面向智慧工廠智能應用的5G虛擬專網 測試床
引言/導讀
（一）本測試床提出背景和存在的難題、挑戰(zhàn)
工業(yè)應用千差萬別，能否根據業(yè)務需要，對5G網絡能力進行獲取、管理，讓企業(yè)更自主，讓網絡和工業(yè)業(yè)務深度融合。
專網不可視不可管：5G虛擬專網涉及無線基站、UPF、交換機等設備，企業(yè)無權查看、管理這些專網設備，不利于企業(yè)根據業(yè)務需要進行設備能力維護和使用。
網成本較高：5G虛擬專網成本成為行業(yè)最為關心的問題之一，推動N4接口解耦，引入輕量化UPF是降低專網成本的一種可行方案。
專網使用便捷度有待提升：為行業(yè)構建的5G虛擬專網，如何讓企業(yè)“用的好”、“用得方便”？需要打通異廠家、跨專業(yè)的接口，實現(xiàn)專網各系統(tǒng)的統(tǒng)一運維、運營。
（二）5G+工業(yè)網絡能力未來發(fā)展趨勢
工業(yè)應用千差萬別，能否根據業(yè)務需要，對5G網絡能力進行獲取、管理，讓企業(yè)更自主，讓網絡和工業(yè)業(yè)務深度融合。
1. 開放更多5G網絡自主管理權給企業(yè)
自主開戶開卡：自主開通SIM卡，自主認證，即開即用流量自由調配：根據終端流量使用情況，在虛擬流量池中自由調配，讓企業(yè)更自主。
2. 5G虛擬專網可視、可管
網絡狀態(tài)能力開放：企業(yè)可調用網絡信息，實時展現(xiàn)全局的網絡狀態(tài)、負荷等
自主維護虛擬專網：基本故障可自主快速處理，復雜故障可上報運營商協(xié)助處理
3. 5G網絡能力可按需調用，使用更靈活
特定業(yè)務可動態(tài)保障：由工業(yè)平臺或終端按實際需要動態(tài)調用網絡能力，實現(xiàn)大帶寬或低時延的質量保障。
靈活自主配置策略：企業(yè)可根據實際需要，靈活配置虛擬專網策略，快速生效。
一、關鍵詞
5G虛擬企業(yè)專網、5G虛擬專網自服務平臺、輕量化UPF
二、測試床項目承接主體
2.1.發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式
中國電信：朱紅祿，zhuhongl@chinatelecom.cn
2.2.合作公司
天津海爾洗衣機互聯(lián)網工廠：提供智能工廠典型應用場景環(huán)境，參與現(xiàn)場測試床驗證
天翼物聯(lián)科技有限公司： 5G虛擬企業(yè)專網典型應用場景測試驗證
三、測試床項目目標
（一）測試床項目目標
探索企業(yè)自主運營運維專網模式：探索企業(yè)可自主開戶開卡、自主監(jiān)控專網運行狀態(tài)、處置網絡初級告警的運營和維護管理模式。
驗證面向企業(yè)的運營級虛擬專網技術：探索輕量化UPF部署和虛擬專網服務能力平臺部署，驗證5G虛擬專網網絡架構、專網自服務平臺相關的標準、方案可行性。
（二）測試床計劃解決哪些問題、價值點
保障企業(yè)數據本地化：保障企業(yè)數據不出園區(qū)/廠區(qū)。
讓專網可運維運營：提供可自主運維、運營的虛擬專網管理手段。
降低專網成本：降低5G虛擬專網成本。
四、測試床方案架構
4.1.測試床應用場景
本測試床在企業(yè)本地建設輕量化UPF，構建滿足數據不出廠的5G行業(yè)虛擬專網，建設5G虛擬專網服務能力平臺，面向企業(yè)提供專網可視化、運維管理、自主開戶開卡等服務，實現(xiàn)5G專網服務能力平臺與企業(yè)系統(tǒng)動態(tài)交互，讓企業(yè)自主調用網絡能力，提升企業(yè)對虛擬專網的使用效率和自主掌控能力。
測試床適用于支撐智能工廠中的工業(yè)智能應用場景的工廠專網、園區(qū)專網方案。
4.2.測試床架構
1.在工業(yè)互聯(lián)網體系架構的位置
