转自 5G工业物联
导读
近日，广东省工信厅联合通管局、发改委等9个省直部门印发了《关于应对疫情影响进一步促进信息服务和消费的若干政策措施》的通知，其中有关5G专网的内容特别引人关注。无独有偶，编者在一家韩国电信行业的咨询网站上读到一篇5G专网建设7种方式的报告，后来又看到国内也有了配图更清晰的中文版，因此稍作整理，并增加了国内外运营商的一些案例，供有兴趣的人士参考。
3月27日，广东省工信厅联合通管局、发改委等9个省直部门印发了《关于应对疫情影响进一步促进信息服务和消费的若干政策措施》的通知，其中有关5G专网的内容特别引人关注，主要涉及三个方面：
第一，专网建设目标。提出要在政务、公安、应急管理、电网、高速公路、船舶、钢铁、石化、油气管道、专业园区等重点行业和领域试点建设10个以上5G专网；
第二，专网频率安排。提出要持续推进 1.8GHz 频段专网在轨道交通、机场、港口、智能工厂等行业场景应用。申请 1.4GHz 频段、推进全省政务试点应用。申请开展5.9 —7.1GHz频段专网试验，探索面向政务、公安、应急管理、电网、高速公路、重大装备制造、专业园区等多个重点领域的 5G 专网试点应用；
第三，专网设备研发支持。提出要支持企业研发制造5G专网传输设备和终端。
在我的印象中，这是国内省级政府第一次以文件方式正式提出要推进5G专网建设，而且明确采用的不是四大5G运营商已经获得的5G许可频段，而是申请专用频段。这意味着5G专网的所有权和建设权主体很有可能不是拥有5G公有网络经营权的四大5G运营商，而是各垂直行业和领域中有需求、有实力、有意愿的任何第三方，甚至也可能是地方政府。
当然，这样的政策安排在国际上也不算独树一帜。目前，全球已有多个国家为垂直行业分配了5G专用频段或称5G本地频段，比如德国分配的是3.7-3.8GHz，英国3.8-4.2GHz频段，日本2575-2595MHz、28.2-28.3GHz、4.6-4.8GHz和28.3-29.1GHz频段。
让我们基于网上信息先简单回顾一下国内5G专网有关政策历程。
2019年11月，信通院副院长王志勤在2019中国无线电大会上谈到5G专网时，只是表示“中国对5G专网专频呈包容审慎态度”、“5G频谱可能很难分给单独的一个行业…积极研究5G行业应用是不是真的需要单独的专用频率，包括必要性、可行性及具体模式”；
今年3月24日，工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》，提出“内网建设改造覆盖10个重点行业”、“打造一批5G+工业互联网内网建设改造标杆网络、样板工程，形成至少20大典型工业应用场景”。这里的内网建设、垂直领域应用等似乎具备专网的一些特点，但文件中并没有明确说要建设5G专网，更没有提出要专网专频；仅仅3天之后，广东省便发布了上述文件，提出基于专有频率建设5G专网；
4月17日，鉴于疫情期间在线教育受众井喷式增长，对网络基础设施和运行环境提出了更高要求，上海市经信委提出将加快启动5G教育专网设计与论证、部署和应用。
事实上，国内电信运营商在5G专网建设上早就已经开始动作。
以中国移动为例，其较早就提出了运营商5G行业专网及物理专网、虚拟专网的概念，希望依托授权频谱建设5G专网以取代行业自建专网。 2019年5月，中国移动研究院举办5G企业无线专网研讨会，提出了由“六大能力”组成的5G企业无线专网解决方案，包括协同化频谱、定制化网络、等级化隔离、通用化终端、智慧化运营和一体化交付。 2019年11月，中国移动研究院发布《5G行业专网研究报告》，根据无线建网方式差异提出面向行业客户的5G M.V.P三类行业无线专网方案，其中M混合专网提供高性能、高隔离的解决方案，面向港口、工厂、矿区、医疗等局域场景，V虚拟专网提供低成本增强性能的解决方案，面向园区、楼宇等局域场景及车联网、直播、电网、无人机等广域场景，P物理专网提供极致性能极致隔离的解决方案，面向高级别工厂、矿区等局域场景和ATG（Air-to-Ground）民航通信等广域场景。 2019年11月，江苏移动和爱立信熊猫签署了在南京爱立信熊猫工厂建设5G企业专网商用合作协议。 2020年3月，江苏移动应苏州市卫健委需求，建成了5G医疗专网，连接8家医院11个院区的发热门诊与卫健委远程会诊系统。 2020年4月，广东联通联合华为，根据格力的生产制造环节对5G网的诉求，在珠海建成并测试成功基于MEC边缘云+智能制造领域5G SA切片的专网，实现企业业务与公众用户业务物理隔离，同时结合承载网FlexE等技术，格力实现了带宽资源独占和即用即有，整体将格力园区内5G终端到企业内网的时延从原来的20ms降低到9ms。
