隨著全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的深入推進(jìn)，5G已成為各國(guó)科技戰(zhàn)略最重要的領(lǐng)域之一。根據(jù)工信部的最新統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)已完成5G基站將近70萬(wàn)個(gè)，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)走在世界的前沿，產(chǎn)業(yè)界圍繞5G的業(yè)務(wù)創(chuàng)新也在逐步探索和推進(jìn)中。但跟消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)不同，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)天然具有的行業(yè)屬性對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)有不同需求，以前消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)可以“一張網(wǎng)打天下”，但產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)因?yàn)樾袠I(yè)不同，場(chǎng)景和需求千差萬(wàn)別，簡(jiǎn)單復(fù)制消費(fèi)模式將帶來(lái)成本和技術(shù)的雙重挑戰(zhàn)。因此，結(jié)合具體場(chǎng)景和需求，定制特定的5G專網(wǎng)，才能加快5G技術(shù)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)的融合，打造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的藍(lán)海。5G專網(wǎng)是利用5G技術(shù)建造的非公眾網(wǎng)絡(luò)，面向垂直行業(yè)用戶提供通信服務(wù)，具有高性能、高可靠、資源專享、安全可控等特點(diǎn)，是5G應(yīng)用的主要抓手。
新華三集團(tuán)副總裁、技術(shù)戰(zhàn)略部總裁劉新民
為什么要建設(shè)5G專網(wǎng)
5G網(wǎng)絡(luò)相對(duì)Wi-Fi和LTE有三大主要特點(diǎn)：高帶寬、低延遲、多接入，但很多時(shí)候，企業(yè)并不是同時(shí)需要這些業(yè)務(wù)特性。另外，有的企業(yè)希望可以獲得對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的所有控制權(quán)、高度的可靠性、安全性、隱私性等，公網(wǎng)無(wú)法完全滿足這些特定需求。而5G專網(wǎng)提供了企業(yè)定制化網(wǎng)絡(luò)的自由度，可以根據(jù)使用場(chǎng)所、工作類型提供不同的配置，在隱私和安全方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，而資源專享則可以有效保證企業(yè)業(yè)務(wù)的可靠性和可用性，提升用戶體驗(yàn)。
5G以前的無(wú)線專網(wǎng)技術(shù)得到了大量應(yīng)用，但缺點(diǎn)也是明顯的。例如Wi-Fi，技術(shù)門(mén)檻不高，成本低，部署快捷，使用和維護(hù)都很便利。但是在某些嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境下，Wi-Fi可靠性嚴(yán)重降低，甚至變得不可用。例如：在高溫高壓的煉鋼廠房、充滿電弧的焊接車(chē)間、高濕霧高鹽分的濱海環(huán)境里，無(wú)線Wi-Fi服務(wù)的可靠性會(huì)嚴(yán)重降低。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)布置有大量的金屬隔板等障礙物時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大量的覆蓋死角和信號(hào)盲區(qū)。再比如股票實(shí)時(shí)交易、遠(yuǎn)程手術(shù)、考試競(jìng)技或比賽現(xiàn)場(chǎng)等來(lái)說(shuō)，“掉線”故障是不可容忍的，而Wi-Fi并不能很好地解決這個(gè)問(wèn)題，而5G可以做到99.9999%的可靠性，完全媲美于有線接入，在高可靠性應(yīng)用場(chǎng)景非5G莫屬。
還有些關(guān)鍵任務(wù)場(chǎng)景，對(duì)時(shí)延要求極其苛刻，如智能配電系統(tǒng)，要求對(duì)發(fā)生千里之外的故障在毫秒量級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成處置。這種苛刻的指標(biāo)要求，5G專網(wǎng)是唯一的技術(shù)選擇，LTE也是無(wú)法滿足的。
最后，5G的上下行鏈路帶寬采用固定分配機(jī)制。5G公網(wǎng)下行鏈路寬而上行鏈路窄，如：80%帶寬下行20%帶寬上行。這種分配比例優(yōu)先滿足了5G公網(wǎng)面對(duì)公眾提供服務(wù)的“通用要求”，例如支持大量觀眾用手機(jī)收看短視頻。但是在特定場(chǎng)景下就捉襟見(jiàn)肘了， 比如：在路口密集路段監(jiān)控交通流量的高清攝像頭陣列，產(chǎn)生大量的高清視頻流，需要同時(shí)上傳到監(jiān)控中心，要求很寬的上行鏈路帶寬。這種個(gè)性化的需求只有建立5G專網(wǎng)才能得到滿足。
5G專網(wǎng)的部署模式及典型技術(shù)架構(gòu)
