5G ToB行业专网规划设计方法研究

1 引言

5G引入的网元虚拟化、架构开放化、编排智能化等发展方向，为5G行业专网服务能力的灵活化和定制化提供了有力的技术保障。ToC网络设计方法已经非常成熟，ToB行业的应用场景差异较大，不同业务差异化SLA模型参数配置准确性要求高，服务需求要素呈现多样化和定制化的要求，包括ToB行业业务场景、服务指标和商业模式的多样化要求，以及速率、时延、可靠性、隔离、安全等的定制化要求，均显著地影响网络规划建设目标，ToC的网规方法论无法匹配ToB业务需求，网络规划需解决端到端资源灵活布局、端到端网络能力按需配置的问题，非常有必要提出ToB行业专网规划设计方法。

2 ToB行业典型业务场景需求分析

截止2023年9月底，5G行业虚拟专网超2万个。5G应用已广泛融入97个国民经济大类中的67个，对各行各业5G赋能作用日益深入。工业、电力、矿山、医疗、文旅、港口、智慧城市仍然是5G应用的主要行业，同时5G在海洋、低空、中药等行业的应用已有探索。

（1） 5G智慧港口，应用主要包含岸桥远控、龙门吊远控、智能理货、智能集卡和视频监控等。5G、人工智能、大数据、物联网、自动驾驶的成熟为港口自动化提供了新的动力。集装箱码头越来越多地使用更高水平的自动化来提高生产率和效率并确保竞争优势。

（2） 5G智能电网，5G网络可发挥其超高带宽、超低时延、超大规模连接的优势，承载垂直行业更多样化的业务需求，尤其是其网络切片、边缘分流特性的应用，将为电力行业用户打造定制化的行业专网服务。

（3） 5G智慧矿山，以5G通信为基础，融合大数据、边缘计算、云计算、工业互联网等新一代技术完成国内煤炭生产智能化改造建设。例如露天煤矿包括有电铲采掘作业和矿卡运输作业，需要5G网络承载电铲远控、矿卡无人驾驶（含视频回传）、辅助设备数据采集、无人机预警，视频AI监控等业务需求。

（4） 5G智慧钢铁，通过5G技术以实现钢铁生产的无人化、少人化，降低钢铁企业人工成本，提高作业效率。例如基于5G技术的车间-人员作业视频AI检查应用可以实现生产现场作业管理数字化；5G行车-PLC控制应用将需要工人作业的业务实现全自动作业。

（5） 5G智能制造，基于业务网络需求分析和5G CT技术，将工厂的IT应用和OT应用整合，实现5G在制造业的细分场景应用，打造5G+云+AI+大数据+安全的生态圈，助力工业企业数字化转型。

3 面向ToB行业应用的5G技术特点分析

ToB行业专网面向不同的需求场景，应提供5G多种网络能力，选择满足不同业务场景指标性能要求的技术方案，提供端到端的业务保障能力，以满足差异化的行业需求。5G能够提供在网络组织和性能方面的差异化能力，如表1所示。

表1业务能力需求与网络技术能力对应

4 ToB行业专网规划设计方法

ToB行业专网规划设计可分为三大步，基础资源收集分析、总体规划设计、专项规划设计。

4.1基础资源收集

行业基础资源收集是建设TOB网络的基础，为5G网络和行业现有网络对接提供有效输入，对满足业务上线和正常运行至关重要。行业基础资源收集包括项目背景和业务需求，其中需求包括行业计划承载在5G网络上的业务场景、业务类型、业务规模、业务分布，行业APP的情况摸底等。

4.1.1 项目背景

了解调研行业的痛点、难点，解读行业政策、行标和国标对行业的要求。通过分析行业痛点，解决行业需求，共同探索商业模式，推动5G 与行业同步发展。

了解客户高层愿景，即业务预期及中远期规划，以便在业务建模时适当超前，满足行业客户的长远规划。了解客户一线职工的诉求，一线职工遇到的业务痛点以及业务SLA要求，具体包括业务配置要求、业务分布、终端形态等。实地考察设备的数量，数据采集方式，设备分布及对网络的要求，明确业务场景及数量、业务场景分布、以及业务隔离需求、业务可靠性要求等。

4.1.2 业务需求分析

在业务需求和背景调研的基础上，同时综合考虑业务对生产效率、精度、安全、经济性的要求并结合项目案例，将业务需求最小化，将多个业务需求汇聚为总的5G网络需求；将5G网络需求映射为对带宽、时延、可靠性、移动性、定位等方面的指标。

4.2总体规划设计

结合调研的的业务类型、流程、设备组网、指标要求以及业务应用说明，分析出差异化组网的关键性能指标；结合行业环境地貌等进行覆盖速率仿真、科学的无线站点规划、终端点位勘测设计、无线网络参数设计、场景化的无线侧切片规划、业务混合专网规划，输出确定性网络SLA的专网精准网络规划和设计。

