作為新基建的重要組成部分，5G正受到越來(lái)越多的關(guān)注。5G高速率、低時(shí)延及廣連接特性與諸多行業(yè)場(chǎng)景的融合應(yīng)用給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了巨大的變革。除5G公眾通信外，5G更大的市場(chǎng)空間和商業(yè)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)則需要扎根于垂直行業(yè)，賦能各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。經(jīng)過(guò)近些年的5G行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐，許多行業(yè)及項(xiàng)目已經(jīng)提出了明確的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)需求，需要多元化的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)能力與安全保障，5G專(zhuān)網(wǎng)時(shí)代已然來(lái)臨。

5G專(zhuān)網(wǎng)概述

5G專(zhuān)網(wǎng)，又稱(chēng)為5G private network或local 5G network，是指區(qū)別于公眾使用的運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)通信公網(wǎng)，而專(zhuān)用于特定企業(yè)或垂直行業(yè)的5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

專(zhuān)網(wǎng)并不是5G時(shí)代特有的，軍用專(zhuān)網(wǎng)、政務(wù)專(zhuān)網(wǎng)等物理隔離專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)或MPLS VPN、VPDN等邏輯隔離專(zhuān)網(wǎng)早就存在，4G時(shí)代更是出現(xiàn)了大量的LTE專(zhuān)網(wǎng)。新基建時(shí)代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的興起以及智能制造、工業(yè)園區(qū)等大量垂直行業(yè)的實(shí)踐，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的確定性、可靠性以及數(shù)據(jù)處理的安全性等都提出了更高的要求，依托于5G的專(zhuān)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。

可以這樣說(shuō)，5G具有全云化、微服務(wù)、NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）、MEC（Multiaccess Edge Computing，多接入邊緣計(jì)算）、切片等特性及功能，使其成為通信史上首個(gè)原生支持專(zhuān)網(wǎng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。5G核心網(wǎng)原生于云，軟件定義網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)NFV網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化替代了昂貴的專(zhuān)用硬件設(shè)備，各種網(wǎng)絡(luò)功能以微服務(wù)方式呈現(xiàn)，并可以靈活部署于垂直行業(yè)自己的通用云基礎(chǔ)設(shè)施上。同時(shí)，5G核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了控制面與用戶面的分離，用戶面與MEC的N4接口解耦，使得UPF（用戶面功能）輕量化和下沉分布式部署，與MEC共同在企業(yè)、園區(qū)、區(qū)縣等各個(gè)層面分流和隔離數(shù)據(jù)、構(gòu)建本地應(yīng)用生態(tài)，保障數(shù)據(jù)不出企業(yè)或園區(qū)，確保數(shù)據(jù)安全以及垂直行業(yè)的各種超低時(shí)延應(yīng)用。

5G專(zhuān)網(wǎng)的模式探討

在5G標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程中，業(yè)界尤其是垂直行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)就對(duì)5G專(zhuān)網(wǎng)寄予了厚望。

在近期凍結(jié)的3GPP 5G R16標(biāo)準(zhǔn)中，Stand-alone NR-U（獨(dú)立非授權(quán)新空口）與NPN（NonPublic Network，非公共網(wǎng)絡(luò)）是其中的重要組成部分。所謂NR-U，是工作于非授權(quán)頻譜的5G NR，基于NR-U Stand alone，只要任何網(wǎng)絡(luò)符合3GPP接口規(guī)范，就可以接入5G網(wǎng)絡(luò)，這一點(diǎn)也更直接地推動(dòng)了萬(wàn)物互聯(lián)進(jìn)程。而NPN則是在傳統(tǒng)的移動(dòng)通信公共網(wǎng)絡(luò)之上，將5G擴(kuò)展到了為垂直行業(yè)提供專(zhuān)屬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。NPN有兩種部署模式：獨(dú)立部署與非獨(dú)立部署。其中，獨(dú)立部署模式為垂直行業(yè)自行構(gòu)建部署從基站到核心網(wǎng)及相關(guān)平臺(tái)的整個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)，這種模式與運(yùn)營(yíng)商的5G公網(wǎng)隔離，企業(yè)或園區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)流量、信令流量等都不會(huì)離開(kāi)本地，以滿足行業(yè)嚴(yán)格的本地?cái)?shù)據(jù)安全、高可靠低時(shí)延需求；非獨(dú)立部署模式則是垂直行業(yè)與運(yùn)營(yíng)商共享全部或部分網(wǎng)絡(luò)資源，如RAN無(wú)線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)控制面等，或者采用端到端網(wǎng)絡(luò)切片等各類(lèi)5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯隔離。

