5G 能力魔方賦能5G 定制網(wǎng)規(guī)模化發(fā)展

曹磊，李麗，胡圣燁，鐘致民，甘志輝，董曉冬，馬伯驕，張濤

（1. 中國電信集團有限公司，北京 100033；2. 天翼物聯(lián)科技有限公司，廣東 廣州 510308；3. 中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630）

0 引言

5G 是當前最先進的商用蜂窩移動通信技術(shù)，采用了新型多址接入、大規(guī)模多輸入多輸出（multiple input multiple output，MIMO）、超密集組網(wǎng)等前沿技術(shù)[1-4]和新協(xié)議標準[5-9]。與前幾代蜂窩移動通信技術(shù)相比，5G 在傳輸帶寬、端到端時延、設(shè)備連接數(shù)等指標上都有突破性的進展，被譽為“新基建之首”，在鋼鐵、煤礦、港口、文旅等行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級中有重要的引領(lǐng)作用[10-15]。2021 年7 月，工業(yè)和信息化部與中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會辦公室、國家發(fā)展和改革委等十部門聯(lián)合印發(fā)《5G 應(yīng)用“揚帆”行動計劃（2021-2023 年）》，明確提出到2023 年建成超過3 000 個5G 行業(yè)虛擬專網(wǎng)的工作目標[16]。為接應(yīng)5G 行業(yè)虛擬專網(wǎng)的建設(shè)目標，本文創(chuàng)新推出“網(wǎng)定制、邊智能、云協(xié)同、X 隨選”融合協(xié)同的5G 定制網(wǎng)，為行業(yè)客戶提供一體化定制融合服務(wù)。

當前各行業(yè)5G 定制網(wǎng)的建設(shè)需求旺盛，但同時企業(yè)客戶對5G 定制網(wǎng)的業(yè)務(wù)訴求存在巨大的差異[17-19]。以包括白色家電、3C 制造、大型機械等工業(yè)制造行業(yè)為例，該行業(yè)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的主要特點是按訂單、按庫存開展多品種、小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)、物流、質(zhì)量管理的復(fù)雜性較高，同時注重多個生產(chǎn)單位的信息流通和分工協(xié)作。在過去落地的案例中，交付的典型5G 業(yè)務(wù)場景包括高清質(zhì)檢、云化可編程控制器（programmable logic controller，PLC）、自動導(dǎo)引車（automated guided vehicle，AGV）調(diào)度、增強現(xiàn)實（augmented reality，AR）等，這些場景網(wǎng)絡(luò)能力的要求呈現(xiàn)出較大差異，高清質(zhì)檢重點關(guān)注100%的可靠性要求、單路視頻傳輸上行30～150 Mbit/s 的高帶寬要求，云化PLC 重點關(guān)注10 ms 以內(nèi)的單向端到端低時延要求，AGV 調(diào)度除了遠程實時控制的較低時延要求，還需要滿足0.5 m 以內(nèi)的高精度定位要求。電信運營商如何快速、高效、標準地滿足同一細分行業(yè)內(nèi)差異巨大的網(wǎng)絡(luò)能力需求，是當前5G 業(yè)務(wù)走向規(guī)?；l(fā)展、落實工業(yè)和信息化部揚帆行動工作目標的主要障礙。

中國電信在2021 年11 月對外發(fā)布了“5G 能力魔方”，在5G 端、網(wǎng)、云、邊、用、服全方位的基礎(chǔ)原子能力進行積木式組合的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性構(gòu)建鋼鐵、礦山等行業(yè)場景需求解析模型，實現(xiàn)定制化需求到標準化能力的自動匹配，實現(xiàn)多路徑貫穿業(yè)務(wù)場景到交付運營全流程，實現(xiàn)對定制化需求的即時封裝交付，創(chuàng)新5G 定制網(wǎng)規(guī)?；l(fā)展的新路徑。

