李 静
（中国铁塔股份有限公司 云南省分公司，云南 昆明 650228）
1.1 5G 专网
5G 专网指通过5G 网络的组网、切片、边缘计算等技术，为用户提供具有专属覆盖、网络定制、数据隔离、质量保障且能够实现大带宽、低时延、广互联以及高安全性数据传输的一种连接网络，能够在生产、办公、管理等领域满足用户对通信服务的需要[1]。5G 专网提高了企业定制化网络的自由度，可以根据用户的工作环境、工作性质进行灵活配置，具有很强的隐私性和安全性。
用户面功能（User Plane Function，UPF）是5G核心网中的用户面网元，其作用是响应会话管理功能（Session Management Function，SMF）的请求，作为无线接入网（Radio Access Network，RAN）与数据网络（Data Network，DN）之间的连接点，主要功能为分组路由的转发、策略实施、流量报告、数据包检查以及QoS Flow 映射等网络用户面的处理，完成用户面门控、重定向、流量转向等策略规则的实施[2]。许多企业和用户都对网络的安全性有很高的要求，而5G 专网可以为用户提供全方位的端到端安全服务，“以达到降低信息、基础架构和人员受到威胁概率的目的”。5G 专网能够通过网络隔离、数据保护、个人身份信息认证等方式对重要数据或资产进行保护，通过将UPF、移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）等核心基础设施建设在企业内部，确保数据不跨越园区划定范围、敏感信息保留在本地，从而使企业掌握控制、保留数据的主动权。
5G 专网可划分为虚拟专用网络、独立专用网络以及混合专用网络3 种。其中，虚拟专用网络以运营商已经建立的5G 网络为基础，构建出一个属于企业自己的专用网络，可以被用于提升办公效率、提高工业控制力以及提高操作的效率，实现费用的控制。独立专用网络将超级上行、5G网络切片等网络技术应用到了极致，根据客户的需要，对专用基站、专用频率以及专用园区级UPF 等专用网络设备进行灵活定制，为企业客户提供一张具备隔离保护、端到端连接、高性能的专用接入网络[3]。5G 混合专用网络系统是基于5G 的数据分流方法，采用灵活定制控制网元，为企业客户搭建了一个带宽大、时延低的基础连接网络系统。
1.2 工业互联网
工业互联网是一种新型的信息通信技术与工业经济相结合的基础设施、应用模式和产业生态，不仅能够将人、机、物及系统有机地连接在一起，而且能够稳定地推进中国新型工业化的数字化转型，同时能够构建起一套完整产业链和价值链的新型制造服务系统[5]。工业网络结构的基础是网络体系，而企业网络中上层业务的发展主要取决于与基础通信网络的互联互通。工业互联网是将新一代信息化技术与传统制造业深度结合的崭新事物，是实现企业全产品制造过程中全要素、全价值链系统互联的关键基石，也是以数字化、网络化以及智能化为主要特征的新一轮行业转型的重要基础。总体来看，工业互联网的网络体系结构可以分为工业互联网外网和工业互联网内网。
工业互联网的5G 边缘计算网络结构如图1 所示，公司通过互联网外网与云服务器、公司互联网数据中心及公网相连，并可用来连接公司厂区、子公司、上下游业务合作单元、公司云平台、智慧生产和企业服务等主体资源，为互联网协同、远程调度管理及企业服务、创新技术提供支撑。中小企业的内网主要是通过有线和无线两类通信手段，将整个中小企业内部、厂房、生产线和机器设备等连接起来，主要载体是企业管理控制类、信息收集类以及数据交换类的服务。
图1 工业互联网的5G 边缘计算网络结构
工业互联网内网可通过运用5G 等新型网络技术手段，配合IPv6+、无源光网络系统等更先进的应用技术，对整个工业网络进行全区域的无线覆盖。其中，信息技术（Information Technology，IT）网络分层架构主要划分为现场级、控制级、车间级以及工厂级，囊括了研发类工业软件、信息管理类工业软件。运营技术（Operation Technology，OT）网络所覆盖的主体有人、产品、机器、工业控制系统等，主要用于现场的控制器、现场总线控制系统、传感器、伺服器以及监控器等各类移动终端设备。在OT 网络中，有线传输部分是利用现场总线、工业以太网来完成，而无线传输部分是利用5G 技术来实现。
内外网之间的数据传输采用“专线连接”或“网络连接”2 种形式，根据企业的规模与业务需求选定不同的传输方式。通常来说，网络连接是工业企业实现生产服务化的标准基础，而专线连接则可在保证服务质量的前提下高效实现信息的网络传输。
1.3 双域互通
通信系统是实现工业互联网的重要技术手段，其特点是低延迟、高传输速率、可扩展性以及高稳定性。为使5G 技术能最大限度地适应现代工业生产的客观需求，将5G 技术应用于工业互联网的发展是必然的选择。5G 专用网作为一种面向行业的网络部署方式，能够有效地满足企业对高传输速率、高可靠性以及高稳定性的要求，特别是在当前以政府和企业为主体的5G 工业应用市场，5G 专网的部署已经成为各垂直产业提升生产效率、加速数字化转型的重要途径[4]。