參考5G標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)實(shí)踐，為垂直行業(yè)提供服務(wù)的5G專(zhuān)網(wǎng)可以有多種分類(lèi)方式。按照行業(yè)是否采用了5G專(zhuān)網(wǎng)頻譜或非授權(quán)頻譜，我們可以把5G專(zhuān)網(wǎng)分為專(zhuān)用頻譜5G專(zhuān)網(wǎng)和授權(quán)頻譜5G專(zhuān)網(wǎng)；而按照垂直行業(yè)是否共享運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)資源及共享的程度，我們把5G專(zhuān)網(wǎng)分為獨(dú)立5G專(zhuān)網(wǎng)、共享5G專(zhuān)網(wǎng)、端到端虛擬專(zhuān)網(wǎng)等類(lèi)別。

按照與運(yùn)營(yíng)商相關(guān)性的依次遞增以及網(wǎng)絡(luò)資源共享的不同程度，5G專(zhuān)網(wǎng)的具體部署模式分為以下幾種。

專(zhuān)用頻譜5G獨(dú)立專(zhuān)網(wǎng)

專(zhuān)用頻譜5G獨(dú)立專(zhuān)網(wǎng)指垂直行業(yè)采用5G專(zhuān)用頻譜，部署完全獨(dú)立于運(yùn)營(yíng)商5G公網(wǎng)的專(zhuān)網(wǎng)，這張網(wǎng)完整包含了基站、核心網(wǎng)、MEC，與運(yùn)營(yíng)商無(wú)關(guān)。如圖1所示，gNB（next generation Node B，5G基站）、UDM（Unified Data Management，統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理）等為簡(jiǎn)化了的5G網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元，功能含義本文不贅述。

圖1 行業(yè)獨(dú)立自建專(zhuān)用頻譜5G專(zhuān)網(wǎng)

該部署方式優(yōu)缺點(diǎn)鮮明，優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)自主可控、數(shù)據(jù)絕對(duì)安全、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延低，缺點(diǎn)則是頻譜申請(qǐng)困難、網(wǎng)絡(luò)部署難、運(yùn)維成本非常高。

運(yùn)營(yíng)商一般不能使用5G專(zhuān)用頻譜，這些頻譜是各國(guó)政府專(zhuān)門(mén)為特定行業(yè)和領(lǐng)域分配和預(yù)留的5G專(zhuān)網(wǎng)頻段。頻譜作為一種國(guó)家戰(zhàn)略資源，其分配和使用受到政府主管部門(mén)的管控。自2019年底開(kāi)始，德國(guó)正式對(duì)外開(kāi)放3700~3800MHz的5G專(zhuān)網(wǎng)頻段申請(qǐng)，英國(guó)分配了3.8~4.2GHz頻段，日本分配了2575~2595MHz、28.2~28.3GHz、4.6~4.8GHz和28.3~29.1GHz頻段等。工信部于2020年3月發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)5G加快發(fā)展的通知》也提出組織開(kāi)展5G行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)研究和試點(diǎn)，以及5G行業(yè)（含工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）專(zhuān)用頻率規(guī)劃研究，并適時(shí)實(shí)施技術(shù)試驗(yàn)頻率許可，探索我國(guó)5G專(zhuān)用頻譜發(fā)展的可行性與模式。廣東省工信廳等9部門(mén)前期也提出申請(qǐng)?jiān)?.4GHz專(zhuān)用頻段建設(shè)10個(gè)以上的5G專(zhuān)網(wǎng)，并在多個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域探索5G專(zhuān)網(wǎng)試點(diǎn)應(yīng)用、5G專(zhuān)網(wǎng)設(shè)備研發(fā)。

非授權(quán)頻譜或共享頻譜5G獨(dú)立專(zhuān)網(wǎng)

專(zhuān)用頻譜資源有限難以獲取，而非授權(quán)頻譜或共享頻譜資源同樣可以用來(lái)建立獨(dú)立的5G專(zhuān)網(wǎng)。共享頻譜是一種類(lèi)似“輕授權(quán)”的頻譜使用方式，垂直行業(yè)可以基于監(jiān)管機(jī)構(gòu)的頻譜使用規(guī)范采用共享頻譜部署5G專(zhuān)網(wǎng)。而NR-U類(lèi)的非授權(quán)頻譜則是公共資源，包括垂直行業(yè)的組織機(jī)構(gòu)都可以像Wi-Fi一樣部署自己的5G網(wǎng)絡(luò)。

除采用的頻譜不同外，其部署方式與圖1類(lèi)似。在考慮這類(lèi)部署時(shí)，需要設(shè)計(jì)更精細(xì)的頻譜規(guī)劃技術(shù)方案以減少各行業(yè)領(lǐng)域直接的相互干擾。

公網(wǎng)授權(quán)頻譜5G獨(dú)立專(zhuān)網(wǎng)