1 5G 能力魔方

1.1 5G 能力魔方系統(tǒng)定位

5G 能力魔方是中國電信5G toB 網(wǎng)絡(luò)能力匯聚中心，與商機系統(tǒng)、客戶關(guān)系管理（customer relationship management，CRM）系統(tǒng)對接，實現(xiàn)一站式售前支撐、產(chǎn)品和服務(wù)的自動受理，與新一代運營管理系統(tǒng)對接，完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的自動配置，與中國電信天翼智能物聯(lián)網(wǎng)開放平臺（AIoT）對接，實現(xiàn)終端設(shè)備的自動納管，總體上貫通售前支撐到項目交付的全流程服務(wù)。5G 能力魔方在中國電信5G 定制網(wǎng)體系中的定位如圖1 所示。

圖1 5G 能力魔方在中國電信5G 定制網(wǎng)體系中的定位

1.2 5G 能力魔方體系架構(gòu)

1.2.1 核心功能

5G 能力魔方包括業(yè)務(wù)需求面、技術(shù)參數(shù)面、原子能力面、標準產(chǎn)品面、業(yè)務(wù)方案面和商業(yè)模式面，5G 能力魔方體系結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。5G 能力魔方的目標是通過六維積木式組合，實現(xiàn)場景精準適配、能力多維構(gòu)建以及方案快捷交付，縮短5G 定制網(wǎng)項目拓展周期。

圖2 5G 能力魔方體系結(jié)構(gòu)示意圖

· 業(yè)務(wù)需求面：對重點行業(yè)典型場景進行解析，建立覆蓋估算模型、容量估算模型、時延估算模型，將定制化、差異化的需求逐步收斂為關(guān)鍵能力參數(shù)，從而實現(xiàn)將差異化的業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)化為標準化的能力需求。

· 技術(shù)參數(shù)面：能力水平的評價標準，包括終端（模組）、無線網(wǎng)和承載網(wǎng)等方面的30 多個網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵量化參數(shù)。

· 原子能力面：能力的全視圖，包括終端、號卡、無線網(wǎng)、承載網(wǎng)和平臺等9 個維度的90 多個原子能力項，這些能力項與業(yè)務(wù)需求面能力估算模型中的能力一一對應(yīng)。

· 標準產(chǎn)品面：超級號卡、切片專線等標準化5G 產(chǎn)品。

· 業(yè)務(wù)方案面：從需求場景、原子能力、設(shè)備、產(chǎn)品的組合/封裝，輸出建設(shè)方案和成本估算。

· 商業(yè)模式面：依據(jù)報價要素、投資利潤要求，形成推薦報價組合。

5G 能力魔方的6 個面，在業(yè)務(wù)需求、原子能力、產(chǎn)品、方案、商業(yè)模式等層面實現(xiàn)標準化和模塊化，是下一步面對客戶定制化需求，在多維度空間上完成靈活組合的基礎(chǔ)。這個標準化和模塊化的過程，依賴大量的5G 標桿項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗，也是一個不斷發(fā)展、擴充、成長的持續(xù)迭代過程，因此要求5G 能力魔方的體系架構(gòu)具備足夠的開放性，建設(shè)與運營要形成良性循環(huán)。

1.2.2 云原生特性

5G 能力魔方系統(tǒng)從設(shè)計到研發(fā)都充分融合了云化、容器化的理念，展示層基于漸進式前端框架實現(xiàn)，組件服務(wù)層基于微服務(wù)SpringBoot 框架搭建，基于中國電信容器云服務(wù)引擎（Container Cloud Service Engine，CCSE）實現(xiàn)整個系統(tǒng)的負載均衡、注冊發(fā)現(xiàn)、彈性伸縮、限流熔斷、灰度發(fā)布，集成Server Mesh 服務(wù)網(wǎng)格及Pinpoint 調(diào)用鏈追蹤。5G 能力魔方已經(jīng)完成了基于天翼云的容器化部署。

1.3 5G 能力魔方關(guān)鍵流程和組合模式

在完成6 個維度上的需求、能力、功能原子化和標準化后，需要進一步貫通從業(yè)務(wù)需求到方案封裝、業(yè)務(wù)交付的全流程，并提供多種可選的貫通路徑，從而在六面的立體空間上，探索能力組合模式規(guī)范化、模板化，5G 能力魔方全流程貫通方案如圖3 所示，關(guān)鍵設(shè)計原則如下。

圖3 5G 能力魔方全流程貫通方案

· 各面的輸入和輸出基于量化模型落實可操作性，例如，量化細分行業(yè)可復(fù)制場景和典型需求、量化構(gòu)成的關(guān)鍵能力清單、量化設(shè)備清單、量化能力和設(shè)備的成本估算。

