白皮书 2020-07 AlA5G 应用产业万 B5 5G Applications Industry Array 5G行业虚拟专网网络架构 5G行业虚拟专网 网络架构白皮书 目录 5G行业虚拟专网研究背景 P1 5G行业虚拟专网网络架构设计原则 P3 5G行业虚拟专网网络架构 P5 5G行业虚拟专网典型案例 P15 主要贡献单位 P28 5G行业虚拟专网 网络架构白皮书 5G行业虚拟专网研究背景 1.1 5G行业虚拟专网的定义与内涵 随着行业数字化变革席卷全球，包括制造业、交通、能源、医疗卫生、媒体、金融等在内的各 行各业都在积极探索其数字化转型道路，在数据采集、数据传输、数据应用三个方面寻求新技术的突 破。当前，蜂窝移动通信技术演进到5G时代，网络带宽、时延及可靠性、连接数等技术能力指标大幅提 升，面对行业领域供给侧技术的发展与需求的旺盛，5G将有效使能行业数字化建设，并逐渐成为热点。 在行业需求方面，行业企业已经在其内部利用以太网、Wi-Fi等网络技术开展多种生产、运营等 服务，因此在网络使用需求都呈现出与个人消费者需求的差异化，其在网络功能、性能、稳定性等方 面都提出了更高的要求，行业企业在引入5G时，需要通信服务企业根据业务及管理需求等方面做出适 配，如网络部署架构、网络性能要求等。 在行业5G网络建设及运营方面，行业企业希望利用本身的站址、网络传输等资源探索与运营商合 作构建5G网络的模式，在获得网络可管可控能力的前提下，进一步降低5G网络的使用成本，同时希望 5G网络的运营运维模式能与企业现有的网络及业务管理体系无缝融合，在获得5G网络运营权的同时降 低企业自身的网络及运营成本。 在行业5G应用构建方面，行业企业希望与运营商合作将5G平滑融入到现有业务系统中，最好做到 “即插即用”，对现有业务流程不做大的修改，从而实现现有业务提质增效，同时又期望能够与通信 服务企业合作探索新兴业务类型。 运营商在为行业提供上述5G网络服务时的网络建设模式主要有三种：1）“基于公网提供服务” （公网）； 2）“复用部分公网资源，并根据行业诉求将部分网络资源由行业用户独享”（混合组 网）；3）“采用行业专用频率为行业建立与公网完全物理隔离的行业专网”（专网）。其中模式1和 模式2通常通过5G公用网络为行业企业提供独占的5G虚拟网络资源，因此对此两种模式进行综合和增 强，本白皮书提出了5G行业虚拟专网的概念。5G行业虚拟专网就是指基于5G公网向行业用户提供的能 满足其业务及安全需求的高质量专用虚拟网络，是为行业用户提供差异化、可部分自主运营等网络服 务的核心载体。 1.2 5G行业虚拟专网对企业的价值 1 5G行业虚拟专网 网络架构白皮书 行业数字化转型的三要素是：数据采集、数据传输和数据应用，5G作为移动通信技术将在数据 传输环节发挥重要作用。相比以往的无线技术，5G同时在速率、时延、可靠性及连接数等关键连接能 力指标上都有断代式提升。这些技术能力的显著提升，将使得各行业基于5G技术的应用获得更高的能 力，创造以往无线技术无法实现的价值。 5G行业虚拟专网为行业客户提供定制化的网络及服务，对于企业来说具有以下的优势: • 成本优势：行业企业使用5G网络的成本包括网络设备成本、建设成本及网络运营运维成本、原 有系统改造成本四大部分：在5G网络设备成本方面，5G行业虚拟专网可以复用公网成熟的5G产业链， 该产业链通过运营商在消费者市场的规模建网构建，能够实现芯片、终端和网络设备的低成本化；在 5G网络建设方面，5G行业虚拟专网促使行业企业摆脱“一次性建网、一次性投入”的高成本模式，可 根据自身需求采用“以租代建”、“分步推进”、“共建共享”等多种网络建设模式，实现网络建设 的低成本化；在5G网络运维方面，行业企业可同运营商协作，在获得网络运营及运维的自主权的前提 下，摆脱复杂的5G网络设备运维等，实现多样化、简单化、自主化的5G网络使用和运维模式；在原 有系统改造成本方面，5G行业虚拟专网充分考虑与原有系统的融合，提供“即插即用”的网络部署能 力，对原有系统改动量小，减少融合改造成本。 • 安全优势：安全保障是行业引入5G的前提，5G行业虚拟专网可根据行业用户的安全需求，将终 端、网络、应用等多层次安全保障技术进行整合，在5G网络完备的安全基础之上，给企业提供定制化 的安全保障，同时由于5G行业虚拟专网基于运营商公网改进而来，可完全借鉴电信级大规模通信网络 安全运营经验，让行业/企业获得来自运营商的电信级安全保障服务。 • 网络性能优势：5G行业虚拟专网由公网衍生而来，运营商负责行业内5G网络的规划、建设、 维护和优化等工作，运营商同时作为5G公网及5G行业虚拟专网规划与优化的责任主体，可以有效减少 5G网络自干扰导致的业务性能下降问题。同时运营商在网络性能优化等方面有丰富的经验，可以根据 行业企业的业务类型（如数据采集、高清视频、AR/VR等）、业务分布、业务传输需求等优化5G网 络，能够保障行业业务稳定、可靠的传输。 因此，综合考虑成本、安全和网络性能保障等方面的优势，5G行业虚拟专网是服务行业的最优的 5G网络模式。本文将详细阐述5G行业虚拟专网的概念和内涵，主要包括5G行业虚拟专网具体的网络架 构设计原则、网络架构设计及部署方案，同时介绍若干基于5G行业虚拟专网的应用案例，为行业企业 引入5G提供参考。 