本測試床在工業(yè)互聯(lián)網功能視圖網絡體系框架中的位置如下圖所示，通過無線接入、網絡控制實現(xiàn)5G虛擬專網，通過網絡管理、管理實現(xiàn)企業(yè)對專網的自主管理、自主開戶開卡。
2.在工業(yè)互聯(lián)網實施框架的位置
在工業(yè)互聯(lián)網網絡實時框架中，本測試床內容包含設備層的工業(yè)終端（5G蜂窩網絡模塊）、邊緣和企業(yè)層的5G無線網絡、本地邊緣計算（私有云）等，如下圖所示：
3.本測試床架構
本測試床主要包括5G虛擬專網和專網自服務平臺，通過構建5G虛擬專網和專網自服務體系，滿足企業(yè)數據本地化（數據不出廠區(qū)）和用戶控制本地化（企業(yè)自主開戶開卡、網絡監(jiān)測、管理），測試床架構如下圖所示：
4.3.測試床方案
面向智慧工廠智能應用的5G虛擬專網測試床功能架構如下圖所示：
1. 5G專網自服務平臺
自服務能力：企業(yè)可以自主開通5G工業(yè)卡號、自主停機復機、查詢流量、余額等。
自運維能力：提供專網整體視圖和各設備運行狀態(tài)、監(jiān)控設備告警，并提供初級處置能力和在線申請運營商協(xié)查等。
自管理能力：企業(yè)根據業(yè)務發(fā)展需要，自主申請、調整網絡資源、終端等級、帶寬、路由策略等。
2. 5G虛擬專網
數據本地化：在企業(yè)部署下沉的UPF，實現(xiàn)數據本地化。
低成本方案：通過部署輕量化UPF，實現(xiàn)異廠家核心網N4接口解耦，驗證低成本虛擬專網方案。
分流策略探索：對公眾用戶流量、企業(yè)本地流量、企業(yè)云端流量的分流策略進行研究探索。
面向智慧工廠智能應用的5G虛擬專網測試床技術實施方案如下圖所示：
4.4.方案重點技術
能力開放技術：開放網絡管理、開通等能力，服務企業(yè)場景。
網絡適配技術：屏蔽網絡復雜性，降低企業(yè)使用網絡能力成本
邊緣計算技術：UPF設備下沉部署，保障企業(yè)數據安全。
輕量化UPF技術：N4接口解耦，引入輕量化UPF，實現(xiàn)專網低成本
1.自主運維，實現(xiàn)專網可視可管
建立OT（Operational Technology）與IT融合的網絡統(tǒng)一管理系統(tǒng)，打造可自主運維管理的虛擬專網服務能力，實現(xiàn)分級、分權、分域監(jiān)測專網運行狀態(tài)，對全網拓撲、設備、質量、數據進行集中管理和大屏展示。
通過虛擬專網的“數字孿生”，可以讓工業(yè)企業(yè)實時了解當前網絡運行狀態(tài)、實時處理一般性告警等，如：
網絡監(jiān)控信息：工廠專用UPF負荷監(jiān)控；MEC負荷、資源監(jiān)控；故障告警監(jiān)控；
終端監(jiān)控信息：當前聯(lián)網數量、類型；終端位置及歷史軌跡；
配置管理信息：IP白名單策略配置；本地分流策略配置等。
2.自主服務，實現(xiàn)5G能力即開即用（自主開卡）
連接能力即開即用：工廠新到一批工業(yè)終端，將通過5G進行作業(yè)，此時，由工廠IT運維人員或則管理人員通過在線開卡開戶界面對運營商發(fā)放的白卡進行在線實時激活開通，甚至進行企業(yè)流量池的流量劃撥，申請請求到運營商IT系統(tǒng)流轉后業(yè)務自動開通，實現(xiàn)即時激活即時使用，提升工業(yè)客戶申請使用5G網絡的效率。
工廠可自建運營系統(tǒng)：通過系統(tǒng)調用運營商5G服務能力平臺接口，進行SIM卡的實時激活、認證、開通，或則由運營商構建該web系統(tǒng)，由工業(yè)企業(yè)自助使用。
3.自主管理，實時對重要設備進行保障（QoS管理）
不作業(yè)時用普通5G連接：無人夾抱車車待機（未作業(yè)）狀態(tài)，通過5G普通連接與平臺建立心跳，實現(xiàn)保活度。
作業(yè)時用有保障的可靠連接：無人夾抱車平臺需要叉車進行作業(yè)時，發(fā)起網絡能力調用指令，通知網絡夾抱車即將作業(yè)。