那么，在电信运营商已在开展5G专网技术研发和应用示范的情况下，经济总量和电信市场规模均居国内榜首的广东省，率先推动基于专有频率的5G专网建设，这其中所代表或者隐含的政策性意味值得电信运营商高度重视。我想，此处并没有太大必要去揣测广东省的政策是一次区域性的自主尝试还是全国性的试点安排，但运营商需要更加积极地拥抱5G专网则是非常肯定的，不仅因为5G专网已经显示出了一定的现实需求，也因为5G专网作为5G时代面向2B市场的一种重要业务模式已经在相当程度上成了行业共识。
不过，我并不认为推动基于专有频率的5G专网就是动了电信运营商的奶酪，因为5G专网主要用于替代企业内网，而内网传统意义上并非运营商的固有领地，更何况垂直行业客户到底选择哪种方式建设5G专网更多时候还是技术与经济的考量，并非由政策决定。
正好在一家韩国电信行业的咨询网站上读到一篇5G专网建设7种方式的报告，后来又看到国内也有了配图更清晰的中文版，因此稍作整理，并增加了国内外运营商的一些案例，供有兴趣的人士参考。
01 5G网络构件及两类5G专网实现方式
大家平常所知道2/3/4/5G移动通信网络，是数亿移动用户共享的网络，同样的频段资源和网络设备，通常称为公网。5G专网是指专用于特定行业或企业的5G移动通信网络，英文表述是local 5G network或者private 5G network。专网概念在2/3/4G时代就有了，比如铁路专网、公共安全专网、军用专网等。进入5G时代，专网会越来越火。因为5G最主要的目标市场是2B垂直行业市场，未来工厂、园区、运输、医院、油田、电网、港口等都可能拥有5G专网，以利用5G大带宽、低时延、高可靠、多连接的网络能力和边缘计算，实现数字化转型，提升生产效率。
5G网络主要由UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB组成。
UDM（统一数据管理）：
管理用户数据，包括用户标识、用户签约数据、鉴权数据等。
5GC CP（5G核心网控制面）：
包括AMF、SMF等多种功能，其主要负责处理连接管理、会话管理、移动性管理，承载信令或控制消息。
UPF（用户面功能）：
指5G核心网的用户面，承载数据流量，负责在无线接入网和Internet之间转发流量、报告流量使用情况、QoS策略实施等。
MEC（多接入边缘计算）：
5G核心网用户面UPF下沉与MEC可组成边缘节点，将千里之外的云计算能力下沉到靠近数据源的边缘，让数据在本地就能实现存储和处理，从而可降低网络时延，更好的保护本地数据的安全性和隐私性，使能各种5G专网应用。
gNB：5G基站。 5G专网规模虽然远小于5G公网，但麻雀虽小五脏俱全，也由UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB组成。
总体看来，5G专网实现方式可分为两种： 第一种，与5G公网在物理上完全隔离的5G专网（可以称为5G孤岛网络），可有企业建设或者电信运营商建设。 第二种，通过共享5G公网资源的方式建设5G专网，建设方主要是运营商。
02 5G专网7种具体部署方式
方式1：企业基于专网频段独立自建，与公网完全隔离
垂直行业基于5G专网频段，自建一张包括UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB的5G移动专网，并与5G公网完全隔离。所谓5G专网频段，指决策者为垂直行业专门分配的5G频段。有了5G专网频段，意味着垂直行业在频谱资源上不再受制于运营商，而可以自建专网。
