5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)方案研究

朱紅綠，孫麗楠

(中國(guó)電信股份有限公司研究院，上海 200122)

0 引言

5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)為行業(yè)客戶(hù)提供定制化的網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)[1]，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)具有成本優(yōu)勢(shì)、安全優(yōu)勢(shì)、網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)勢(shì)[2]。然而，目前5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)對(duì)于企業(yè)不可視不可管，不利于企業(yè)根據(jù)業(yè)務(wù)需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)和維護(hù)；專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)使用不便捷，不利于企業(yè)靈活的業(yè)務(wù)開(kāi)通、流量調(diào)撥等。行業(yè)企業(yè)希望獲得一定的網(wǎng)絡(luò)可管可控能力，同時(shí)希望5G 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維管理模式能與企業(yè)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)管理體系無(wú)縫融合，獲得5G 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維權(quán)，同時(shí)降低運(yùn)維成本。

因此，本文提出了5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)方案，以5G 無(wú)線、承載和核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能力、IT 能力、網(wǎng)管平臺(tái)、切片管理平臺(tái)等能力為基礎(chǔ)，通過(guò)能力開(kāi)放技術(shù)[3]，構(gòu)建一系列虛擬專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)能力，封裝標(biāo)準(zhǔn)API 接口，提供給企業(yè)，目的是提升行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)客戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用效率、便捷度和掌控能力。通過(guò)該方案的研究，將有助于后續(xù)探討虛擬專(zhuān)網(wǎng)的自主運(yùn)維、運(yùn)營(yíng)模式，快速推進(jìn)5G虛擬專(zhuān)網(wǎng)的落地和規(guī)?；瘧?yīng)用。

本文調(diào)研了行業(yè)企業(yè)對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)能力的需求，提煉出5G 自服務(wù)方案對(duì)行業(yè)的價(jià)值，分析研究了面向行業(yè)企業(yè)的5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)方案，包括組網(wǎng)方案、平臺(tái)架構(gòu)、平臺(tái)基本功能以及擴(kuò)展性，并對(duì)虛擬專(zhuān)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)視圖展示、自主開(kāi)卡、無(wú)人夾抱車(chē)等場(chǎng)景做了驗(yàn)證，展示了實(shí)施效果。

1 5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)方案對(duì)行業(yè)的價(jià)值

1.1 5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)介紹

5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋定制化、安全性高、性能精準(zhǔn)優(yōu)化、運(yùn)維管理自主化等優(yōu)勢(shì)[4]，能滿足不同行業(yè)不同規(guī)模企業(yè)的應(yīng)用需求，其能夠基于特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)閉環(huán)，保障行業(yè)核心業(yè)務(wù)不出場(chǎng)，例如制造、鋼鐵、石化、港口、教育、醫(yī)療等園區(qū)型企業(yè)等[5]。

這種類(lèi)型的虛擬專(zhuān)網(wǎng)一般由基站、UPF、邊緣計(jì)算平臺(tái)[6]、企業(yè)業(yè)務(wù)平臺(tái)、5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)等部分組成。虛擬專(zhuān)網(wǎng)中的各類(lèi)業(yè)務(wù)平臺(tái)可以是部署于園區(qū)/廠區(qū)的邊緣計(jì)算平臺(tái)，也可以是企業(yè)自有的業(yè)務(wù)平臺(tái)，以承載各類(lèi)行業(yè)應(yīng)用，如數(shù)據(jù)采集平臺(tái)、協(xié)同研發(fā)平臺(tái)、機(jī)器視覺(jué)平臺(tái)等。對(duì)于該類(lèi)型虛擬專(zhuān)網(wǎng)的運(yùn)維，運(yùn)營(yíng)商可以借助能力開(kāi)放、切片管理、綜合網(wǎng)管等系統(tǒng)構(gòu)建5G行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)智能化管理，滿足企業(yè)自主監(jiān)測(cè)、管理、配置虛擬專(zhuān)網(wǎng)的需求[7]。

1.2 行業(yè)對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)能力的需求

通過(guò)對(duì)鋼鐵、電子制造等行業(yè)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)行業(yè)對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)的可視可管具有如下需求：

(1)網(wǎng)絡(luò)管理類(lèi)：需要支持網(wǎng)絡(luò)視圖、網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)告警與日志、網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)[8]、流量路由、后臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸、5G 虛擬LAN 等管理需求[9]。

(2)設(shè)備管理類(lèi)：需要支持終端性能管理、終端SLA數(shù)據(jù)可視、終端權(quán)限管理、終端活動(dòng)日志、SIM 卡管理、終端配置管理等。

