5G ToB行業(yè)專網(wǎng)規(guī)劃設計方法研究

1 引言

5G引入的網(wǎng)元虛擬化、架構開放化、編排智能化等發(fā)展方向，為5G行業(yè)專網(wǎng)服務能力的靈活化和定制化提供了有力的技術保障。ToC網(wǎng)絡設計方法已經(jīng)非常成熟，ToB行業(yè)的應用場景差異較大，不同業(yè)務差異化SLA模型參數(shù)配置準確性要求高，服務需求要素呈現(xiàn)多樣化和定制化的要求，包括ToB行業(yè)業(yè)務場景、服務指標和商業(yè)模式的多樣化要求，以及速率、時延、可靠性、隔離、安全等的定制化要求，均顯著地影響網(wǎng)絡規(guī)劃建設目標，ToC的網(wǎng)規(guī)方法論無法匹配ToB業(yè)務需求，網(wǎng)絡規(guī)劃需解決端到端資源靈活布局、端到端網(wǎng)絡能力按需配置的問題，非常有必要提出ToB行業(yè)專網(wǎng)規(guī)劃設計方法。

2 ToB行業(yè)典型業(yè)務場景需求分析

截止2023年9月底，5G行業(yè)虛擬專網(wǎng)超2萬個。5G應用已廣泛融入97個國民經(jīng)濟大類中的67個，對各行各業(yè)5G賦能作用日益深入。工業(yè)、電力、礦山、醫(yī)療、文旅、港口、智慧城市仍然是5G應用的主要行業(yè)，同時5G在海洋、低空、中藥等行業(yè)的應用已有探索。

（1） 5G智慧港口，應用主要包含岸橋遠控、龍門吊遠控、智能理貨、智能集卡和視頻監(jiān)控等。5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛的成熟為港口自動化提供了新的動力。集裝箱碼頭越來越多地使用更高水平的自動化來提高生產(chǎn)率和效率并確保競爭優(yōu)勢。

（2） 5G智能電網(wǎng)，5G網(wǎng)絡可發(fā)揮其超高帶寬、超低時延、超大規(guī)模連接的優(yōu)勢，承載垂直行業(yè)更多樣化的業(yè)務需求，尤其是其網(wǎng)絡切片、邊緣分流特性的應用，將為電力行業(yè)用戶打造定制化的行業(yè)專網(wǎng)服務。

（3） 5G智慧礦山，以5G通信為基礎，融合大數(shù)據(jù)、邊緣計算、云計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代技術完成國內(nèi)煤炭生產(chǎn)智能化改造建設。例如露天煤礦包括有電鏟采掘作業(yè)和礦卡運輸作業(yè)，需要5G網(wǎng)絡承載電鏟遠控、礦卡無人駕駛（含視頻回傳）、輔助設備數(shù)據(jù)采集、無人機預警，視頻AI監(jiān)控等業(yè)務需求。

（4） 5G智慧鋼鐵，通過5G技術以實現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)的無人化、少人化，降低鋼鐵企業(yè)人工成本，提高作業(yè)效率。例如基于5G技術的車間-人員作業(yè)視頻AI檢查應用可以實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)管理數(shù)字化；5G行車-PLC控制應用將需要工人作業(yè)的業(yè)務實現(xiàn)全自動作業(yè)。

（5） 5G智能制造，基于業(yè)務網(wǎng)絡需求分析和5G CT技術，將工廠的IT應用和OT應用整合，實現(xiàn)5G在制造業(yè)的細分場景應用，打造5G+云+AI+大數(shù)據(jù)+安全的生態(tài)圈，助力工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉型。

3 面向ToB行業(yè)應用的5G技術特點分析

ToB行業(yè)專網(wǎng)面向不同的需求場景，應提供5G多種網(wǎng)絡能力，選擇滿足不同業(yè)務場景指標性能要求的技術方案，提供端到端的業(yè)務保障能力，以滿足差異化的行業(yè)需求。5G能夠提供在網(wǎng)絡組織和性能方面的差異化能力，如表1所示。

