張 勍，馮 毅，秦小飛，曹 亢

(中國聯(lián)通智網(wǎng)創(chuàng)新中心，北京 100048)

0 引言

專有網(wǎng)絡(luò)需求在移動網(wǎng)絡(luò)的3G 時代已經(jīng)涌現(xiàn)，公安、電力、礦山等部分行業(yè)開始提出建設(shè)“業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與公共網(wǎng)絡(luò)完全隔離”的專用網(wǎng)絡(luò)的需求。隨著行業(yè)IT 應(yīng)用以及業(yè)務(wù)終端的發(fā)展，行業(yè)專網(wǎng)用戶希望專網(wǎng)能夠“更好地支持移動性業(yè)務(wù)、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(quán)頻段[1]，使用LTE 技術(shù)的4G 專網(wǎng)方案逐漸得到應(yīng)用。伴隨當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的新發(fā)展趨勢，通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈近年來的快速成長和沉淀，以及企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對數(shù)字化運(yùn)營發(fā)展的新期望，5G 專網(wǎng)方案應(yīng)運(yùn)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(lǐng)域的傳統(tǒng)專網(wǎng)方案，并且開始將專網(wǎng)應(yīng)用擴(kuò)散至智能制造、智慧教育、智慧醫(yī)療等新行業(yè)領(lǐng)域。同時，伴隨著5G 行業(yè)新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，行業(yè)對5G 專網(wǎng)的需求也不再局限于提供“大帶寬、低時延、廣連接”的基礎(chǔ)連接能力，而是需要以“專網(wǎng)服務(wù)”的方式，深度支撐企業(yè)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型、運(yùn)營轉(zhuǎn)型。

本文在分析了企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型新趨勢下行業(yè)專網(wǎng)用戶對5G 專網(wǎng)的服務(wù)化需求后，對5G 專網(wǎng)的四大核心服務(wù)能力——專網(wǎng)原子能力、專網(wǎng)數(shù)據(jù)能力、專網(wǎng)協(xié)同能力和專網(wǎng)運(yùn)營能力進(jìn)行了分析；之后對基于核心服務(wù)能力形成的大帶寬、低時延、高可靠、專網(wǎng)安全等專網(wǎng)服務(wù)的業(yè)務(wù)場景和技術(shù)方案進(jìn)行了研究和闡述；最后對面向行業(yè)的服務(wù)化5G 專網(wǎng)解決方案進(jìn)行了討論。

1 行業(yè)5G 專網(wǎng)服務(wù)需求分析

當(dāng)前，運(yùn)營商主要通過提供3 種組網(wǎng)形態(tài)滿足不同行業(yè)用戶對5G 專網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸隔離需求，具體包括虛擬專網(wǎng)形態(tài)、混合專網(wǎng)形態(tài)和獨(dú)立專網(wǎng)形態(tài)，如圖1 所示。

圖1 3 種5G 專網(wǎng)組網(wǎng)形態(tài)

其中，虛擬專網(wǎng)是指數(shù)據(jù)傳輸采用端到端邏輯隔離方式，無線設(shè)備和核心網(wǎng)設(shè)備均由專網(wǎng)用戶與公眾用戶共享；混合專網(wǎng)是指數(shù)據(jù)傳輸采用部分邏輯隔離、部分物理隔離的方式，無線設(shè)備或核心網(wǎng)用戶面設(shè)備物理上由專網(wǎng)用戶獨(dú)享；獨(dú)立專網(wǎng)是指數(shù)據(jù)傳輸采用物理隔離的方式，無線設(shè)備和核心網(wǎng)用戶面、主要信令面設(shè)備均由專網(wǎng)用戶獨(dú)享，專網(wǎng)數(shù)據(jù)在最大程度上與公網(wǎng)數(shù)據(jù)隔離。

然而，公專網(wǎng)數(shù)據(jù)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(wǎng)的最基本訴求。各個行業(yè)領(lǐng)域的用戶還提出了更為豐富多樣的專網(wǎng)服務(wù)需求，例如，智能制造領(lǐng)域要求不同用途的業(yè)務(wù)終端在特定時間按照指定路由規(guī)則開展業(yè)務(wù)訪問，就需要專網(wǎng)提供訪問控制和精細(xì)化的路由規(guī)則配置能力；智慧港口領(lǐng)域要求滿足多個超清攝像頭的視頻數(shù)據(jù)同時實(shí)時上傳需求，就需要專網(wǎng)提供更高的上行傳輸性能；智慧礦山領(lǐng)域要求實(shí)現(xiàn)即使核心網(wǎng)用戶面設(shè)備傳輸信令數(shù)據(jù)的通路發(fā)生中斷故障，也不造成專網(wǎng)承載的生產(chǎn)業(yè)務(wù)的傳輸中斷，則需要專網(wǎng)提供額外的可靠性保障；智慧電力領(lǐng)域希望依托網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)對終端安全、業(yè)務(wù)安全進(jìn)行監(jiān)控，并在特定條件下限制訪問來保護(hù)敏感數(shù)據(jù)；智慧交通領(lǐng)域希望能夠及時地以終端、業(yè)務(wù)等維度了解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，以便通過業(yè)務(wù)跟隨網(wǎng)絡(luò)實(shí)時調(diào)整保障業(yè)務(wù)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(wǎng)應(yīng)用方案的規(guī)劃、咨詢、培訓(xùn)和代維、重保等服務(wù)需求，以及客戶自助運(yùn)維運(yùn)營和能力開放等服務(wù)需求。