(3)安全管理類(lèi)：需要支持網(wǎng)絡(luò)加密、終端強(qiáng)制下線、威脅發(fā)現(xiàn)等[10]。

1.3 5G 自服務(wù)方案對(duì)行業(yè)的價(jià)值

根據(jù)需求調(diào)研，行業(yè)需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)行獲取、管理，讓網(wǎng)絡(luò)和行業(yè)業(yè)務(wù)深度融合，開(kāi)放更多自主權(quán)給企業(yè)。因此，探索5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)方案尤為重要。如圖1所示，5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)方案的研究具有如下意義：

圖1 5G 自服務(wù)方案對(duì)行業(yè)的價(jià)值

(1)打通異廠家、異系統(tǒng)接口，讓企業(yè)客戶(hù)可在一個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)基站、UPF 等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，用行業(yè)語(yǔ)言描述網(wǎng)絡(luò)管理方式，更容易管理專(zhuān)網(wǎng)。

(2)提出5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自主運(yùn)維管理模式，讓企業(yè)具備對(duì)專(zhuān)網(wǎng)的全局狀態(tài)監(jiān)測(cè)、性能監(jiān)測(cè)、告警基本處置等能力，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)使用更自主。

(3)面向行業(yè)提供自主開(kāi)戶(hù)開(kāi)卡能力，企業(yè)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要，自行決定開(kāi)通卡號(hào)、停機(jī)復(fù)機(jī)、查詢(xún)余額流量等。

(4)提出面向行業(yè)平臺(tái)的統(tǒng)一簡(jiǎn)約開(kāi)放接口，讓企業(yè)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)具有深度融合的基礎(chǔ)，可以讓企業(yè)業(yè)務(wù)或平臺(tái)實(shí)時(shí)、靈活、按需調(diào)用、調(diào)配網(wǎng)絡(luò)能力或資源。

2 5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)組網(wǎng)方案

如圖2 所示，5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)能力平臺(tái)能夠面向行業(yè)開(kāi)放5G專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)能力，北向提供標(biāo)準(zhǔn)化API接口，供行業(yè)客戶(hù)使用。例如，對(duì)于UPF 下沉至行業(yè)的場(chǎng)景，只需管理行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)內(nèi)的基站和下沉UPF 網(wǎng)元，兩者提供的能力經(jīng)由運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)管或其他IT 系統(tǒng)、NEF、CSMFNSMF、CRM 等匯聚到運(yùn)營(yíng)商能力匯聚系統(tǒng)，由運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一提供給5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)能力平臺(tái)。

圖2 5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)組網(wǎng)方案

根據(jù)行業(yè)客戶(hù)需求以及公司的規(guī)模，5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)能力平臺(tái)可以集中部署在運(yùn)營(yíng)商側(cè)或者行業(yè)集團(tuán)公司，向園區(qū)開(kāi)放遠(yuǎn)程界面；對(duì)于跨地域的多園區(qū)，也可以在各個(gè)園區(qū)分別部署物理實(shí)體，還可以遠(yuǎn)程界面和物理實(shí)體相結(jié)合的方式部署。

3 5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)基本功能

5G 服務(wù)能力平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)如圖3 所示，以網(wǎng)絡(luò)能力、平臺(tái)能力為基礎(chǔ)，通過(guò)可視化界面、自動(dòng)化API 接口來(lái)服務(wù)上層行業(yè)應(yīng)用或管理人員[11]。其中：

圖3 5G 服務(wù)能力平臺(tái)功能

(1)5G 服務(wù)能力平臺(tái)層包括如下內(nèi)容：

①自服務(wù)：企業(yè)可以自主開(kāi)通5G 行業(yè)卡號(hào)，自主停機(jī)復(fù)機(jī)，查詢(xún)流量、余額等。

②自運(yùn)維：提供專(zhuān)網(wǎng)整體視圖和各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、監(jiān)控設(shè)備告警，并提供初級(jí)處置能力和在線申請(qǐng)運(yùn)營(yíng)商協(xié)查等。

③自管理：企業(yè)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需要，自主申請(qǐng)、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源、終端等級(jí)、帶寬、路由策略等。

(2)網(wǎng)絡(luò)能力層包括如下內(nèi)容：

①5G 無(wú)線設(shè)備包括宏站、室分、小站等，可以提供無(wú)線性能、告警、狀態(tài)、資源等網(wǎng)絡(luò)能力。

②5G核心網(wǎng)網(wǎng)元包括NEF、UPF、AMF、SMF 等，可以提供核心網(wǎng)性能、告警、狀態(tài)、資源等網(wǎng)絡(luò)能力[12]。

③管理域包括CSMF、NSMF[13]、網(wǎng)管等，可以提供QoS 配置、切片修改等能力[14]。

④IT 域包括CRM 以及其他IT 系統(tǒng)，可以提供開(kāi)卡開(kāi)戶(hù)、流量查詢(xún)等網(wǎng)絡(luò)能力。

上述能力如果是邊緣節(jié)點(diǎn)提供的，則可以由MEC 進(jìn)行能力開(kāi)放，例如：終端定位能力、特定基站的忙閑狀

態(tài)、邊緣節(jié)點(diǎn)流量等。

4 5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服平臺(tái)的擴(kuò)展性

5G 自服務(wù)平臺(tái)具有如下特點(diǎn)：

(1)技術(shù)開(kāi)放性：平臺(tái)開(kāi)放北向API，方便企業(yè)自有系統(tǒng)便捷調(diào)用網(wǎng)絡(luò)。

