qū)域關聯(lián)網元進行服務跟蹤和質差預測及時發(fā)現(xiàn)網絡問題，并通過端到端故障定界定位及時判斷終端、無線、核心網、業(yè)務問題界面，結合遠程運維能力快速恢復網絡服務，保障專網穩(wěn)定、可靠、低時延地支撐智能礦山生產業(yè)務持續(xù)運行。

圖3 5G 礦山專網解決方案

以電力行業(yè)為例，面向差動保護、智能巡檢、配電設備管控等業(yè)務應用需求，通過融合低時延、大帶寬、強安全專網服務，可以快速形成5G 電力專網解決方案，如圖4 所示。該方案能提供多種電力業(yè)務切片、多載波和上行免調度，滿足不同業(yè)務的差異化帶寬、時延需求，提供業(yè)務級監(jiān)控實時檢測網絡性能，通過網業(yè)協(xié)同聯(lián)動減少業(yè)務擁塞風險，提供號卡接入控制和業(yè)務訪問控制避免不安全終端接入專網，提供SLA 監(jiān)控與閉環(huán)保障、支持客戶自定義告警并對重保業(yè)務關聯(lián)故障進行優(yōu)先處置，保障電力專網服務穩(wěn)定、可靠、性能卓越。

圖4 5G 電力專網解決方案

5 結論

本文從當前運營商主要在數據隔離方面為行業(yè)用戶提供的專網產品不能充分滿足用戶需求出發(fā)，論述了行業(yè)用戶對專網服務的需求，進一步提出了專網原生能力、數據能力、協(xié)同能力和運營能力內容，并分析了如何通過能力的有效組織為聚類場景提供專網服務，最后簡述了在不同行業(yè)利用專網服務形成行業(yè)專網解決方案。基于本文提出的專網服務方案研究成果能夠極大地擴展5G 專網為行業(yè)用戶提供的服務內容和服務價值，并快速組織大量的專網能力形成適配行業(yè)需求的解決方案。當前，5G 專網雖然已經形成了一定的應用案例，但整體市場仍處于探索期，行業(yè)終端、5G 應用的發(fā)展也滯后于5G 專網技術和網絡服務的發(fā)展，未來仍需要產業(yè)鏈上下游協(xié)同互助，著力于網業(yè)協(xié)同、端網協(xié)同和企業(yè)內外網協(xié)同等能力的演進，以及專網數字化運營水平的提升，推動5G 專網進一步向“通信、感知、服務”融合一體的方向演進。