· 依托行業(yè)經(jīng)驗，設(shè)計覆蓋終端、號卡、無線、承載、核心網(wǎng)、邊緣的端到端網(wǎng)絡(luò)能力組合模板，實現(xiàn)同類場景下的能力快速組合，兼顧靈活性和標準化。

基于全流程貫通的框架，支持多種組合路徑，具體說明如下。

· 商機引導(dǎo)階段，貫通業(yè)務(wù)需求面和原子能力面，在線展示5G 助力企業(yè)完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型的能力、價值，加快商機轉(zhuǎn)化。

· 項目簽約階段，貫通六面，輸出建設(shè)方案和成本估算，輔助客戶和電信運營商完成成本估算和效益評估。

· 實施交付階段，基于原子能力面，向業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)和運營系統(tǒng)，同步項目所需號卡、網(wǎng)元的設(shè)備信息，實現(xiàn)自動化開通，提升業(yè)務(wù)運營效率。

以礦山行業(yè)某5G 定制網(wǎng)項目為例，該項目的采煤機遠控、無人機巡檢、傳煤帶煤質(zhì)識別等5G 應(yīng)用場景具有時延敏感性特征，并體現(xiàn)出差異化的網(wǎng)絡(luò)保障需求。通過應(yīng)用5G 能力魔方，對以上5G 應(yīng)用場景的業(yè)務(wù)需求進行模塊化解析，明確其帶寬、時延、可靠性、定位精度、數(shù)據(jù)不出園區(qū)等業(yè)務(wù)需求及網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能，進一步匹配服務(wù)質(zhì)量（quality of service，QoS）、上行增強、數(shù)據(jù)分流、定制數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)標識（data network name，DNN）、多接入邊緣計算（multi-access edge computing，MEC）等原子能力及產(chǎn)品，快速形成5G 定制網(wǎng)組網(wǎng)拓撲架構(gòu)及端到端解決方案，并結(jié)合商業(yè)模式提供項目報價建議。5G 能力魔方輸出的5G 定制網(wǎng)項目組網(wǎng)拓撲示意圖如圖4 所示。

圖4 5G 能力魔方輸出的5G 定制網(wǎng)項目組網(wǎng)拓撲示意圖

能力、產(chǎn)品、設(shè)備之間組合的最佳實踐，在5G 能力魔方中沉淀為細分行業(yè)的模板知識庫。面向細分行業(yè)同類項目，基于知識庫智能化地完成能力組合，同時開放基于模板的二次定制，從而兼顧成本、效率和質(zhì)量，達到“一人千面”的效果，5G 能力魔方也成為在線的5G 定制網(wǎng)智能專家。

2 5G 能力魔方的應(yīng)用創(chuàng)新

2.1 行業(yè)場景需求解析模型

5G 能力魔方創(chuàng)新性地構(gòu)建行業(yè)場景需求解析模型，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)需求的標準化和模塊化，這是跨越定制化的行業(yè)需求與標準化的能力供給之間鴻溝的關(guān)鍵。首先，基于大量的5G 標桿項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗，將差異化、定制化的業(yè)務(wù)需求逐步收斂、聚焦到終端設(shè)備層、接入網(wǎng)絡(luò)層；其次，在終端設(shè)備層提煉出設(shè)備類型、設(shè)備數(shù)量等關(guān)鍵參數(shù)，在接入網(wǎng)絡(luò)層提煉出覆蓋面積等關(guān)鍵參數(shù)，構(gòu)建了行業(yè)場景需求解析模型。

以鋼鐵、港口行業(yè)為例，從場景需求到宏基站原子能力的解析模型為：

該模型建立后，在鋼鐵、港口行業(yè)5G 定制網(wǎng)項目拓展中得到驗證，均能夠有效完成標準化能力估算。

5G 能力魔方是服務(wù)交付模式上的創(chuàng)新，基于需求、能力、功能的模塊化和標準化，通過組合能力體系快速輸出方案，低成本、規(guī)?；貪M足定制化業(yè)務(wù)需求。以某電子制造企業(yè)為例，針對客戶臨時提出的“用戶面下沉本地+專用室分+專用宏基站”的非標準組網(wǎng)需求，基于5G 能力魔方實時完成能力組合、封裝解決方案、估算建設(shè)成本，將原有2～3 日“收集需求、封裝方案、客戶確認”的工作周期縮短至即時交付，改變了電信運營商的方案交付模式。

