运营商应如何发力5G行业虚拟专网

作者:吕萌 责任编辑:吕萌 2020.07.31 16:12 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)近年来,全球数字经济蓬勃发展,数字经济对GDP的整体带动作用日益凸显。2018年,47个国家的数字经济总规模超过30.2万亿美元,占GDP比重高达40.3%。同时,行业数字化转型升级成为各国战略布局的关键。美国、英国、德国、欧盟、日本等多个国家和地区,纷纷加大支持力度,通过出台战略规划、成立产业联盟、实施产业项目等方式,大力推进产业数字化的变革。

2019年底,第三方机构对372家企业调查问卷结果显示,其中17%的公司考虑或已经转移产业链至中国外面。在“5G智汇堂”第1期中,工信部信息通信发展司司长闻库指出,在此大背景下,我国面临着发达国家高端产业回流、低端产业向第三世界搬移等多重挑战,加速各行业数字化、网络化、智能化的转型,提升我国各类产品的全球竞争力,更显迫切。

5G赋能产业数字化转型升级,带动经济发展

习近平总书记高度重视数字经济的发展,多次作出重要的战略部署,指出要做大做强数字经济,建设数字中国和智慧社会。2020年4月15日,习近平总书记在浙江考察时再次指出,要抓紧布局数字经济等战略新兴产业,未来产业大力推进科技创新,着力壮大新增长点,形成发展新动能。

在各方共同努力下,我国数字经济量质齐飞。2019年我国数字经济增加值规模达到35.8万亿元,占GDP比重达到36.2%,占比同比提升1.4个百分点。按照可比口径计算,2019年我国数字经济名义增长15.6%,高于同期GDP名义增速约7.85个百分点。2019年数字产业化增加值达7.1万亿元,占GDP比重7.2%,产业数字化增加值达28.8万亿元,占GDP比重为29%。由此可见,数字经济对于我国GDP增长起到了至关重要的作用。

5G使能数字经济,5G与4G相比,具有更高速率、更低时延、更广覆盖的特点。5G峰值速率10倍于4G,传输时延仅毫秒,连接能力达到万级。5G最重要的突破是将人与人之间的通信拓展到人与物、物与物之间的通信,开启了万物互联的时代。5G主要有三大应用场景,一是增强移动宽带场景,5G用户体验速率最高可达1Gbit/s,是4G的10倍,能够满足超高视频浸入式游戏、虚拟现实、增强现实等新兴业务需求,可以为移动互联网用户提供更加极致的应用体验。二是超高可靠、低时延通信场景,5G空口时延低至1ms,可以满足工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业的应用需求。三是海量机器类的通信场景,5G每平方公里的连接数可达100万,在同等频谱资源条件下,5G的连接数是4G的50倍,可以满足智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。

5G的技术特点和应用场景使其成为数字经济发展的重要引擎。根据中国信息通信研究院测算,预计2020~2025年5G将拉动中国数字经济增长15.2万亿元,其中5G带动的信息产业增加值部分预计增长3.3万亿元。5G技术对其他产业贡献部分预计增长11.9万亿元。从数据可以看出,5G与行业融合将成为未来数字经济发展的主战场。

5G是行业数字化的神经中枢,有两大变革特性

根据IHS预测,到2035年由5G推动的跨行业潜在全球销售额将达到11.6万亿美元。从垂直行业来看,5G带动经济产出最大的行业是制造业,达到4.7万亿美元,在总产出的占比为5.4%。5G已与制造、批发零售、公共服务等多个行业发生了化学效应,5G将极大的带动原有产业的数字化转型升级,从而提升原有产业的经济产出。

闻库表示:“5G本身可以看作是行业数字化的神经中枢,起到了信息上传下达的作用。”其中,人工智能、大数据负责数据的存储、处理和智能化的决策,是行业的大脑,而传感器等新型装备就像五官,是行业的感知和执行器官,大脑和感知器官的联系依靠神经系统。如果没有了神经系统的传递信息,感知器官获得的信息就无法传递到大脑。5G给行业构建这条高可靠、低时延的信息传输的神经中枢,依靠构建神经线的连接能力,5G将给传统行业带来更大的活力。