5G專網(wǎng)部署形態(tài)可以粗略分成兩類：企業(yè)和運(yùn)營(yíng)商共建、企業(yè)完全自建。企業(yè)和運(yùn)營(yíng)商共建5G專網(wǎng)，也被稱為“廣域5G專網(wǎng)”，適用于交通、電力、醫(yī)療等公共事業(yè)場(chǎng)景。企業(yè)完全自建5G專網(wǎng)，也被稱為“局域5G專網(wǎng)”，適用于礦山、石化、港口、工廠等企業(yè)園區(qū)覆蓋場(chǎng)景。
技術(shù)架構(gòu)上，一般5G專網(wǎng)包括以下典型的組件和構(gòu)成：
NO.1
5G小站
支持專網(wǎng)頻段的，滿足工業(yè)級(jí)環(huán)境要求，實(shí)現(xiàn)5G工業(yè)專網(wǎng)的區(qū)域覆蓋。在非授權(quán)頻段不可用的情況下，可以考慮用授權(quán)頻段；
NO.2
UPF
用戶平面功能網(wǎng)元，業(yè)界趨勢(shì)是UPF開(kāi)放并下沉，實(shí)現(xiàn)本地導(dǎo)流，同時(shí)和核心網(wǎng)控制面接口實(shí)現(xiàn)解耦。UPF從“核心”下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，使本地?cái)?shù)據(jù)訪問(wèn)直接在本地處理，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出園區(qū)的效果；
NO.3
5G-MEC
5G多接入邊緣計(jì)算，目的是將云端的計(jì)算能力下沉到靠近數(shù)據(jù)源的邊緣，讓數(shù)據(jù)在本地就能實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和處理，從而降低業(yè)務(wù)處理時(shí)延，提高用戶體驗(yàn)。另外，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，MEC可以靈活部署不同的業(yè)務(wù)平臺(tái)能力，以服務(wù)不同的應(yīng)用；
NO.4
5G核心網(wǎng)
目前業(yè)界趨勢(shì)是5G核心網(wǎng)極簡(jiǎn)化、云化，部署到公有云、私有云中，在專網(wǎng)一般部署輕量級(jí)的核心網(wǎng)。如果跟運(yùn)營(yíng)商共建，在滿足業(yè)務(wù)需求的情況下，也可以共享公網(wǎng)的核心網(wǎng)。
5G專網(wǎng)具有廣泛應(yīng)用場(chǎng)景
在5G時(shí)代,以消費(fèi)者業(yè)務(wù)為主的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變,5G專網(wǎng)賦能千行百業(yè)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)借力5G、云計(jì)算、AI、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。5G專網(wǎng)在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用包括：
01
5G智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)是智慧能源的基本保障，是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。
電網(wǎng)主要包括五大環(huán)節(jié)：發(fā)電、輸電、變電、配電和用電。5G與電網(wǎng)的結(jié)合最具代表意義的智能電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景有智能配電、電網(wǎng)巡檢、精確負(fù)荷控制、用電信息采集等。以智能配電場(chǎng)景為例，其對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求是低時(shí)延（毫秒級(jí)）、高可靠和高隔離，通過(guò)各配電終端的對(duì)等通信，實(shí)現(xiàn)智能判斷、分析、故障定位、故障隔離等操作，使配網(wǎng)故障處理時(shí)間從分鐘級(jí)縮短到毫秒級(jí)。變電站作業(yè)監(jiān)護(hù)，需要把星羅棋布的變電站內(nèi)的大量傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到遠(yuǎn)端；電網(wǎng)態(tài)勢(shì)感知，需要對(duì)發(fā)生在千里之外的故障進(jìn)行毫秒級(jí)的處置；這些需求只有5G專網(wǎng)才能滿足。
02
5G智能工廠
智能工廠是5G技術(shù)的重要應(yīng)用場(chǎng)景之一。利用5G網(wǎng)絡(luò)將生產(chǎn)設(shè)備無(wú)縫連接，并進(jìn)一步打通設(shè)計(jì)、采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、物流等環(huán)節(jié)，使生產(chǎn)更加扁平化、定制化、智能化，從而構(gòu)造一個(gè)面向未來(lái)的智能制造網(wǎng)絡(luò)。在智慧工廠/智能制造/工業(yè)4.0 等工業(yè)場(chǎng)景下，大量采用了機(jī)器視覺(jué)識(shí)別，在生產(chǎn)線的必要環(huán)節(jié)中布置超高清攝像頭來(lái)采集圖像進(jìn)行生產(chǎn)品質(zhì)管控，需要有極大的帶寬來(lái)支持。在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，采用AR/VR技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)景設(shè)計(jì)也是業(yè)界潮流，無(wú)線頭盔要求無(wú)線通道既要提供高速率又要保障極低的時(shí)延。在精密測(cè)量和精細(xì)制造環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格精確控制多連桿機(jī)構(gòu)或者多軸機(jī)構(gòu)的時(shí)間同步配合，對(duì)時(shí)延的要求極為嚴(yán)苛。提供可靠的無(wú)線化接入手段、保障各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、滿足良品率要求，5G專網(wǎng)技術(shù)甚至是唯一的技術(shù)選項(xiàng)。