在“5G 专网+工业互联网”的典型应用场景中，各种终端设备利用无线通信技术、有线通信技术或是工业以太网技术完成对设备的控制，并进行数据元素的采集、传输。在特定的应用环境下，通信网络必须具备低时延、高速率、易扩展以及强稳定等特性，才能适应各种不同的传输要求。
2.1 5G 专网的具体应用
5G 网络覆盖范围主要包括能源、公共事业、制造业及交通运输业。日本的5G 专网较5G 公用网络更早被践行，他们将各行业自建的5G 专网命名为“Local 5G”，有别于运营商的5G 专网，允许在特定区域中使用自己的专用网络。目前，日本的5G 的频谱的分布主要包括3.7 GHz 波段、4.5 GHz 波段以及28 GHz 波段[5]。至于为什么要给各行业使用“Local 5G”专网频谱的权利，则是为了让每个垂直行业都能按照自己的需求来配置5G 专用网络。
国内，750 kV 兰州东变电所已经正式开通了我国第一个自主建设的5G 电力无线专用网络。该公司通过采用非授权频段以及5.8 GHz NR-U 免授权频段技术，实现自建5G 电力无线专网。这是国内首个核心网、承载网、基站完全自建的独享网络，也是首次使用5.8GHz免授权频段建设的5G 专网，是国内可见的首个
具有独立意义的企业自建专网[6]。它的2 个站点对大约0.8 m2的变电站区域进行了覆盖。在这片范围内，可以实现巡检机器人、移动巡查、影像监测等移动服务以及大带宽服务应用。通过这种方法，过去各类业务终端接入方式繁杂、业务拓展应用和接入运行管理难度大的问题均能够得以解决。
2.2 工业互联网的具体应用
工业互联网是现代化工业的核心技术支撑，它利用互联网技术实现了原料生产、供应、销售以及运输等各个方面的无缝衔接，还可以通过实现生产线中各设备的高效连接，迅速提高工业生产的效率和效能。工业产品的设计、研发、生产、运输、供应、销售乃至售后服务形成一体化的全新格局，可以有效推动工业生产的跨越式发展。然而，面对工业生产链的日趋复杂化与工业信息的海量化，传统4G 技术已不能适应现代化工业运营的需求，5G 在工业互联网中的应用已成为必然。目前，我国大部分的工业互联网外网都是以电信、政府部门为主，而在“5G 专网+工业互联网”的典型应用中，工业互联网内网的构建显得尤为重要。企业和工厂应在工业互联网的上层发展和创新应用过程中，按照企业自身的布局地域化、网络需求多样化、业务应用场景化等要求构建与其业务相匹配的企业内部网络通信体系，这是其要想在更高层面上对工业互联网实现发展和创新应用的关键一步。
当前，随着工业生产过程的复杂化、工业信息的海量化，传统4G 技术已不能适应现代工业运营的要求，5G 技术在工业互联网模式下的应用已是必然趋势。5G 技术的应用不但可以极大地提高系统的操作水平和数据的传输效率，实现对管理系统的智能化控制，而且可以实现对该地区视频监控、音频监控等设备的互联互通，利用工业传感设备、无人机等实现对数据的实时采集，并在智慧云中实现数据的互联共享，进而促进工业互联网的转型升级。5G 专网与工业物联网融合的标准应用如图2 所示。
图2 5G 专网与工业物联网融合的标准应用
机器视觉技术也是5G技术深入发展的重要表现，被广泛应用于工业互联网领域。通过机器视觉技术的应用，工作人员可以对生产设备进行远程操作，甚至是虚拟设计，使得人与设备、产品之间的交互不再需要直接接触，这就极大地减少了时间和空间对于生产、创造活动的限制与制约，从而显著提高了产品质量和生产效率。5G 与超高清视频技术的融合是当前5G与工业互联网相结合的一种比较成熟的技术场景，其能够实现极高清晰度和分辨率的数据传输，使远程监管、测量等与实地操作之间的差距得到极大程度地缩小，有效提升产品装配的质量和工艺水平。
不论是5G 专网还是工业互联网，都不能只满足于“一厂一地”的小范围融合，而是需要在省级层面乃至国家层面做好顶层的规划与设计，加强传统工业与现代通信产业之间的联动发展，将5G 专网与工业互联网的融合上升到国家战略的高度，为2 个产业的融合提供最优质的外部环境。与此同时，要以积极、谨慎的态度推动5G 专网与工业互联网融合应用的监管，持续构建并完善相关行业制度和融合规范，对融合应用过程中可能出现的技术风险和安全风险进行有效防控，从而为二者的融合应用创造一个更加健康的环境，有效推动现代工业企业的可持续发展，实现工业产业的创新发展，为我国工业生产和信息化发展提供强有力的支撑。
猜你喜欢专网专用工业体能测试专用鞋中学生数理化·八年级物理人教版(2021年10期)2021-11-22体能测试专用鞋中学生数理化·七年级数学人教版(2021年10期)2021-11-22体能测试专用鞋中学生数理化·中考版(2021年10期)2021-11-22无线专网通信在武汉配电自动化中的应用活力(2019年21期)2019-04-01无线通信技术在电力通信专网中的应用通信电源技术(2018年5期)2018-08-23工业人黄河之声(2018年5期)2018-05-17爱它就给它专用的设备家庭影院技术(2017年12期)2017-02-06掌握4大工业元素，一秒变工业风！Coco薇(2015年10期)2015-10-19我国警用通信专网与公网比较研究警察技术(2015年3期)2015-02-27PTN在京津塘高速公路视频专网中的应用中国交通信息化(2014年9期)2014-06-05