4.2.1 系统功能设计

行业客户基于不同的应用场景，业务需求众多且差异巨大，将客户需求与典型场景对应的产品进行对比分析，主要包括带宽、时延、可靠性、移动性、定位、边缘计算、业务质量保障、业务隔离和安全、接入控制和能力开放等，将需求转化为网络配置的模板，形成ToB网络能力设计的精准匹配。

4.2.2 整体功能设计

5G业务场景主要围绕5G无线网络、传输、核心网（本地MEC部署）、终端等，确定哪些业务上5G网络，5G与行业网络如何互联，终端与5G如何互联，结合组网的关键设计要点输出整个网络的组网架构。

4.3 专项规划设计

4.3.1 无线网设计

（1） 基础组网设计

由于ToB业务大部分以上行业务为主，瓶颈在上行，故容量覆盖设计重点考虑上行。网络覆盖设计先按覆盖目标来设计基本的网络；再基于容量诉求以及低时延高可靠等应用进行网络叠加设计。同时，需要考虑室内外协同规划组网。最后进行仿真验证，输出规划方案。

（2） 覆盖规划设计

覆盖设计主要包括两部分，首先是进行覆盖目标规划，该部分主要是规划网络的上行边缘速率和边缘覆盖电平，其次是网络覆盖估算，主要是基于单站的覆盖半径和面积，给出覆盖估算的站点规模。

1) 覆盖目标规划

确定设备选型，获取基本的覆盖电平与速率基线；将业务转换为大上行业务，以上行速率最大的业务为边缘速率规划目标；对于大上行业务与低时延高可靠业务，取上行速率最大的业务，其对应的边缘电平作为边缘覆盖电平。

2) 网络覆盖估算

确定所选基站的参数；结合覆盖目标，输出小区覆盖半径，计算单站覆盖面积；估算站点数量；室内场景主要基于保证小区上行边缘速率和边缘覆盖电平，计算得到pRRU间距，并结合容量规划取最小值。

（3） 容量设计

统计网络总体容量诉求，确定小区容量口径；按容量估算站点规模和需要的小区数量；比较容量估算的站点规模和网络覆盖估算的站点规模，取最大值；容量规划需避免CPE上行速率超过小区容量；异频组网情况下，需分开计算容量站点规模和覆盖估算的站点规模。

（4） 异频组网原则

当前ToB行业存在大上行与低时延业务，同时周围也存在较多的ToC业务，为更好保证ToB业务的可靠性与稳定性，可引入异频组网或网络切片的方式，对需要使用的多个频率做规划。以下3种场景，应引入异频或切片做差异化组网，其他场景建议采用单频组网。

场景一：要求较高的时延类业务

在混合场景中，为保障ToB核心业务的安全性与稳定性，建议将其与打底网络异频部署。在ToB核心业务中，建议将时延可靠性要求较高的核心业务与其他核心业务使用异频覆盖，尽可能减少同频干扰对时延可靠性的影响。

场景二：要求较高的网络容量场景

在ToB业务场景内，个别区域对上行回传速率要求很高，原规划站点无法满足要求，此时应考虑引入异频补热，增加网络容量来满足业务需求。

场景三： ToB和ToC业务的混合场景

混合场景下应优先考虑频谱资源向ToB倾斜，避免ToB业务的资源被占用，引入异频组网或采用网络切片方式做隔离。同时考虑与大网部署对齐，推荐使用大网的频段承载场景ToC业务作为打底网，引入异频承载ToB业务。

4.3.2 核心网设计

基于运营商5G网络架构，实现ToC公网、ToB专网业务的物理或逻辑隔离，为行业用户提供5G专网的多种服务模式。

（1） UPF部署和高可用方案

面向行业统一规划5G SA行业专网切片，可根据行业特点和业务模式，为行业用户提供灵活可定制的用户面网元部署方案，通过用户面下沉园区实现业务流量本地汇聚和数据分流。用户面下沉作为实现5G边缘计算的前置条件，为行业提供了丰富、高效的网络使能，边缘计算通过在靠近数据源或用户的地方提供计算、存储等基础设施，基于IT架构和云计算的能力为边缘应用提供运行在移动网络边缘的、运行特定任务的云服务。

