淺談“5G云+行業(yè)專網”
——從協同到融合

吳宇慶 王屹

湖北郵電規(guī)劃設計有限公司 湖北 武漢 430022

引言

2020年9月國家發(fā)展改革委、科技部、工業(yè)和信息化部、財政部聯合發(fā)布的發(fā)改高技〔2020〕1409號文《關于擴大戰(zhàn)略性新興產業(yè)投資 培育壯大新增長點增長極的指導意見》要求：加快推進基于信息化、數字化、智能化的新型城市基礎設施建設；實施中小企業(yè)數字化賦能專項行動，推動中小微企業(yè)“上云用數賦智”；鼓勵龍頭企業(yè)建設“互聯網+”協同制造示范工廠，建立高標準工業(yè)互聯網平臺。但是以目前工業(yè)園區(qū)既有的信息專網為例，存在的問題可以歸納為以下幾點：①工業(yè)園區(qū)專網的網絡架構無法滿足新業(yè)務需求，傳統層級化的網絡架構影響了信息交互的效率，網絡部署和管理會變得復雜；②工業(yè)園區(qū)專網以滿足辦公和生產相關的計算機應用為主，帶寬、覆蓋率、穩(wěn)定性不足以支撐工業(yè)互聯網應用；③工業(yè)園區(qū)網絡普遍存在異構性，網絡接口不同，嚴重制約著專網的升級改造;④缺乏工業(yè)控制系統的網絡安全保障體系；⑤行業(yè)專網規(guī)模相對較小且較為分散，研發(fā)投入不足，高安全、高穩(wěn)定、低成本等特點均限制了行業(yè)專網的更新換代。

工信部為充分發(fā)揮5G新型基礎設施的規(guī)模效應和帶動作用，2020年3月發(fā)布〔2020〕49號文《關于推動5G加快發(fā)展的通知》，一共十八項措施中涉及行業(yè)專網獨占四項：5G+醫(yī)療健康、5G+工業(yè)互聯網、5G+車聯網、5G應用生態(tài)系統。國家層面釋放的這些積極信號表明行業(yè)專網是5G技術重要應用場景。除了廣大大眾已經熟悉的“增強移動寬帶”、“海量大連接”、“低時延高可靠”外，5G 的愿景與需求還有“5G引入了云化架構和技術，實現移動網絡架構的變革”：5G 目標網絡邏輯架構包括了接入云、控制云和轉發(fā)云三個邏輯域（本文以下簡稱為“5G云”），因此“5G云”是通信技術與信息技術的深度融合產物，一方面將顯著節(jié)約建網成本，另一方面助力業(yè)務快速上線、實現創(chuàng)收和可持續(xù)發(fā)展，因此采用“5G云+行業(yè)專網”解決方案（本文以下簡稱為“云網”）成為企事業(yè)單位行業(yè)專網當前演進的優(yōu)先選項。

1 關鍵技術

5G云的設計融入了 SDN（Software Defined Network軟件定義網絡）、NFV（Network Function Virtualization網絡功能虛擬化）、MEC（Multi-access Edge Computing多接入邊緣計算）的核心思想。

SDN的核心思想是將網絡的控制平面與數據轉發(fā)平面進行分離、并實現可編程化控制。SDN由應用層、控制層和基礎設施層組成，其三大特征是控制轉發(fā)分離、控制層進行邏輯集中控制、控制層向應用層開放應用接口[1]。

在過去的十年中，軟件和硬件分離以及基于云的解決方案在IT領域的應用改變了通信行業(yè)，通過虛擬機實現應用和軟件環(huán)境與底層硬件資源解耦是IT行業(yè)這一轉變的主要原因。使用虛擬化技術可以在同一平臺上部署多個虛擬機，這些虛擬機通過可控的、有效的和靈活的方式對硬件資源進行共享，虛擬交換機可以實現虛擬機之間安全通信[2]。

以控制面與數據面分離和控制面集中化為特征的SDN技術，以及以軟件與硬件解耦為特征的NFV技術的結合，能夠使5G網絡具有開放能力、可編程性、靈活性和可擴展性，是運營商為減少網絡設備成本以及場地占用、電力消費等運維成本而建立的系統[3]。

MEC可以視為一個位于接入云、控制云和轉發(fā)云三者邊緣運行的云服務器。MEC有以下幾個方面特點：①本地部署：訪問本地資源時可以與其他部分隔離開運行；②臨近性：由于靠近信息源、還可以直接連接到終端設備，MEC在捕捉關鍵信息用于大數據分析方面能夠起到大的作用。③更低時延：因為MEC服務器接近終端，所以能大量的減少傳輸延時，這可以加快業(yè)務的響應速度，從而提升業(yè)務部的體驗或減輕局部網絡的擁塞。④位置感知：MEC也是接入云的一部分，本地業(yè)務能力允許利用無線信令中信息來確定每個在線設備的位置，這個特點產生了包括基于位置的信息相關的各種分析應用等一系列場景[4]。

2 “5G云+行業(yè)專網”的路徑

“5G云+行業(yè)專網”的部署與運營還面臨著產業(yè)成熟度方面的不足，一方面由于既有行業(yè)專網的技術體系相對多樣和分散，垂直行業(yè)的需求相對復雜和個性化，與之匹配的5G云之間的技術要求不完全清晰；另一方面，5G本身的網絡切片、邊緣計算等還需要技術方面的進一步成熟。綜合考慮之下，“5G云+行業(yè)專網”解決方案可以分兩步走實現：云網協同、云網融合[5]。