網絡實時響應應用需求：網絡實時建立QoS保障專屬通道，給夾抱車的5G連接進行提速、保障，以確保叉車視頻數據、圖像數據的可靠傳輸到平臺。
4.5.方案自主研發(fā)性、創(chuàng)新性及先進性
技術創(chuàng)新：首次打通異廠家、異系統(tǒng)接口，讓工業(yè)企業(yè)客戶可在一個平臺實現(xiàn)對基站、UPF等網絡系統(tǒng)的監(jiān)測，用行業(yè)語言描述網絡管理方式，更容易管理專網。
模式創(chuàng)新：首創(chuàng)5G虛擬專網自主運維管理模式，讓企業(yè)具備對專網的全局狀態(tài)監(jiān)測、性能監(jiān)測、告警基本處置等能力，企業(yè)網絡使用更自主。
管理創(chuàng)新：率先面向行業(yè)提供自主開戶開卡能力，讓企業(yè)具備一定的運營能力，企業(yè)可以根據業(yè)務發(fā)展需要，自行決定開通卡號、停機復機、查詢余額流量，甚至分配流量等。
五、測試床實施部署
5.1.測試床實施規(guī)劃
本測試床實施分為三個階段：
第1階段：2020.11-2020.12
開展測試床場景梳理、可行性評估、測試床架構設計等工作。
第2階段：2021.01-2021.06
開展測試床實施方案設計、設備選型與環(huán)境建設、5G服務平臺&輕量UPF測試等工作。
第3階段：2021.07-2021.10
開展測試床部署、5G虛擬企業(yè)專網典型應用場景驗證、輸出5G虛擬企業(yè)專網實施方案等工作。
5.2.測試床實施的技術支撐及保障措施
本測試床參與方分工協(xié)作，共同支撐與保障本測試床的實施工作：
中國電信股份有限公司研究院與天津電信共同負責5G虛擬企業(yè)專網搭建、5G虛擬專網自服務平臺、測試床部署與驗證等工作。
天津海爾洗衣機互聯(lián)工廠負責提供智能工廠典型應用場景環(huán)境，參與現(xiàn)場測試床驗證等工作。
天翼物聯(lián)科技有限公司負責 5G虛擬企業(yè)專網典型應用場景（如機械臂的數據采集與設備監(jiān)控）測試驗證工作。
5.3.測試床實施的自主可控性
本測試床實施各項關鍵技術均為自主研發(fā)，具有良好的自主可控性。
六、測試床預期成果
6.1.測試床的預期可量化實施結果
1.自主開戶開卡
實施前：如果給使用5G網絡的工業(yè)設備開戶開卡，需要聯(lián)系運營商并提供必要材料通過審核后，方可由運營商完成開戶開卡操作，平均耗時5-10個工作日。
實施后：使用5G服務能力平臺進行開戶開卡操作，上傳必要材料通過系統(tǒng)審核后，由工廠自己完成開戶開卡操作，平均耗時0.5個工作日。
2.自主管控網絡能力
實施前：僅知道網絡是否正常連接，需通過第三方測速軟件可知道當前網絡運行速度，需通過專業(yè)網絡探針軟件可知道當前網絡運行的質量。
實施后：5G服務能力平臺實時檢測網絡運行情況并采用可視化的方式進行顯示，如：吞吐率、丟包、時延、不同區(qū)域設備接入密度、網絡故障告警等。
3.自主配置網絡能力
實施前：客戶無此功能。
實施后：使用5G服務能力平臺可對網絡進行虛擬切片的配置，使得不同網絡性能的切片承載不同需求的工業(yè)應用和工廠業(yè)務。
4.數據不出工廠
實施前：無法實現(xiàn)。
實施后：通過UPF下沉到工廠，讓使用5G虛擬專網能力的工廠數據本地分流，實現(xiàn)數據不出工廠。
6.2.測試床的商業(yè)價值、經濟效益
全球首個具備自主運維能力的5G虛擬企業(yè)專網：解決行業(yè)5G落地推廣中遇到的網絡運維管理等棘手問題，驗證5G虛擬專網在落地過程中的各系統(tǒng)對接和應用效果。
讓工廠用得起的5G虛擬企業(yè)專網：自研輕量化UPF，預計解決部署成本約50%-70%。
讓工廠用得方便的5G虛擬企業(yè)專網：實現(xiàn)企業(yè)對網絡的自主管控、靈活配置及自主開戶開卡，使用效率顯著提升。