从构建新型基础设施的角度来看,5G作为支撑垂直行业数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施,与工业应用人工智能、大数据、云计算一起构建了各行业的信息通信基础设施与传统的电力基础设施、交通基础设施等传统设施结合之后,共同支撑了行业的数字化转型升级。从推动各行业变革的角度来看,5G与行业结合之后,将催生新的需求,孕育新的产品和新的服务,创建新业态和新模式,最终形成行业数字化转型新生态。

闻库指出:“关于变革特性,可以从两点来看。”一是5G行业生态产生的变革。传统的工业体系是工业软件公共传感、工业网络、现场装备和工业信息安全五大部分组成。当5G和产业融合之后,整个产业环节都会向着数字化和智能化的方向发展。原有的装备产业向智能装备产业发展,原有以有线为主的工业网络也会因为武器的进入产生了较大的变革,许多设备和控制都向云方向发展。二是5G行业企业的运营模式也会产生较大的影响。5G将推动制造企业向着孵化企业转型,将原有卖产品这一单一商业化模式变成以租代售,构建服务生态圈等多种商业服务模式。这一转变不但使得企业间能够实现更加密切的供需对接,而且还使得企业的商业经营模式更加多元化。

5G与行业融合分两个阶段,5G行业虚拟专网应运而生

根据目前的研究成果来看,5G与行业的融合分为两个阶段,一实现企业信息化提升及产业协同,推动企业上服务化转型。二是实现企业IT和OT的深度融合,促进网络扁平化升级和企业数字化、智能化转型。

闻库表示:“任何一个行业对于新生事物的接受都是从非核心业务慢慢开始的。”在不影响核心生产的前提下,5G能够实现企业供需对接,供应链协同方面的信息实时共享,使得企业能够更好的适应市场化的变化并从中获益。在此基础上,企业内部进行相应变革,借助5G实现产线的柔性化和智能化,从而使得企业开展第二阶段的演变。在融合的过程中,为使得企业尽快的获得5G的红利,5G行业虚拟专网应运而生。

对806家国际行业企业的调研数据显示,在未来1~2年内,一半以上的企业希望使用5G,其中航空航天与国防、半导体、高科技制造、机场、港口与铁路、医药和生命科学等行业应用5G的意向超过了70%。虽然多数行业企业希望用5G,但5G在落地过程当中还存在一些问题。

第一,5G网络需要能够承载多域多类的业务。多域是指的是包含广域业务和园区内的局域业务,不仅要覆盖工业园区内的业务,也要能够覆盖工业园区外的广域业务。比如园区内、园区间的物流和供应链的协同等等,多类指的是不同类型的业务,如大带宽的高清晰的视频检测、低时延的机器人的控制、大连接的设备信息采集,不同业务对网络性能要求的不同,要求5G网络要能够同时满足多类业务的传输需求。

第二,5G要能够实现分域隔离的数据保障,提高同一地区5G网络的利用率,降低5G网络的使用成本。5G在为公众提供服务的同时,也要为行业提供服务。那么公网业务和企业业务也要能够安全隔离,实现双方互不混淆。此外,一般行业企业有信息领域(IT领域)和生产控制领域(OT领域)。生产控制域的业务主要在园内进行,涉及企业核心的业务较多,因此对安全保障的要求也较高,如核心业务不出园区。信息域的业务,包括园区内的信息传递和园区外的信息交互,相对于生产业务,其安全级别相对较低。5G网络要能够满足IT和OT的安全隔离要求,将两种不同的业务独立的安全传输。

第三,5G网络需要独享,并且建设成本足够低。由于5G承载了行业企业的核心业务,行业企业希望独享5G网络以保障其生产业务要求。独享网络一方面可以有效的保障业务数据的安全性,园区业务数据被非法截留的几率就大幅度降低;另一方面可以有效的保障业务的正常运转。网络承载均为园区业务,网络拥塞及数据包的丢包的概率将会大幅度降低。另外虽然5G网络好,但是如果建设和使用成本过高,投入成本明显超过预期收益,那么企业也不会使用费用高昂的5G网络。