因此，為了有效滿足行業(yè)業(yè)務(wù)的需求，需要深度挖掘網(wǎng)絡(luò)原生能力、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)能力、網(wǎng)絡(luò)與邊端業(yè)的協(xié)同能力和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能力，并以業(yè)務(wù)場景為引導(dǎo)將各類能力有機(jī)組織為專網(wǎng)服務(wù)方案，再按需對服務(wù)方案編排配置形成行業(yè)專網(wǎng)解決方案，深度支撐行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求。

2 5G 專網(wǎng)核心服務(wù)能力

行業(yè)專網(wǎng)用戶對專網(wǎng)需求的本質(zhì)是在連接服務(wù)層面支持高性能、靈活組網(wǎng)、穩(wěn)定可靠；在業(yè)務(wù)層面支持“云邊端網(wǎng)業(yè)”協(xié)同，并能夠提供充分的安全保障；在運(yùn)營層面支持個性化、定制化的售前、售中、售后服務(wù)，并支持客戶自助管理專網(wǎng)。面向滿足用戶需求，從網(wǎng)絡(luò)側(cè)出發(fā)，則需要在專網(wǎng)原生能力、專網(wǎng)數(shù)據(jù)能力、專網(wǎng)協(xié)同能力和專網(wǎng)運(yùn)營能力四方面形成一系列專網(wǎng)服務(wù)能力。

在專網(wǎng)原生能力方面，主要包括靈活組網(wǎng)能力、訪問管控能力和專網(wǎng)性能提升三類內(nèi)容。例如，通過使用精細(xì)分流[2]、5G 局域網(wǎng)(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(wǎng)、業(yè)務(wù)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?qū)I(yè)務(wù)服務(wù)的訪問安全控制；通過使用雙發(fā)選收、上行免調(diào)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(wǎng)服務(wù)。

在專網(wǎng)數(shù)據(jù)能力方面，主要包括網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)控、業(yè)務(wù)運(yùn)行安全分析、增值數(shù)據(jù)服務(wù)三類內(nèi)容?；趯θ烤W(wǎng)元數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)深度報文檢測(Deep Packet Inspection，DPI)數(shù)據(jù)、終端數(shù)據(jù)，既可以進(jìn)行號卡級、業(yè)務(wù)級、區(qū)域級、網(wǎng)絡(luò)級等多個級別、多個維度的專網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量分析、健康度分析和故障預(yù)測及定位，也可以進(jìn)行終端、業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)的安全分析和趨勢預(yù)測。此外，在增值數(shù)據(jù)服務(wù)方面，可以基于號卡反饋的網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度支持終端主動定位能力[7-8]，在傳統(tǒng)定位能力的基礎(chǔ)上支持室內(nèi)外協(xié)同定位，對移動終端具有較大應(yīng)用價值。

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

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

3 5G 專網(wǎng)場景化服務(wù)

雖然面向不同行業(yè)領(lǐng)域，5G 專網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)應(yīng)用多種多樣，但對不同行業(yè)的業(yè)務(wù)場景進(jìn)行聚類分析時，可以發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)場景對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求特征，可以形成場景化的服務(wù)方案，從而面向不同的用戶業(yè)務(wù)，都能夠快速形成專網(wǎng)服務(wù)方案。具體的場景化服務(wù)方案主要包括面向遠(yuǎn)程控制類場景的低時延專網(wǎng)服務(wù)、面向視頻場景的大帶寬專網(wǎng)服務(wù)、面向安全生產(chǎn)場景的專網(wǎng)安全服務(wù)、面向重保場景的高可靠服務(wù)，以及面向設(shè)備互聯(lián)場景的靈活組網(wǎng)服務(wù)。