表1業(yè)務能力需求與網(wǎng)絡技術能力對應

4 ToB行業(yè)專網(wǎng)規(guī)劃設計方法

ToB行業(yè)專網(wǎng)規(guī)劃設計可分為三大步，基礎資源收集分析、總體規(guī)劃設計、專項規(guī)劃設計。

4.1基礎資源收集

行業(yè)基礎資源收集是建設TOB網(wǎng)絡的基礎，為5G網(wǎng)絡和行業(yè)現(xiàn)有網(wǎng)絡對接提供有效輸入，對滿足業(yè)務上線和正常運行至關重要。行業(yè)基礎資源收集包括項目背景和業(yè)務需求，其中需求包括行業(yè)計劃承載在5G網(wǎng)絡上的業(yè)務場景、業(yè)務類型、業(yè)務規(guī)模、業(yè)務分布，行業(yè)APP的情況摸底等。

4.1.1 項目背景

了解調(diào)研行業(yè)的痛點、難點，解讀行業(yè)政策、行標和國標對行業(yè)的要求。通過分析行業(yè)痛點，解決行業(yè)需求，共同探索商業(yè)模式，推動5G 與行業(yè)同步發(fā)展。

了解客戶高層愿景，即業(yè)務預期及中遠期規(guī)劃，以便在業(yè)務建模時適當超前，滿足行業(yè)客戶的長遠規(guī)劃。了解客戶一線職工的訴求，一線職工遇到的業(yè)務痛點以及業(yè)務SLA要求，具體包括業(yè)務配置要求、業(yè)務分布、終端形態(tài)等。實地考察設備的數(shù)量，數(shù)據(jù)采集方式，設備分布及對網(wǎng)絡的要求，明確業(yè)務場景及數(shù)量、業(yè)務場景分布、以及業(yè)務隔離需求、業(yè)務可靠性要求等。

4.1.2 業(yè)務需求分析

在業(yè)務需求和背景調(diào)研的基礎上，同時綜合考慮業(yè)務對生產(chǎn)效率、精度、安全、經(jīng)濟性的要求并結合項目案例，將業(yè)務需求最小化，將多個業(yè)務需求匯聚為總的5G網(wǎng)絡需求；將5G網(wǎng)絡需求映射為對帶寬、時延、可靠性、移動性、定位等方面的指標。

4.2總體規(guī)劃設計

結合調(diào)研的的業(yè)務類型、流程、設備組網(wǎng)、指標要求以及業(yè)務應用說明，分析出差異化組網(wǎng)的關鍵性能指標；結合行業(yè)環(huán)境地貌等進行覆蓋速率仿真、科學的無線站點規(guī)劃、終端點位勘測設計、無線網(wǎng)絡參數(shù)設計、場景化的無線側切片規(guī)劃、業(yè)務混合專網(wǎng)規(guī)劃，輸出確定性網(wǎng)絡SLA的專網(wǎng)精準網(wǎng)絡規(guī)劃和設計。

4.2.1 系統(tǒng)功能設計

行業(yè)客戶基于不同的應用場景，業(yè)務需求眾多且差異巨大，將客戶需求與典型場景對應的產(chǎn)品進行對比分析，主要包括帶寬、時延、可靠性、移動性、定位、邊緣計算、業(yè)務質量保障、業(yè)務隔離和安全、接入控制和能力開放等，將需求轉化為網(wǎng)絡配置的模板，形成ToB網(wǎng)絡能力設計的精準匹配。

4.2.2 整體功能設計

5G業(yè)務場景主要圍繞5G無線網(wǎng)絡、傳輸、核心網(wǎng)（本地MEC部署）、終端等，確定哪些業(yè)務上5G網(wǎng)絡，5G與行業(yè)網(wǎng)絡如何互聯(lián)，終端與5G如何互聯(lián)，結合組網(wǎng)的關鍵設計要點輸出整個網(wǎng)絡的組網(wǎng)架構。