私域专网和本地专网有四种部署方式，如图1所示，按照行业具体需求对应选择方案。

方案一： N3接口本地网络承载，复用公网ToB AMF、SMF、ToB UDM，N1、N2、N4、N6、N11接口通过承载网/专线与大区互联。

方案二：本地UDM仅提供应急逃生服务，保证与公网连接中断时，网络惯性运行和应急接入。

方案三： N1、N2、N3、N4、N6、N11接口本地网络承载，UDM复用公网ToB UDM，N8、N10接口通过承载网/专线与大区互联。

方案四： N1、N2、N3、N4、N6、N8、N10、N11接口全部由本地网络承载，与公网无连接关系。

（2） MEC灾备

当前5G ToB已逐渐深入到行业的核心生产运营活动，钢铁、矿山、石化等特殊行业，需要考虑双站点容灾部署方案，推荐在园区同时部署两套入驻MEC设备，实现同级容灾能力。双套高可用边缘网关，负荷分担，保障站点可靠性。

4.3.3 传输承载网设计

（1） 传输承载部署总原则

传输承载网部署策略需要综合考虑行业园区和园区5G基站的规划情况以及用户发展需求，统筹规划端到端的传输承载专网建设。

无线侧BBU与接入承载设备对接，可根据用户的需求，存在ToB/ToC混合或者局部热点区域以及各类型业务安全隔离，承载网需要部署切片，保障ToB业务如自动驾驶、远程控制类等高优先级保障。

（2） 承载网络业务隔离和SLA

BBU针对不同类型的业务进行相应的封装，使用不同的VLAN把数据发到SPN/IPRAN网络。SPN/IPRAN与BBU/MEC之间采用VLAN子接口的方式进行业务隔离，在SPN/IPRAN上通过Port+VLAN的方式进行业务映射，不同的业务映射进不同的承载网硬切片+VPN组合，采用不同硬切片+VPN组合的方式分别承载行业的N2、N3、N4、N6/N9业务流量，通过硬切片和HQoS来实现行业业务的隔离和SLA保障。

4.3.4 安全设计

（1） 设计原则

项目整体网络安全需求分析、安全方案设计确保符合国家《网络安全法》、行业的系统安全、网络安全、信息安全等相关制度要求；

（2） 安全设计范围

随着5G专网在各行各业中的应用，行业通过5G接入的终端及其服务端业务面临诸多变化，行业期望运营商开放其关注的安全功能和数据，以支撑其如下安全诉求：

Ø 接入终端安全：行业自主管理终端接入时的安全；通过对终端的多重访问控制、检测、处置能力，消减终端接入、运行给行业和运营商带来的安全风险；

Ø 数据不出园区：确保数据不出园可控、可管、可视。

Ø 通信网络安全：通过三面隔离、切片、加密等方案，构建安全通信网络，确保数据传输安全，消除通信网络上对行业和运营商的安全风险。

Ø MEC安全：通过MEC边界防护，App安全，生产数据不出园等方案，消除MEC安全给行业和运营商带来的安全风险。

Ø 边界安全：通过使用园区网与大网、行业内网的边界安全防护，消减跨网、跨域安全攻击风险。

Ø 安全管理：通过5G专网态势感知能力，满足行业专网安全可视化、终端行为可审计溯源，满足行业专网安全可视化诉求。

4.3.5 端到端设计

（1） 端到端多技术部署，降低时延

大部分远程控制，电力的差动保护，远程驾驶等集中在15-30ms的需求；降低时延常用的三个手段如下：

Ø 核心网：为了降低时延，一般采用UPF下沉。

Ø 传输网：传输引入时延主要取决于传输的跳数和传输光纤的长度。所以需要精简传输节点，同时缩短传输光纤的长度。必要时可以启用FlexE功能以避免业务之间的流量冲击。

Ø 接入网：当前时延的瓶颈主要在接入网侧，针对不同的时延目标，采用不同的空口优化（预调度，高优先级保障）。

（2） 切片规划原则

根据差异化业务需求，划分5QI与网络切片ID，整体原则如下：

无线网络切片：根据不同业务重要性、隔离度、业务SLA、组网可靠性、物理互通等需求，梳理切片对于网络侧的资源、配置等需求。设计切片方案，实现逻辑或者物理隔离，同时具备对于不同业务的切片进行资产编排的能力，使能自动化开通的能力。

承载网切片：承载网需要根据业务需求输出回传网络切片规划，包含VPN及各分片带宽规划。

核心网切片：梳理不同业务对网络的需求，包括上行、下行、时延、可靠性、定位、移动性、业务隔离、数据不出园区、能力开放等；

多业务混合的端到端5G网络切片：统筹各业务场景切片之间的资源划分、安全与隔离、可靠性进行综合规划。

5 结束语

5G-Advanced不断强化5G网络能力，国家政策不断助力，5G ToB应用已在信息消费领域、实体经济领域、民生服务领域等蓬勃发展，践行5G的社会价值和商业价值。信息技术赋能经济数字化转型，与行业核心业务深度融合，逐渐由生产监测、远程服务等基础环节向数字化研发、精准控制等关键延伸；5G网络覆盖广度、深度不断延展，包括天地一体、低空安防、车联网等，持续牵引无线网络能力提升，为经济社会高质量发展注入新动能。