(2)模式開(kāi)放性：自主運(yùn)維的專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)模式可以納管企業(yè)其他信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一共管。

結(jié)合工業(yè)PON[15]等技術(shù)可形成具備全連接能力的專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)，如圖4 所示，其具有規(guī)模推廣和擴(kuò)展的價(jià)值。

圖4 5G 行業(yè)虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)的擴(kuò)展性

5 5G 自服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景及效果

5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)在某企業(yè)進(jìn)行了試點(diǎn)，主要應(yīng)用場(chǎng)景如下：

(1)行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)統(tǒng)一視圖：通過(guò)5G 自服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)視圖統(tǒng)一展示場(chǎng)景(如圖5 所示)，打造可自主運(yùn)維管理的虛擬專(zhuān)網(wǎng)服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)分級(jí)、分權(quán)、分域監(jiān)測(cè)專(zhuān)網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)全網(wǎng)拓?fù)?、設(shè)備、質(zhì)量、數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理和大屏展示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)視圖展示

(2)自主開(kāi)卡激活：為客戶(hù)構(gòu)建自主開(kāi)卡使用場(chǎng)景(如圖6 所示)，實(shí)現(xiàn)連接能力即開(kāi)即用。例如，工廠新到一批工業(yè)終端，將通過(guò)5G 進(jìn)行作業(yè)，由工廠IT 運(yùn)維人員通過(guò)在線開(kāi)卡開(kāi)戶(hù)界面對(duì)運(yùn)營(yíng)商發(fā)放的白卡進(jìn)行在線實(shí)時(shí)激活開(kāi)通，甚至進(jìn)行企業(yè)流量池的流量劃撥，申請(qǐng)請(qǐng)求到運(yùn)營(yíng)商IT 系統(tǒng)流轉(zhuǎn)后，業(yè)務(wù)自動(dòng)開(kāi)通，實(shí)現(xiàn)即時(shí)激活即時(shí)使用，提升客戶(hù)申請(qǐng)使用5G 網(wǎng)絡(luò)的效率。

圖6 自主開(kāi)卡開(kāi)戶(hù)場(chǎng)景

行業(yè)可自建運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用運(yùn)營(yíng)商5G 服務(wù)能力平臺(tái)接口，進(jìn)行SIM 卡的實(shí)時(shí)激活、認(rèn)證、開(kāi)通，或者由運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建該Web 系統(tǒng)，由行業(yè)企業(yè)自助使用。

(3)網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)時(shí)保障：基于企業(yè)無(wú)人夾抱車(chē)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人夾抱車(chē)待機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)5G 普通連接與平臺(tái)建立心跳，實(shí)現(xiàn)?；疃?。如圖7 所示，無(wú)人夾抱車(chē)管理平臺(tái)需要機(jī)車(chē)進(jìn)行作業(yè)時(shí)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用指令，通知網(wǎng)絡(luò)即將作業(yè)。網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)建立QoS 保障專(zhuān)屬通道，給夾抱車(chē)的5G 連接進(jìn)行提速、保障，確保叉車(chē)視頻數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)狡脚_(tái)。

圖7 無(wú)人夾抱車(chē)場(chǎng)景

在該企業(yè)試點(diǎn)后，發(fā)現(xiàn)5G專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)具有的應(yīng)用效果如表1 所示。

表1 5G專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用效果

6 結(jié)論

本文通過(guò)調(diào)研行業(yè)需求，歸納了5G 自服務(wù)方案對(duì)行業(yè)的價(jià)值，提出5G 虛擬專(zhuān)網(wǎng)自服務(wù)平臺(tái)的組網(wǎng)方案和基本功能，并展示了應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)施效果。5G 自服務(wù)方案的研究，有利于推動(dòng)企業(yè)自主運(yùn)維、管理網(wǎng)絡(luò)，提升企業(yè)對(duì)專(zhuān)網(wǎng)掌控能力和生產(chǎn)效率，有利于促進(jìn)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)能力，提升企業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用深度，以及現(xiàn)有行業(yè)網(wǎng)絡(luò)與5G 的深度融合。目前5G 自服務(wù)平臺(tái)僅管理了5G 基站和核心網(wǎng)設(shè)備，后續(xù)可持續(xù)增強(qiáng)和擴(kuò)展，逐步納管工業(yè)設(shè)備、Wi-Fi、工業(yè)PON、交換機(jī)、路由器等，形成支持全連接的企業(yè)統(tǒng)一自服務(wù)管控平臺(tái)。