4.3 專項規(guī)劃設計

4.3.1 無線網(wǎng)設計

（1） 基礎組網(wǎng)設計

由于ToB業(yè)務大部分以上行業(yè)務為主，瓶頸在上行，故容量覆蓋設計重點考慮上行。網(wǎng)絡覆蓋設計先按覆蓋目標來設計基本的網(wǎng)絡；再基于容量訴求以及低時延高可靠等應用進行網(wǎng)絡疊加設計。同時，需要考慮室內(nèi)外協(xié)同規(guī)劃組網(wǎng)。最后進行仿真驗證，輸出規(guī)劃方案。

（2） 覆蓋規(guī)劃設計

覆蓋設計主要包括兩部分，首先是進行覆蓋目標規(guī)劃，該部分主要是規(guī)劃網(wǎng)絡的上行邊緣速率和邊緣覆蓋電平，其次是網(wǎng)絡覆蓋估算，主要是基于單站的覆蓋半徑和面積，給出覆蓋估算的站點規(guī)模。

1) 覆蓋目標規(guī)劃

確定設備選型，獲取基本的覆蓋電平與速率基線；將業(yè)務轉換為大上行業(yè)務，以上行速率最大的業(yè)務為邊緣速率規(guī)劃目標；對于大上行業(yè)務與低時延高可靠業(yè)務，取上行速率最大的業(yè)務，其對應的邊緣電平作為邊緣覆蓋電平。

2) 網(wǎng)絡覆蓋估算

確定所選基站的參數(shù)；結合覆蓋目標，輸出小區(qū)覆蓋半徑，計算單站覆蓋面積；估算站點數(shù)量；室內(nèi)場景主要基于保證小區(qū)上行邊緣速率和邊緣覆蓋電平，計算得到pRRU間距，并結合容量規(guī)劃取最小值。

（3） 容量設計

統(tǒng)計網(wǎng)絡總體容量訴求，確定小區(qū)容量口徑；按容量估算站點規(guī)模和需要的小區(qū)數(shù)量；比較容量估算的站點規(guī)模和網(wǎng)絡覆蓋估算的站點規(guī)模，取最大值；容量規(guī)劃需避免CPE上行速率超過小區(qū)容量；異頻組網(wǎng)情況下，需分開計算容量站點規(guī)模和覆蓋估算的站點規(guī)模。

（4） 異頻組網(wǎng)原則

當前ToB行業(yè)存在大上行與低時延業(yè)務，同時周圍也存在較多的ToC業(yè)務，為更好保證ToB業(yè)務的可靠性與穩(wěn)定性，可引入異頻組網(wǎng)或網(wǎng)絡切片的方式，對需要使用的多個頻率做規(guī)劃。以下3種場景，應引入異頻或切片做差異化組網(wǎng)，其他場景建議采用單頻組網(wǎng)。

場景一：要求較高的時延類業(yè)務

在混合場景中，為保障ToB核心業(yè)務的安全性與穩(wěn)定性，建議將其與打底網(wǎng)絡異頻部署。在ToB核心業(yè)務中，建議將時延可靠性要求較高的核心業(yè)務與其他核心業(yè)務使用異頻覆蓋，盡可能減少同頻干擾對時延可靠性的影響。

場景二：要求較高的網(wǎng)絡容量場景

在ToB業(yè)務場景內(nèi)，個別區(qū)域對上行回傳速率要求很高，原規(guī)劃站點無法滿足要求，此時應考慮引入異頻補熱，增加網(wǎng)絡容量來滿足業(yè)務需求。

場景三： ToB和ToC業(yè)務的混合場景

混合場景下應優(yōu)先考慮頻譜資源向ToB傾斜，避免ToB業(yè)務的資源被占用，引入異頻組網(wǎng)或采用網(wǎng)絡切片方式做隔離。同時考慮與大網(wǎng)部署對齊，推薦使用大網(wǎng)的頻段承載場景ToC業(yè)務作為打底網(wǎng)，引入異頻承載ToB業(yè)務。

4.3.2 核心網(wǎng)設計

基于運營商5G網(wǎng)絡架構，實現(xiàn)ToC公網(wǎng)、ToB專網(wǎng)業(yè)務的物理或邏輯隔離，為行業(yè)用戶提供5G專網(wǎng)的多種服務模式。