5G 能力魔方是智能化技術(shù)在售前支撐工作的應(yīng)用，將前端的標桿案例、典型場景、報價模型與后端的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、自有能力、運營服務(wù)等以一體化方案的形式觸達一線業(yè)務(wù)拓展單元，同時會根據(jù)項目實戰(zhàn)過程中實時反饋的參數(shù)糾偏、能力要求等持續(xù)迭代。

2.2 存在的優(yōu)勢

5G 云化是5G 發(fā)展的主流趨勢之一，無論云服務(wù)提供商還是電信運營商，都在積極探索5G 云化的發(fā)展路徑。

2021 年7 月，AT&T 宣布將其5G 核心網(wǎng)遷移至微軟Azure for Operators 云端。微軟借此形成全球范圍的電信云基礎(chǔ)設(shè)施提供商，向市場推出電信級的Azure for Operator 解決方案，加上微軟其他通信領(lǐng)域的收購包括 Affirmed Networks 和Metaswitch Networks，微軟的服務(wù)范圍可媲美運營商。但是，微軟提供的連接服務(wù)是否能達到為客戶提供高安全高可靠通道、兼容多樣性的設(shè)備、滿足定制化需求等運營商級別的服務(wù)質(zhì)量，仍需要進一步驗證，微軟完成了5G 云化的初級探索。

2021 年12 月，AWS 宣布推出5G 專網(wǎng)解決方案AWS Private 5G。AWS Private 5G 是一個集成化的方案，在最短的時間內(nèi)可以快速搭建起一個簡單的5G 專網(wǎng)，可以自動設(shè)置和部署網(wǎng)絡(luò)，并按需根據(jù)額外設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)流量的增長擴容[20]。AWS Private 5G 在設(shè)計理念上與5G 能力魔方的相通之處是聚焦在降低方案設(shè)計和交付的難度、提升項目拓展效率、促進規(guī)模發(fā)展，但是二者也存在著發(fā)展路徑上的巨大差異，AWS Private 5G受限于頻譜資源、網(wǎng)絡(luò)連接的運營維護經(jīng)驗，只能基于AWS 龐大的互聯(lián)網(wǎng)客戶基數(shù)從中低端客戶的輕量化、基礎(chǔ)通用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求切入，無法將網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與企業(yè)生產(chǎn)流程緊密關(guān)聯(lián)起來，5G 建網(wǎng)模式雖然標準化了，但無法覆蓋企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，無法實現(xiàn)基于5G 促進跨界技術(shù)融合，無法發(fā)揮5G 引領(lǐng)作用帶動全行業(yè)技術(shù)進步。5G能力魔方有效地跨越了業(yè)務(wù)需求多樣性到解決方案快速交付之間的鴻溝，按細分場景完成需求模塊化、能力標準化，沉淀能力組合的模板，與屬地化的支撐力量形成聯(lián)動，與企業(yè)業(yè)務(wù)特性緊密相關(guān)，充分契合了國內(nèi)電信運營商屬地化的現(xiàn)狀，在推動企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、推動數(shù)字中國的建設(shè)中必將發(fā)揮更大的作用。

3 結(jié)束語

5G能力魔方已經(jīng)貫通了業(yè)務(wù)需求到解決方案，下階段將進一步貫通解決方案到交付運營，完成與5G 定制網(wǎng)運營管理平臺等業(yè)務(wù)受理和運營系統(tǒng)的對接，為5G 行業(yè)客戶提供由售前到交付的全流程自動化服務(wù)，進一步賦能5G 定制網(wǎng)的規(guī)模發(fā)展。

5G 能力魔方下階段也將重點提升智能化水平，將結(jié)合知識圖譜技術(shù)加快自身迭代步伐，實現(xiàn)基礎(chǔ)現(xiàn)有知識庫組合成圖數(shù)據(jù)庫，基于人工智能技術(shù)實現(xiàn)基于知識圖譜的智能推理，實現(xiàn)從場景需求到方案報價的知識體系的智能生成。