第三,行业企业要能够简单自主的运维5G网络,行业企业希望对部署在自己企业内部的网络有一定的运营管理权限。一方面根据自己的业务需求对厂区的5G网络进行随时的调整;另一方面能够实现查看网络的运行质量、运行效果,以及在网上运行终端的运行状态,在网络突发一些异常,或者设备无法正常运转的时候,也可以第一时间对网络作出反应,及时调整生产策略,最大限度的保障生产的连续性。

现有5G ToC网络不完全适用于行业企业可从四方面进行改进

但是目前5G的网络运维过于复杂,对于行业企业中非专业的5G网络运营人员来说操作难度较大,需要运营企业将复杂的网络运维过程进行屏蔽,满足企业用户对企业网络简单的运维要求。闻库指出,现有的5G ToC网络并不能完全适用于行业企业,行业对5G网络提出了四大需求。

一方面现有的5G ToC网络是基于消费者服务而进行网络规划设计的,考虑园区5G网络如何构建并不充分,保障企业业务传输等相关问题也不全面。另一方面,现有的5G ToC网络统一在维护中心进行管理,所有的用户数据都需要传送到运营商的核心网,然后由核心网分发处理,未考虑到园区业务不能出园区的安全考虑和业务要分域的管理等问题。此外,ToC网络属于运营企业,行业用户暂时没有自主的运营维护的管理权限,因此需要对运营企业的ToC网络进行优化完善改进。

同时,闻库提出了四个方面的改进,一是网络部署考虑园区覆盖,实现行业核心业务数据不出园区;二是园区的公网和行业业务的同时承载,为消费者和行业的应用同时提供服务,并实现两种服务安全隔离;三是核心网轻量化,让企业可以用便宜的价格建设自己的5G网络;四是提供对外平台,行业客户能够自行简单便捷管理园区的网络。当对ToC的5G网络优化完成后,就形成了5G的行业虚拟专网。

5G的行业虚拟专网是基于5G公网向行业用户提供能满足其业务及安全需求的高质量的专用虚拟专网,是为行业用户提供定制化的可部分自主运营的网络服务的核心载体。首先,5G行业虚拟专网考虑了园区的网络部署,同时考虑各种业务不同的隔离安全要求,园区业务和公网业务可以各行其道、不干扰。同时为了方便行业用户能够简单地管理自己的5G网络,虚拟专网还设计了对外服务平台,运营企业将复杂的网络运营维护在后端做了屏蔽处理,只留下了简单的运营维护界面。企业可以一键运营维护自己的网络。此外,虚拟专网将网络进行了轻量化,用户可以用相对较低的价格就能够享受到5G的服务。

5G行业虚拟专网三大块研究内容

未来,5G行业虚拟专网有三大块研究内容。一是5G行业虚拟专网络架构研究,二是对外服务能力的平台研究,三是轻量级的核心网。

5G与局域网的融合研究,其中网络架构主要解决企业5G网络的部署问题以及同时为公众和企业提供服务的问题,给企业提供一个网络的菜单,用户可以根据自己的业务和安全要求进行点菜,运营企业根据要求部署5G网络对外服务能力平台,主要解决企业如何观察和管理自己的5G网络的问题,给用户提供一个监测的窗口。

用户可以根据窗口来观察5G网络。如果对当前的5G网络不满意,可以随时通过窗口进行调整。轻量级的核心网,5G与局域网的融合,主要实现企业低成本建设和自主运营5G网络,以及解决5G网络和企业原有的系统融合的问题。用户可以将5G网络当做一个插件,实现与原有系统的即插即用。

网络架构可以告诉企业如何部署5G网络,建成后会具备哪些能力。运营企业基于这些架构,向企业提供一个网络部署的菜单。企业按需点菜即可。网络架构包括广域和园区两种架构。园区网络架构通过5G网络部署在企业内部园区业务的数据留在本地即可实现采集、传输、处理分发接收等整个传输过程,由此可以解决行业业务不出园区的问题。同时通过分流方案来同时承载公网和企业业务,由此解决了公网业务和园区业务安全隔离的问题。