第一階段是云網協同，特征是5G控制云和轉發(fā)云與既有行業(yè)專網并存、彼此獨立。云網協同的初衷是快速滿足創(chuàng)新業(yè)務的靈活上線。

包括車聯網，AR（Augmented Reality增強現實技術）、VR（Virtual Reality虛擬現實）、高清電視、4K超高清電視等生活娛樂業(yè)務，或是智慧廣電、智慧水利、智慧港口、智慧物流、智慧市政、醫(yī)療健康、工業(yè)互聯網等創(chuàng)新業(yè)務，都對網絡帶寬、時延、安全提出了全新的要求。通過MEC的“對接”實現業(yè)務自動化開通和加載，而且MEC為云網提供了IT和云計算的功能，其更加靠近用戶、貼近業(yè)務，既是5G云的關鍵組成部分，也是5G云向行業(yè)專網開放能力重要載體，MEC無疑是實現“云網協同”的利器。網絡中各種信息，例如鄰近情況、環(huán)境和速度的信息都能轉化為價值，可能為業(yè)務與內容提供商（OTT公司）和獨立的軟件開發(fā)商創(chuàng)造商業(yè)機會，確保他們在各自的商業(yè)模式中扮演互利的角色。應用程序和業(yè)務生態(tài)系統的實現對MEC發(fā)展至關重要的，這些應用程序可以充分利用MEC的功能，使用開放標準和接口。專網及運營商將向第三方開放了MEC環(huán)境，允許他們快速地部署面向用戶、公司等客戶群的創(chuàng)新性應用和業(yè)務[6]。

因此在既有專網內增加MEC中心是云網協同階段基本要求。MEC包括服務器、存儲和網絡等硬件設施，建設周期一般1-2年，如果企事業(yè)單位需要盡早上線新業(yè)務，也可以通過租用的方式，利用光纜專線從運營商尋求PaaS（Platform as a Service平臺即服務）或IaaS（Infrastructure as a Service基礎設施即服務）。5G云似乎只是寬帶專線？事實上并非如此，運營商向專網客戶提供一站式云網訂購服務的背后，背后是基于SDN/NFV的網絡切片，涉及如端到端QoS優(yōu)先調度、專用數據網絡名稱、核心網功能要求、邊緣Iaas要求、邊緣Paas要求、無線專網定制、核心網定制、能力開放、開通、計費、安全等諸多方面的技術要求[7]。

第二階段是云網融合，特征是采用ITU標準的5G邏輯架構完整，包括了接入云、控制云和轉發(fā)云三個域，與既有“異構”專網在功能和服務范圍方面基本重疊和可替代。

云網融合的初衷是實現專網與公網“同構”，這有助于行業(yè)專網將來演進時的低成本、靈活性、便捷性。轉型后的行業(yè)專網的重心在于發(fā)展數字化平臺應用，聚焦深挖垂直行業(yè)需求、創(chuàng)造和引入行業(yè)融合應用[8]。

因為5G創(chuàng)新應用85%為室內場景，實現5G接入云覆蓋室內區(qū)域是一個極佳切入點，通常采用“光纖/五類線+5G小基站”建設模式，5G小基站成為承接室內信息業(yè)務的載體，并通過MEC實現數據本地轉發(fā)和本地卸載。該5G云具備替代以前辦公所用電話線、網線、光纖、WLAN、藍牙和生產所用LoRa 、WLAN、ZigBee、ISA 100.11a、Wireless Hart、WIA FA/PA 等技術的能力。5G云利用虛擬化等技術，按需提供計算和存儲資源，實現了更高的自動化水平，同時也使網絡和業(yè)務部署更加靈活、更具有彈性、大大縮短的網絡功能和業(yè)務的創(chuàng)新周期，具有更強性能、支持數據安全隔離，同時能夠直接提供高度個性化的業(yè)務：距離、連接、敏捷性和速度可以轉化為獨特的價值。對于應用開發(fā)商和內容提供商，利用5G云提供的低時延和高帶寬的業(yè)務環(huán)境，以及可以直接訪問的實時無線網絡信息，可以向用戶提供內容相關的應用程序和業(yè)務，這些業(yè)務往往能夠給用戶帶來差異化的移動寬帶體驗，移動用戶的體驗也可以基于射頻和網絡狀態(tài)得到極大的豐富和提高。例如AR/VR應用場景就有機器視覺、工業(yè)巡檢、遠程虛擬課堂、第二現場直播等創(chuàng)新業(yè)務。當然這些新業(yè)務都需要高質量的室內覆蓋來保障。目前運營商5G網絡的室內覆蓋較為薄弱，“專網公用”允許將專網室內覆蓋資源有償分享給四大運營商，實現更廣泛的共建共享。在云網融合階段，行業(yè)專網可以結合運營商和應用程序提供商創(chuàng)建新的商業(yè)機會，新的價值鏈和全新的生態(tài)系統中所有成員都能受益于更廣泛的合作[9]。

3 結束語

5G的技術驅動力主要來自IT和CT本身正從硬件為主體的封閉和剛性架構向軟件化、虛擬化、云化的方向發(fā)展。無論云網協同還是云網融合都只是行業(yè)專網演進的路徑，行業(yè)專網轉型升級目的只能是支撐數字化應用的要求，需要關注AI（Artificial Intelligence人工智能）這一關鍵技術。