面向遠(yuǎn)程控制類場景，需要提供低時延專網(wǎng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)從低時延供給、感知監(jiān)控到運(yùn)維保障的閉環(huán)服務(wù)提供。在低時延供給方面，結(jié)合預(yù)調(diào)度、切片、邊緣分流等技術(shù)，配置無線、承載、核心網(wǎng)低時延網(wǎng)絡(luò)平面；在感知監(jiān)控方面，提供用戶級網(wǎng)絡(luò)性能感知和業(yè)務(wù)級網(wǎng)絡(luò)性能感知，實(shí)時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時延、抖動；在運(yùn)維保障方面，通過提供服務(wù)等級協(xié)議(Service Level Agreement，SLA)自定義告警和故障優(yōu)先處置，實(shí)現(xiàn)為用戶提供低時延專網(wǎng)服務(wù)。

面向視頻監(jiān)控、AI 工業(yè)視覺等視頻業(yè)務(wù)類場景，需要提供大帶寬專網(wǎng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)從上行/下行大帶寬供給、感知監(jiān)控、網(wǎng)業(yè)協(xié)同聯(lián)動和運(yùn)維保障的閉環(huán)服務(wù)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(jié)合大上行專用無線接入網(wǎng)(Radio Access Network，RAN)時隙配置，提供超大帶寬網(wǎng)絡(luò)；感知監(jiān)控方面，提供用戶級、業(yè)務(wù)級網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析及預(yù)測；在網(wǎng)業(yè)協(xié)同聯(lián)動方面，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包檢測等技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)減少業(yè)務(wù)擁塞；在運(yùn)維保障方面，提供精細(xì)化自定義告警、質(zhì)差優(yōu)先處置等，實(shí)現(xiàn)為用戶提供大帶寬專網(wǎng)服務(wù)。

面向安全生產(chǎn)和安保服務(wù)類場景，需要提供網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)，實(shí)現(xiàn)從訪問控制、數(shù)據(jù)隔離、問題感知、分析預(yù)測、處置保障的閉環(huán)服務(wù)供給。在訪問控制方面，基于核心網(wǎng)能力提供號卡接入控制、業(yè)務(wù)訪問控制、企業(yè)二次認(rèn)證等；在數(shù)據(jù)隔離方面，提供數(shù)據(jù)本地分流、高隔離專網(wǎng)、邊緣計算接口防護(hù)等服務(wù)；在問題感知方面，提供機(jī)卡分離檢測、不合理業(yè)務(wù)監(jiān)控、號卡健康識別等功能；在分析預(yù)測方面，提供業(yè)務(wù)異常分析、安全審計日志、終端安全趨勢分析等服務(wù)；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(wǎng)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(wǎng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)從重保監(jiān)控、問題預(yù)測、故障響應(yīng)、容災(zāi)備份的多重可靠服務(wù)供給。在重保監(jiān)控方面，提供重保號卡、業(yè)務(wù)或網(wǎng)元進(jìn)行服務(wù)跟蹤、專網(wǎng)監(jiān)控一戶一案等服務(wù)；在問題預(yù)測方面，提供重保業(yè)務(wù)/網(wǎng)元的質(zhì)差預(yù)測；在故障響應(yīng)方面，提供端到端網(wǎng)絡(luò)故障定界定位；在容災(zāi)備份方面，結(jié)合端到端網(wǎng)絡(luò)能力提供雙發(fā)選收、傳輸鏈路備份等服務(wù)，配置高可用應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)平面，提升專網(wǎng)可靠性。

面向無人作業(yè)、設(shè)備互聯(lián)類場景，需要提供靈活組網(wǎng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)多場景組網(wǎng)適配、組網(wǎng)管理和靈活變更等按需定制組網(wǎng)服務(wù)供給。在多場景組網(wǎng)適配方面，通過提供二層組網(wǎng)、三層組網(wǎng)、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(guān)聯(lián)的路由規(guī)則制定適配定制化需求；在組網(wǎng)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(wù)，支持行業(yè)用戶跟隨業(yè)務(wù)變動進(jìn)行實(shí)時、靈活的組網(wǎng)服務(wù)調(diào)整。

4 行業(yè)5G 專網(wǎng)解決方案

行業(yè)專網(wǎng)用戶的業(yè)務(wù)往往為多種場景聚合的復(fù)合型需求，通過將場景化的5G 專網(wǎng)服務(wù)，按需進(jìn)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(wǎng)解決方案，并使得專網(wǎng)充分、高效地支撐企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程的通信、信息化和數(shù)字運(yùn)營需求。