此外,这一特性能够拓展5G公共服务区域,尤其是对于偏远地区的企业,比如油田、港口一般都处于人烟稀少的地区,之前3G、4G网络覆盖不太好,行业虚拟专网可以弥补这些问题。

对外能力服务平台将复杂的5G网络完全屏蔽掉,行业用户不需要懂得5G网络复杂的参数配置和网络配置的含义,只需要通过简单统一的界面就可以完成网络运行维护。企业凭借着界面或者接口的调用,就能够享受到5G网络配置的权利,并享受到调整5G的能力的权利。

企业用户可以通过平台监测网络运行状态。除此之外,企业用户也可以根据业务规模的增减情况,自行管理终端的接入,自行开卡,甚至可以基于平台开发新的业务。如客户的信息统计,计费信息收集等等。

闻库指出,目前5G网络是面向消费市场设计的,设备比较复杂,功能非常全,价格也比较贵。一个企业业务的网元最小的容量为150万用户,价格是大约是几十万。对一般的规模的企业而言,有1000个用户容量的终端的就可以满足企业的需求。这种配置的装备的市场的价格通常在几万元左右,完全可以在企业的承受范围之内。因此针对行业需求进行轻量化的改造,是十分必要的。

聚焦行业应用场景,避免大而全,要追求小而精,同时也能够满足行业差异化的需要,探索功能定制的增量的5G核心网是后续重点研究的内容。

国家政策和产业双重驱动5G行业虚拟专网发展

目前,5G虚拟专网探索已小有成果。中国电信将5G基站和边缘计算设备部署到美的工厂,借助部署行业虚拟专网,佛山美的预计未来两三年实现生产效率提升10%,质量水平提升30%,利润增长三个亿。在中国联通与湛江钢铁案例中,联通通过无线侧通过频率隔离方式,实现了公网和企业业务的安全隔离。通过5G网络,湛江钢铁车辆自动化率可提升99%,每年可节省设备通信费用400多万,每天可减少员工工作时间约一小时。

5G行业虚拟专网有种种优势,但如何推动武器行业虚拟专网的融合落地还需要探索。5G行业虚拟专网最终要实现5G网络低成本、高价值下沉到行业企业,实现5G网络用得起、用的好、用的方便和用的安全。

闻库表示:“5G行业虚拟专网融合落地工作整体遵循三步走的推动策略。第一步,加强政策引导,促进产业共识。第二步,鼓励跨界研究,解决技术及产业难题。第三步,建立试点示范,形成应用推广的样板。”

政策支持方面,2020年工信部发布了关于推动5G加快发展的通知中,明确提出了组织开展5G行业虚拟专网的研究和试点,打通标准技术应用、部署等关键环节。

技术研究方面,5G应用产业方阵作为全国性的5G应用研究组织,在2020年初成立了5G行业虚拟专网研究项目组,与来自IT、OT的近20家企业联合开展研究,全面推进5G行业专网的技术研究、标准制定、实际部署。在2019年,中国信息通信研究院作为牵头单位,已经开始了初期的探索工作,并在2019年中国国际信息通信展览会上发布了面向行业的5G网络框架白皮书。2020年,5G应用产业方阵制定了相关的计划,预计7月对外发布5G行业虚拟专网的白皮书,对虚拟专网的定义、网络架构等内容进规定。工作组计划8月完成总体技术要求等标准制定工作。9月计划开展轻量级UPF的标准起草工作,完成对外服务能力的平台标准化,以及虚拟专网络架构的现场验证工作。10月计划完成5G融合网关技术以及武器对外服务能力的平台关键技术测试工作。12月份计划开展面向行业5G与局域,5G与局域网的融合总体要求,研究并完成轻量级的UPF标准的设备研发。

试点示范方面,发改委和工信部联合组织实施5G行业虚拟专网项目,支持企业在数据本地化、用户管理、网络监控、自主化等重点方面开展研究和试点,探索建设满足5G行业应用的网络架构和部署方案,形成可复制、可推广模式,加快5G行业应用落地。

随着商用全面开展,5G与行业的融合在持续加速和深化。产业界需积极推动5G与行业融合发展,构筑促进行业转型发展的快车道。


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