在運(yùn)營(yíng)商的幫助下，垂直行業(yè)采用運(yùn)營(yíng)商5G公網(wǎng)的授權(quán)頻譜，使用運(yùn)營(yíng)商許可的5G頻段（可以采用運(yùn)營(yíng)商頻譜租用方式）部署和運(yùn)行一張獨(dú)立于5G公網(wǎng)的（也包括基站、核心網(wǎng)、MEC等）完整5G專(zhuān)網(wǎng)。

除頻譜不同，這種專(zhuān)用5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與圖1部署方式類(lèi)似。

僅共享RAN的5G專(zhuān)網(wǎng)

基于運(yùn)營(yíng)商的授權(quán)頻譜，5G專(zhuān)網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)之間僅共享RAN（gNB，5G基站），垂直行業(yè)企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)內(nèi)部獨(dú)立部署核心網(wǎng)和MEC（包括UPF、UDM和MEC等），并與運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物理隔離，如圖2所示。

圖2 僅共享RAN的5G專(zhuān)網(wǎng)

該部署模式可以幫助垂直行業(yè)充分利用5G公網(wǎng)無(wú)線接入網(wǎng)的廣覆蓋優(yōu)勢(shì)，減少較高的基站成本投入。

歸屬于公網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量傳輸?shù)竭\(yùn)營(yíng)商邊緣云UPF，而屬于5G專(zhuān)網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量則被交付到企業(yè)中的專(zhuān)網(wǎng)UPF。即垂直行業(yè)內(nèi)部設(shè)備控制的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)流量保持在企業(yè)本地，而像訪問(wèn)公網(wǎng)、語(yǔ)音之類(lèi)的公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)流量則被傳輸?shù)竭\(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)。

共享RAN和核心網(wǎng)控制面的5G專(zhuān)網(wǎng)

基于運(yùn)營(yíng)商的授權(quán)頻譜，5G專(zhuān)網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)之間共享RAN和核心網(wǎng)控制面，垂直行業(yè)企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)內(nèi)部部署核心網(wǎng)用戶面UPF和MEC，如圖3所示。

圖3 共享RAN和核心網(wǎng)控制面的5G專(zhuān)網(wǎng)

該部署模式從運(yùn)營(yíng)商角度而言是將核心網(wǎng)UPF連同MEC下沉到企業(yè)或園區(qū)，企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的gNB和UPF通過(guò)N2、N4接口與運(yùn)營(yíng)商5G公網(wǎng)相連接并受其管理。這種模式依然可以確保網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延和數(shù)據(jù)不出園區(qū)，并可進(jìn)一步節(jié)省企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)部署成本。不過(guò)，企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的設(shè)備信息沒(méi)有存儲(chǔ)在企業(yè)內(nèi)部，而是儲(chǔ)存在運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)器中，這種模式的安全保密性相對(duì)前述稍弱。

完全共享的端到端5G虛擬專(zhuān)網(wǎng)

基于運(yùn)營(yíng)商的授權(quán)頻譜，5G專(zhuān)網(wǎng)從核心網(wǎng)到基站完全共享運(yùn)營(yíng)商5G公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源，如圖4所示。

圖4 完全共享的端到端5G虛擬專(zhuān)網(wǎng)

該部署模式從無(wú)線、承載到核心網(wǎng)，通過(guò)端到端網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)虛擬5G專(zhuān)網(wǎng)，垂直行業(yè)的用戶信息及數(shù)據(jù)流量安全取決于網(wǎng)絡(luò)切片的能力。對(duì)于行業(yè)來(lái)講，端到端切片虛擬專(zhuān)網(wǎng)是幾種5G專(zhuān)網(wǎng)模式中部署成本最低的，如何盡快實(shí)現(xiàn)切片產(chǎn)品化也是運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商一直在努力的方向。

除此之外，還有LBO（Local Breakout，本地疏導(dǎo)）等方式，與4G MEC類(lèi)似，無(wú)需UPF下沉，企業(yè)通過(guò)引入MEC DP（MEC DataPlane，MEC數(shù)據(jù)平面）和MEC應(yīng)用，并利用運(yùn)營(yíng)商的MEC邊緣平臺(tái)MEP將流量規(guī)則發(fā)送至MEC DP，從而將數(shù)據(jù)流量路由到企業(yè)內(nèi)部專(zhuān)網(wǎng)。韓國(guó)SK Telecom等運(yùn)營(yíng)商退出過(guò)此類(lèi)應(yīng)用。

5G專(zhuān)網(wǎng)各種模式的比較見(jiàn)下表，垂直行業(yè)可以根據(jù)自身需求與預(yù)算、頻譜政策和運(yùn)營(yíng)商的產(chǎn)品服務(wù)能力選擇最佳方案。