2 5G行业虚拟专网 网络架构白皮书 5G行业虚拟专网网络架构设计原则 2.1 5G行业虚拟专网典型行业业务及网络需求 在国家5G新基建政策的大力推动下，5G行业虚拟专网逐渐成为各行业领域关注的焦点。本文针对 不同的行业应用和场景，对行业虚拟专网在网络功能、性能以及部署等方面的要求进行梳理，从而保 障5G行业虚拟专网全方位满足各行业需求： • 降成本需求：随着行业信息化程度不断提高，满足网络互联需求的通信网络成本越来越高。 通信网络成本包括网络设备成本、网络建设成本、网络运营运维成本（包括流量资费成本、网络维护 成本）以及原有网络的改造成本（硬件和软件）等。考虑到行业业务对网络升级的需求，通信网络系 统需保障兼容性和扩展性，这也直接提高了网络的整体成本。因此，这就要求5G行业虚拟专网支持灵 活、差异化的部署策略，充分利用或者复用运营商的公网网络，通过网络共建共维、通信资源共享、 业务本地化处理以及运营商的规模性效益等能力，有效降低行业客户的通信网络成本。 • 多样性业务需求：各行业不同业务对于网络的需求不同，视频、VR等相关业务要求高吞吐 量，自动驾驶要求网络超低的传输时延和极高的可靠性，监控、诊断等业务需要网络具备海量接入能 力。同时为了保障行业应用的业务连续性，网络覆盖能力、确定性时延以及灵活的业务部署等需满足 更高的性能要求。因此，5G行业虚拟专网需满足多样化的业务需求。 • 高安全需求：行业数据安全在企业运营中起到举足轻重的地位，某些机密性和安全性要求较高 的核心业务要求数据不出园区，这给网络提出了强隔离以及本地化部署的需求。5G行业虚拟专网一方 面需要为行业用户提供可靠的通信设备和完善的安全保障机制，在承载行业用户的核心业务数据的基 础上，也可以承载公网业务数据，行业用户的核心业务数据在传输过程中与其它业务数据实现逻辑严格 隔离，完成数据的本地化处理，以此保证核心业务数据不出园区。另一方面为了保证业务安全可靠的正 常运行，5G行业虚拟专网需提供完备的鉴别服务、访问控制服务、数据保密服务、数据完整性服务、可 审查性服务以及高可靠的通信设施，全方位保障行业客户的网络、数据以及应用等方面安全可靠。 • 融合需求：行业应用的多样性导致各类应用场景对于网络的需求也不完全相同，现有的共存网 络类型包括4G、窄带物联网(NB-IoT)、Wi-Fi、现场总线、以太网等多种网络，为了更合理的规划使 3 5G行业虚拟专网 网络架构白皮书 用网络并有效利用各种网络的优势，5G行业虚拟专网需要充分考虑与现有网络的融合，构建与现有系 统（如：制造企业生产过程执行管理系统(MES)、数据采集与监视控制系统(SCADA)、企业资源计划 (ERP)等）互联互通并深度融合的异构网络架构。因此，行业用户可根据不同的业务需求，选择不同的 融合网络类型，并支持与现有用户企业私有云和共有云等云端服务的融合部署。 • 自运维需求：虽然5G行业虚拟专网可以向行业用户提供专网级别的服务，但从行业用户角度来 看仍需要拥有简单而必要的自运营和自运维能力，满足网络资源灵活配置、自主网络运营、业务变更 调整等需求，主要包括三方面：1）可管理能力，即：5G行业虚拟专网需要开放必要的网络监控和管 理接口，实现用户的自配置和自管理，如：告警、巡检、诊断、维护（远程/多地）、升级等；2）可 扩展能力，即：5G行业虚拟专网需要开放必要配置接口，支持用户的自调整，用户可以根据自身需求 的改变，在一定条件下动态调整网络，如：用户新建、删除、用户权限变更、业务变更、网络微扩容 等；3）交叉运维能力，即：当行业用户缺乏5G通信设备维护能力时，支持运营商与行业用户共同运 维，只要运营商通过用户的安防申请，就可以完成相关网络的运维工作。 2.2 5G行业虚拟专网网络架构设计原则 根据行业对网络建设及业务承载方面的需求，5G行业虚拟专网网络架构设计需要遵从以下网络设 计原则： • 通信网络成本降低原则：设计5G行业虚拟专网网络架构需要充分考虑复用现有运营商5G网络资 源和产业链，实现网络、设备、终端等资源同时为消费者及行业用户提供服务，降低通信网络成本。 • 多域多类业务承载原则：设计5G行业虚拟专网网络架构需要考虑同时覆盖行业用户的广域和局 域业务，并保障广域业务连续性和局域业务的本地疏导。通过网络切片，边缘计算等方式为不同类型 业务配置相应的网络服务体系，提供不同的服务等级协议(SLA)保障，实现多类业务同时按需承载。 • 数据安全保障原则：设计5G行业虚拟专网网络架构需考虑数据安全保障，一方面，通过用户面 功能(UPF)等网络分流手段和切片安全隔离等措施来保障公网业务和行业业务、行业不同业务之间安全 隔离传输，同时满足企业核心业务本地化部署的需求，保障企业核心业务数据不出园区；另一方面， 5G行业虚拟专网需将本身网络的认证鉴权、数据加密、数据完整性等安全手段与行业业务安全融合， 形成统一的数据安全保障措施。 4 5G行业虚拟专网 网络架构白皮书 • 与现有系统深度融合原则：设计5G行业虚拟专网网络架构时需要在保证数据安全前提下和园区现 有信息网、控制网充分融合，打通园区全域数据，和企业互联网深度结合，满足企业互联网转型需求。 •