03
5G智慧醫(yī)療
智慧醫(yī)療的發(fā)展得益于5G網(wǎng)絡(luò)eMBB、uRLLC、高可靠特性及MEC計(jì)算能力，不僅可以讓患者享受優(yōu)良的醫(yī)療服務(wù)，還可以滿足醫(yī)療行業(yè)未來(lái)的新需求，如遠(yuǎn)程會(huì)診及高清手術(shù)指導(dǎo)、移動(dòng)醫(yī)護(hù)、遠(yuǎn)程急救等應(yīng)用。以遠(yuǎn)程會(huì)診及高清手術(shù)指導(dǎo)為例，依托5G極高的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，可支持4K/8K的遠(yuǎn)程高清會(huì)診和醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的高速傳輸與共享。在移動(dòng)狀態(tài)下，醫(yī)生也可以觀看遠(yuǎn)程傳輸過(guò)來(lái)的人體數(shù)字視頻以及從醫(yī)療云下載的醫(yī)療影像圖片、電子病歷等資料，全方位了解患者病情，實(shí)時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)救援人員對(duì)患者進(jìn)行手術(shù)或者實(shí)施急救。通過(guò)這種遠(yuǎn)程指導(dǎo)的方式，使得偏遠(yuǎn)地區(qū)醫(yī)療條件欠發(fā)達(dá)地區(qū)也能享受到發(fā)達(dá)地區(qū)的優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源，促進(jìn)了優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源的下沉和醫(yī)療公平。
5G還有很多其他的應(yīng)用場(chǎng)景，如智慧礦山、智慧港口、智慧農(nóng)業(yè)等，不再一一贅述。從以上場(chǎng)景我們可以看到，不同場(chǎng)景利用了5G的不同特性，有的需要高帶寬低時(shí)延、有的需要低時(shí)延高可靠、有些需要大連接高帶寬，所以需要結(jié)合場(chǎng)景建設(shè)所需的5G專網(wǎng)。
5G專網(wǎng)面臨多重挑戰(zhàn)
5G專網(wǎng)應(yīng)用雖然很廣泛，但是也面臨多重挑戰(zhàn)。首當(dāng)其沖的就是建設(shè)成本問(wèn)題，尤其是企業(yè)完全自建，成本壓力是比較大的，特別是對(duì)中小企業(yè)來(lái)說(shuō)，企業(yè)專網(wǎng)還是奢侈品。所以在前期，企業(yè)與運(yùn)營(yíng)商共建是相對(duì)優(yōu)選的方案。其次，是專用頻譜問(wèn)題。頻譜資源是有限的，并非隨需隨得，在大多數(shù)國(guó)家，頻譜被視為一種自然資源，由主管部門(mén)根據(jù)國(guó)家的需求分配資源。在專用頻譜難以獲取的情況下，共享頻譜和非授權(quán)頻譜也不失為建立私網(wǎng)的好方法，越來(lái)越多的運(yùn)營(yíng)商也開(kāi)始投資非授權(quán)和共享頻譜資源。非授權(quán)頻譜是一個(gè)公共資源，企業(yè)機(jī)構(gòu)都可以公平接入，因此需要更精細(xì)的頻譜規(guī)劃技術(shù)，來(lái)減少互相之間的干擾。最后，因?yàn)樾袠I(yè)屬性的不同，專網(wǎng)無(wú)法在跨行業(yè)直接復(fù)制，也影響到專網(wǎng)的拓展和應(yīng)用。
5G專網(wǎng)的前景值得期待
雖然5G專網(wǎng)面臨多方面的挑戰(zhàn)，但是其前景仍然值得期待，這主要是因?yàn)槭澜绺鲊?guó)都已經(jīng)把5G作為未來(lái)國(guó)家科技戰(zhàn)略的重要組成部分，積極推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，隨著5G全球產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，5G的使用成本也會(huì)逐步降低。另外，世界各國(guó)也在積極定義本國(guó)5G專網(wǎng)頻段國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各大運(yùn)營(yíng)商也將5G專網(wǎng)列為下一步的重要戰(zhàn)略，積極主動(dòng)推進(jìn)。同時(shí)5G小站硬件走向標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放化，5G核心網(wǎng)元部署走向輕量化、云化，5G專網(wǎng)的部署和維護(hù)成本在逐步降低。最重要的，世界工業(yè)巨頭企業(yè)的5G專網(wǎng)示范效應(yīng)，也會(huì)促進(jìn)5G專網(wǎng)的全面應(yīng)用和繁榮。