建设者：通常是企业自主建设，但根据政策的不同，包括运营商在内的第三方也可以为企业建设5G专网。优点：1）可保障企业数据的绝对安全（因为完全与公网隔离）；2）超低网络时延低（从核心网到无线接入网都部署于本地，数据来回传输不过几公里，当然时延就低了），能够实现低时延应用；3）无需建设到大楼的光纤，部署灵活、速度快；4）网络自主可控（端到端的网络都是自己建的，且与公网完全隔离，即使公网瘫痪，也不影响专网）。缺点：部署成本高，一般小企业根本无法承担，且后期运维成本也高，还得培养一批专业的运维人员。
方式2：运营商基于公网频段帮助企业建设独立专网，与公网完全隔离
与第一种部署方式相似，主要差别在于采用的频率资源不是5G专网频段，而是运营商的5G频段。
优缺点同第一种方式，主要由运营商帮助企业建设。
方式3：专网与公网之间RAN共享
企业专网依然部署UDM、5GC CP、UPF和MEC，但5G基站（gNB）与公网共享。在这种部署方式下，无线数据流量在5G基站上实现分流，属于公网的数据流量将传送到公网UPF，而属于专网的数据流量则传送到专网UPF。换句话讲，比如工厂里的传感器和超高清摄像头等，产生的数据将保留在企业内部；而企业员工的智能手机上网、看视频等数据流量则通过公网传输。
这种部署方式的优点与第一种和第二种有相同之处，都能保证企业数据的绝对安全和网络低时延。不同的是，由于共享RAN，企业可节省一些部署成本和维护成本。
方式4：专网与公网之间RAN和控制面共享
不仅5G基站（gNB）与公网共享，而且控制面也与5G公网共享。所谓控制面共享，就是专网和公网的控制面功能（身份验证、移动性管理等）均由公网中的5GC CP和UDM执行。在这种部署方式下，企业专网的gNB和UPF分别由N2和N4接口连接5G公网的5GC CP，企业专网里的设备的用户信息也存储在运营商的5G公网里，而不是存储在企业内部。因此，在数据安全性和隐私保护方面可能会差一点。但由于MEC和UPF仍然部署于企业内部，仍然可以保障网络低时延。
方式5：公网与专网端到端共享
从UDM、5GC CP、UPF、MEC到5G基站，包括控制面和用户面，5G专网与公网端到端共享。实际就是端到端网络切片。基于5G公网，为5G专网端到端切出一个“切片子网络”。
在这种部署方式下，用户信息和数据流量的安全性取决于网络切片能力。而低时延保障取决于运营商的边缘云（UPF和MEC）的部署位置。如果运营商的边缘云的位置离企业很近，那么网络时延也就很低。
方式6：N3 LBO，韩国SK案例
LBO，Local Break-out，本地疏导。
先来解释一下网络中的新设备MEC DP，即MEC的数据面，它负责在无线接入网及核心网之间提供数据转发通路，实现数据流量的本地卸载。MEC DP具备对N3 GTP数据流的解析处理能力，比如，MEC DP对来自基站的GTP分组数据包的目标IP地址进行解析，如果IP数据包是本地流量，则将其路由到内部专网。因此，通过MEC DP，可以将公网流量和专网流量分开，从而保障专网数据的安全。为什么不直接像第4种部署方式一样，在企业专网中部署UPF呢？因为UPF太贵。UPF的成本远远高于MEC DP。N3 LBO部署方式有利于减少企业部署专网的成本。
方式7：F1 LBO，韩国KT案例
先解释一下5G基站（gNB）的架构。5G基站划分为CU、DU和RU三部分：CU，中央单元，处理RRC、PDCP等高层协议，负责非实时的配置和控制决策。DU，分布式单元，处理对实时性较高的层2功能和部分物理层功能。RU，天线单元，指部分物理层和RF、天线部分。其中，CU可采用云化部署方式，可以与核心网UPF和MEC融合部署。
DU/RU通过F1接口连接CU。不难看出，F1 LBO与N3 LBO的差别在于，5G基站采用了CU与DU、RU分离的架构，其中CU与UPF和MEC部署于运营商的边缘云中，而DU/RU部署于企业内部，这样一来，专网流量不再是通过N3接口而是通过F1接口至边缘云。 总结一下，任何决策通常都会有多种选择机会，一开始我们总是想选择最好的那种。但最后到底选择哪一种，取决于“我到底要什么”以及“我需要付出多大代价”。5G专网建设方式的选择也是这样，每种方式都有各自的优势和劣势，没有一种方式适应于所有场景。企业最终选择哪一种专网架构和部署方式，取决于其业务需求以及投资与运营预算，当然也与企业和运营商之间的信任程度有关。
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