（1） UPF部署和高可用方案

面向行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃5G SA行業(yè)專網(wǎng)切片，可根據(jù)行業(yè)特點和業(yè)務模式，為行業(yè)用戶提供靈活可定制的用戶面網(wǎng)元部署方案，通過用戶面下沉園區(qū)實現(xiàn)業(yè)務流量本地匯聚和數(shù)據(jù)分流。用戶面下沉作為實現(xiàn)5G邊緣計算的前置條件，為行業(yè)提供了豐富、高效的網(wǎng)絡使能，邊緣計算通過在靠近數(shù)據(jù)源或用戶的地方提供計算、存儲等基礎設施，基于IT架構和云計算的能力為邊緣應用提供運行在移動網(wǎng)絡邊緣的、運行特定任務的云服務。

私域專網(wǎng)和本地專網(wǎng)有四種部署方式，如圖1所示，按照行業(yè)具體需求對應選擇方案。

方案一： N3接口本地網(wǎng)絡承載，復用公網(wǎng)ToB AMF、SMF、ToB UDM，N1、N2、N4、N6、N11接口通過承載網(wǎng)/專線與大區(qū)互聯(lián)。

方案二：本地UDM僅提供應急逃生服務，保證與公網(wǎng)連接中斷時，網(wǎng)絡慣性運行和應急接入。

方案三： N1、N2、N3、N4、N6、N11接口本地網(wǎng)絡承載，UDM復用公網(wǎng)ToB UDM，N8、N10接口通過承載網(wǎng)/專線與大區(qū)互聯(lián)。

方案四： N1、N2、N3、N4、N6、N8、N10、N11接口全部由本地網(wǎng)絡承載，與公網(wǎng)無連接關系。

（2） MEC災備

當前5G ToB已逐漸深入到行業(yè)的核心生產(chǎn)運營活動，鋼鐵、礦山、石化等特殊行業(yè)，需要考慮雙站點容災部署方案，推薦在園區(qū)同時部署兩套入駐MEC設備，實現(xiàn)同級容災能力。雙套高可用邊緣網(wǎng)關，負荷分擔，保障站點可靠性。

4.3.3 傳輸承載網(wǎng)設計

（1） 傳輸承載部署總原則

傳輸承載網(wǎng)部署策略需要綜合考慮行業(yè)園區(qū)和園區(qū)5G基站的規(guī)劃情況以及用戶發(fā)展需求，統(tǒng)籌規(guī)劃端到端的傳輸承載專網(wǎng)建設。

無線側BBU與接入承載設備對接，可根據(jù)用戶的需求，存在ToB/ToC混合或者局部熱點區(qū)域以及各類型業(yè)務安全隔離，承載網(wǎng)需要部署切片，保障ToB業(yè)務如自動駕駛、遠程控制類等高優(yōu)先級保障。

（2） 承載網(wǎng)絡業(yè)務隔離和SLA

BBU針對不同類型的業(yè)務進行相應的封裝，使用不同的VLAN把數(shù)據(jù)發(fā)到SPN/IPRAN網(wǎng)絡。SPN/IPRAN與BBU/MEC之間采用VLAN子接口的方式進行業(yè)務隔離，在SPN/IPRAN上通過Port+VLAN的方式進行業(yè)務映射，不同的業(yè)務映射進不同的承載網(wǎng)硬切片+VPN組合，采用不同硬切片+VPN組合的方式分別承載行業(yè)的N2、N3、N4、N6/N9業(yè)務流量，通過硬切片和HQoS來實現(xiàn)行業(yè)業(yè)務的隔離和SLA保障。

4.3.4 安全設計

（1） 設計原則

項目整體網(wǎng)絡安全需求分析、安全方案設計確保符合國家《網(wǎng)絡安全法》、行業(yè)的系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡安全、信息安全等相關制度要求；

（2） 安全設計范圍

隨著5G專網(wǎng)在各行各業(yè)中的應用，行業(yè)通過5G接入的終端及其服務端業(yè)務面臨諸多變化，行業(yè)期望運營商開放其關注的安全功能和數(shù)據(jù)，以支撐其如下安全訴求：