表  各類(lèi)5G專(zhuān)網(wǎng)模式的比較

5G專(zhuān)網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

2019年諾基亞統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全世界將近1500萬(wàn)家企業(yè)和場(chǎng)區(qū)有潛在的4G/5G專(zhuān)網(wǎng)需求，相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)2020年全球5G專(zhuān)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到9.197億美元，至2027年的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到37.8％，北美則會(huì)以31.2％的份額在5G專(zhuān)網(wǎng)市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位。

ABI Research等機(jī)構(gòu)曾經(jīng)預(yù)測(cè)，至2036年全球5G專(zhuān)網(wǎng)支出將超過(guò)5G公網(wǎng)。5G專(zhuān)網(wǎng)市場(chǎng)將先從授權(quán)頻譜專(zhuān)網(wǎng)啟動(dòng)，這意味著運(yùn)營(yíng)商在該階段將擁有絕對(duì)的市場(chǎng)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，因此初期的5G專(zhuān)網(wǎng)市場(chǎng)將是運(yùn)營(yíng)商的重要收入來(lái)源。

近年來(lái)，涌現(xiàn)出一批5G專(zhuān)網(wǎng)案例，如中國(guó)電信聯(lián)合華為在國(guó)網(wǎng)南京電力、青島供電公司等開(kāi)發(fā)測(cè)試的5G SA切片、5G智能電網(wǎng)工程；中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合阿里巴巴合作建設(shè)的基于EAC（企業(yè)接入控制器）的5G智慧園區(qū)專(zhuān)網(wǎng)；富士通在新川崎科技廣場(chǎng)推出的日本首個(gè)商業(yè)5G專(zhuān)網(wǎng)以及海爾基于運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)推出的5G MEC虛擬專(zhuān)網(wǎng)。

5G專(zhuān)網(wǎng)市場(chǎng)空間巨大，部署的案例數(shù)量也在不斷增加，同時(shí)也面臨著一些挑戰(zhàn)。一方面，專(zhuān)用頻譜資源的稀缺與管控、垂直行業(yè)自建5G專(zhuān)網(wǎng)的成本高企；另一方面，作為5G公網(wǎng)、專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)主力軍的運(yùn)營(yíng)商，也面臨著外部、內(nèi)部的多重挑戰(zhàn)，垂直行業(yè)自建5G專(zhuān)網(wǎng)完全不依賴(lài)于運(yùn)營(yíng)商，AWS、阿里巴巴、微軟、新華三等云巨頭和服務(wù)商同樣可以逐鹿5G專(zhuān)網(wǎng)市場(chǎng)，運(yùn)營(yíng)商5G ToB的收入將被瓜分，而運(yùn)營(yíng)商目前內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、端到端切片等能力產(chǎn)品打造，以及前后端聯(lián)動(dòng)、商業(yè)探索等有待進(jìn)一步明晰。

運(yùn)營(yíng)商可以采取以下措施：一是做好UPF的解耦與輕量化，做好MEC與邊緣云、CDN的同步建設(shè)以及MEP能力應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，UPF與MEC協(xié)同部署，把MEC/UPF作為5G虛擬專(zhuān)網(wǎng)的云網(wǎng)融合點(diǎn)、邊緣云生態(tài)的關(guān)鍵點(diǎn)做大做強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)多量綱商業(yè)收費(fèi)；二是做好終端、無(wú)線頻譜劃分、QoS、承載網(wǎng)SRv6（Segment Routing v6）/Flex-E（Flexible Ethernet，靈活以太網(wǎng)）、核心網(wǎng)切片等的優(yōu)化與協(xié)同，盡快實(shí)現(xiàn)端到端的切片管理與運(yùn)營(yíng)能力，打造完全的5G虛擬專(zhuān)網(wǎng)；三是深入了解垂直行業(yè)訴求，洞察行業(yè)，謀求能力、平臺(tái)、生態(tài)的結(jié)合，打造OT、IT、CT的融合。

近期，中國(guó)移動(dòng)在此前的ENS（企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)解決方案）基礎(chǔ)上，發(fā)布了優(yōu)享、專(zhuān)享、尊享三類(lèi)5G專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)模式，這三類(lèi)5G專(zhuān)網(wǎng)屬性逐級(jí)提高，包括了基于移動(dòng)通信公網(wǎng)的虛擬專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)，也包括了專(zhuān)網(wǎng)專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，各大運(yùn)營(yíng)商將陸續(xù)發(fā)布其自有的5G專(zhuān)網(wǎng)產(chǎn)品體系，垂直行業(yè)對(duì)于5G專(zhuān)網(wǎng)的應(yīng)用部署將更加迫切。

5G時(shí)代，專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)成為運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型、收入增長(zhǎng)的重要手段，是新基建的重要組成部分，也是賦能垂直行業(yè)促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)力。