以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域為例，面向云化可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)遠(yuǎn)程協(xié)作、無人天車、AI 質(zhì)檢等業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，通過融合大帶寬、低時延、專網(wǎng)安全和靈活組網(wǎng)服務(wù)，可以快速形成5G 工業(yè)專網(wǎng)解決方案，如圖2 所示。該方案能提供低時延網(wǎng)絡(luò)接入能力和低抖動的無線網(wǎng)絡(luò)平面，通過在室內(nèi)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(wǎng)(Radio Access Network，RAN)時隙等，提升網(wǎng)絡(luò)下行、上行容量和帶寬，通過使用預(yù)調(diào)度、邊緣分流等保障業(yè)務(wù)訪問的超低時延和較低抖動，利用用戶、業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)三級網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析實(shí)時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)性能，通過提供5G 局域網(wǎng)和用戶訪問控制、精細(xì)路由等支持客戶按需調(diào)整組網(wǎng)規(guī)則，通過提供企業(yè)二次認(rèn)證支持客戶強(qiáng)化終端接入安全，提供機(jī)卡分離檢測、不合理業(yè)務(wù)監(jiān)控、終端安全趨勢分析等保護(hù)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)安全，保障工業(yè)專網(wǎng)的高性能、強(qiáng)安全和靈活組網(wǎng)。

圖2 5G 工業(yè)專網(wǎng)解決方案

以礦山行業(yè)為例，面向智能綜采面、智能掘進(jìn)面、智能監(jiān)控等業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，通過融合低時延和高可靠專網(wǎng)服務(wù)，可以快速形成5G 礦山專網(wǎng)解決方案，如圖3 所示。該方案能提供無線、承載低時延網(wǎng)絡(luò)平面和高可用應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)平面，在號卡級和業(yè)務(wù)級實(shí)時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時延、抖動和帶寬，通過對重點(diǎn)終端和業(yè)務(wù)提供雙發(fā)選收能力提升網(wǎng)絡(luò)可靠性，對重點(diǎn)地理區(qū)域關(guān)聯(lián)網(wǎng)元進(jìn)行服務(wù)跟蹤和質(zhì)差預(yù)測及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)、業(yè)務(wù)問題界面，結(jié)合遠(yuǎn)程運(yùn)維能力快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，保障專網(wǎng)穩(wěn)定、可靠、低時延地支撐智能礦山生產(chǎn)業(yè)務(wù)持續(xù)運(yùn)行。

圖3 5G 礦山專網(wǎng)解決方案

以電力行業(yè)為例，面向差動保護(hù)、智能巡檢、配電設(shè)備管控等業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，通過融合低時延、大帶寬、強(qiáng)安全專網(wǎng)服務(wù)，可以快速形成5G 電力專網(wǎng)解決方案，如圖4 所示。該方案能提供多種電力業(yè)務(wù)切片、多載波和上行免調(diào)度，滿足不同業(yè)務(wù)的差異化帶寬、時延需求，提供業(yè)務(wù)級監(jiān)控實(shí)時檢測網(wǎng)絡(luò)性能，通過網(wǎng)業(yè)協(xié)同聯(lián)動減少業(yè)務(wù)擁塞風(fēng)險，提供號卡接入控制和業(yè)務(wù)訪問控制避免不安全終端接入專網(wǎng)，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(wù)關(guān)聯(lián)故障進(jìn)行優(yōu)先處置，保障電力專網(wǎng)服務(wù)穩(wěn)定、可靠、性能卓越。

圖4 5G 電力專網(wǎng)解決方案

5 結(jié)論

本文從當(dāng)前運(yùn)營商主要在數(shù)據(jù)隔離方面為行業(yè)用戶提供的專網(wǎng)產(chǎn)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(wǎng)服務(wù)的需求，進(jìn)一步提出了專網(wǎng)原生能力、數(shù)據(jù)能力、協(xié)同能力和運(yùn)營能力內(nèi)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(wǎng)服務(wù)，最后簡述了在不同行業(yè)利用專網(wǎng)服務(wù)形成行業(yè)專網(wǎng)解決方案?；诒疚奶岢龅膶＞W(wǎng)服務(wù)方案研究成果能夠極大地擴(kuò)展5G 專網(wǎng)為行業(yè)用戶提供的服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)價值，并快速組織大量的專網(wǎng)能力形成適配行業(yè)需求的解決方案。當(dāng)前，5G 專網(wǎng)雖然已經(jīng)形成了一定的應(yīng)用案例，但整體市場仍處于探索期，行業(yè)終端、5G 應(yīng)用的發(fā)展也滯后于5G 專網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的發(fā)展，未來仍需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同互助，著力于網(wǎng)業(yè)協(xié)同、端網(wǎng)協(xié)同和企業(yè)內(nèi)外網(wǎng)協(xié)同等能力的演進(jìn)，以及專網(wǎng)數(shù)字化運(yùn)營水平的提升，推動5G 專網(wǎng)進(jìn)一步向“通信、感知、服務(wù)”融合一體的方向演進(jìn)。