? 接入終端安全：行業(yè)自主管理終端接入時的安全；通過對終端的多重訪問控制、檢測、處置能力，消減終端接入、運行給行業(yè)和運營商帶來的安全風險；

? 數(shù)據(jù)不出園區(qū)：確保數(shù)據(jù)不出園可控、可管、可視。

? 通信網(wǎng)絡安全：通過三面隔離、切片、加密等方案，構建安全通信網(wǎng)絡，確保數(shù)據(jù)傳輸安全，消除通信網(wǎng)絡上對行業(yè)和運營商的安全風險。

? MEC安全：通過MEC邊界防護，App安全，生產(chǎn)數(shù)據(jù)不出園等方案，消除MEC安全給行業(yè)和運營商帶來的安全風險。

? 邊界安全：通過使用園區(qū)網(wǎng)與大網(wǎng)、行業(yè)內(nèi)網(wǎng)的邊界安全防護，消減跨網(wǎng)、跨域安全攻擊風險。

? 安全管理：通過5G專網(wǎng)態(tài)勢感知能力，滿足行業(yè)專網(wǎng)安全可視化、終端行為可審計溯源，滿足行業(yè)專網(wǎng)安全可視化訴求。

4.3.5 端到端設計

（1） 端到端多技術部署，降低時延

大部分遠程控制，電力的差動保護，遠程駕駛等集中在15-30ms的需求；降低時延常用的三個手段如下：

? 核心網(wǎng)：為了降低時延，一般采用UPF下沉。

? 傳輸網(wǎng)：傳輸引入時延主要取決于傳輸?shù)奶鴶?shù)和傳輸光纖的長度。所以需要精簡傳輸節(jié)點，同時縮短傳輸光纖的長度。必要時可以啟用FlexE功能以避免業(yè)務之間的流量沖擊。

? 接入網(wǎng)：當前時延的瓶頸主要在接入網(wǎng)側，針對不同的時延目標，采用不同的空口優(yōu)化（預調(diào)度，高優(yōu)先級保障）。

（2） 切片規(guī)劃原則

根據(jù)差異化業(yè)務需求，劃分5QI與網(wǎng)絡切片ID，整體原則如下：

無線網(wǎng)絡切片：根據(jù)不同業(yè)務重要性、隔離度、業(yè)務SLA、組網(wǎng)可靠性、物理互通等需求，梳理切片對于網(wǎng)絡側的資源、配置等需求。設計切片方案，實現(xiàn)邏輯或者物理隔離，同時具備對于不同業(yè)務的切片進行資產(chǎn)編排的能力，使能自動化開通的能力。

承載網(wǎng)切片：承載網(wǎng)需要根據(jù)業(yè)務需求輸出回傳網(wǎng)絡切片規(guī)劃，包含VPN及各分片帶寬規(guī)劃。

核心網(wǎng)切片：梳理不同業(yè)務對網(wǎng)絡的需求，包括上行、下行、時延、可靠性、定位、移動性、業(yè)務隔離、數(shù)據(jù)不出園區(qū)、能力開放等；

多業(yè)務混合的端到端5G網(wǎng)絡切片：統(tǒng)籌各業(yè)務場景切片之間的資源劃分、安全與隔離、可靠性進行綜合規(guī)劃。

5 結束語

5G-Advanced不斷強化5G網(wǎng)絡能力，國家政策不斷助力，5G ToB應用已在信息消費領域、實體經(jīng)濟領域、民生服務領域等蓬勃發(fā)展，踐行5G的社會價值和商業(yè)價值。信息技術賦能經(jīng)濟數(shù)字化轉型，與行業(yè)核心業(yè)務深度融合，逐漸由生產(chǎn)監(jiān)測、遠程服務等基礎環(huán)節(jié)向數(shù)字化研發(fā)、精準控制等關鍵延伸；5G網(wǎng)絡覆蓋廣度、深度不斷延展，包括天地一體、低空安防、車聯(lián)網(wǎng)等，持續(xù)牽引無線網(wǎng)絡能力提升，為經(jīng)濟社會高質量發(fā)展注入新動能。

文章來源：  《上海輕工業(yè)》   http://12-baidu.cn/w/kj/30978.html