6.3.測試床可推廣性
1.形成可推廣解決方案
可以5G虛擬企業(yè)專網為核心，結合電信云網產品，形成面向智慧工廠的全連接解決方案：
5G虛擬企業(yè)專網產品（紅框）
全連接云網產品：5G虛擬企業(yè)專網+工業(yè)PON/其他（紅框+綠框）
IT/OT融合產品：5G虛擬企業(yè)專網+工業(yè)終端（紅框+黃框）
面向智慧工廠全連接集成產品：端+網+云+管理（黃框+紅框+綠框）
2.可推廣垂直行業(yè)
以天津海爾測試床為基礎，向家電制造行業(yè)推廣，如空調制造、冰箱制造等。
以家電制造行業(yè)實施為基礎，向其他行業(yè)推廣，如鋼鐵、煤炭、冶金、電子產品制造、高端裝備制造等。
3. 推廣路徑
技術推廣：牽頭制定行業(yè)標準、測試床推廣、典型案例推廣
產品推廣：不斷豐富全連接產品在智慧工廠場景的實施部署
服務推廣：打造面向智慧工廠全連接培訓/展示服務，帶動更多行業(yè)和企業(yè)部署
七、測試床成果驗證
7.1.測試床成果驗證計劃
本測試床部署在天津海爾洗衣機互聯(lián)工廠車間內，在此進行測試床成果的測試與驗證。具體時間計劃見測試床實施規(guī)劃時間表。
7.2.測試床成果驗證方案
1. 5G虛擬企業(yè)專網部署驗證內容
5G服務能力平臺與自研輕量級UPF對接
5G服務能力平臺與5GC對接
下沉到工廠的UPF與運營商IT系統(tǒng)對接
5G虛擬企業(yè)專網承載典型工廠場景/業(yè)務
2. 5G服務能力平臺驗證內容
5G服務能力平臺實時可視化展示
5G服務能力平臺動態(tài)網絡故障告警功能
5G服務能力平臺實現(xiàn)自主開戶開卡
八、與已存在AII測試床的關系
無關系
九、測試床成果交付
9.1.測試床成果交付件
具備自主運維能力的5G虛擬企業(yè)專網實施方案，普遍適用于企業(yè)/園區(qū)等類型的行業(yè)專網需求。
自研5G服務能力平臺，普遍適用于5G虛擬企業(yè)專網管理、運維、網絡能力開放。
典型5G無人夾抱車場景的工業(yè)終端及邊緣應用平臺部署方案和設備。
形成行業(yè)標準1項。
9.2.測試床可復制性
本測試具有較好的復制推廣性。一方面以天津海爾測試床為基礎，向家電制造行業(yè)復制推廣，如空調制造、冰箱制造等；另一方面，以家電制造行業(yè)實施為基礎，向其他行業(yè)推廣，如鋼鐵、煤炭、冶金、電子產品制造、高端裝備制造等。
9.3.測試床開放性
本測試床可開放給更多通訊提供商、運營商和離散制造企業(yè)共同參與測試床驗證與推廣工作。
十、其他信息
10.1.測試床使用者
歡迎所有的AII成員企業(yè)參與和使用本測試床項目。然而，在初始階段，由于試驗站點的訪問權限有限，本測試床將僅限于現(xiàn)有的合作伙伴。之后，本測試床將逐步開放給更多AII成員企業(yè)使用。
10.2.測試床知識產權說明
中國電信與天津海爾洗衣機互聯(lián)工廠共同對測試床的建設、運營以及使用擁有產權。
10.3.測試床運營及訪問使用
測試床的部署和運營將在天津海爾洗衣機互聯(lián)工廠進行。現(xiàn)階段訪問控制和管理權限僅限于測試床參與企業(yè)。
10.4.測試床資金
測試床的資金將來自于測試床參與企業(yè)。
10.5.測試床時間軸
第1階段（2020.11-2020.12）：完成測試床場景梳理、可行性評估、測試床架構設計等工作。
第2階段（2021.01-2021.06）：完成測試床實施方案設計、設備選型與環(huán)境建設、5G服務平臺&輕量UPF測試等工作。
第3階段（2021.07-2021.10）：完成測試床部署、5G虛擬企業(yè)專網典型應用場景驗證、輸出5G虛擬企業(yè)專網實施方案等工作。
聲明
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