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
工業應用千差萬別，能否根據業務需要，對5G網絡能力進行獲取、管理，讓企業更自主，讓網絡和工業業務深度融合。
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，企業無權查看、管理這些專網設備，不利于企業根據業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：為行業構建的5G虛擬專網，如何讓企業“用的好”、“用得方便”？需要打通異廠家、跨專業的接口，實現專網各系統的統一運維、運營。
（二）5G+工業網絡能力未來發展趨勢
工業應用千差萬別，能否根據業務需要，對5G網絡能力進行獲取、管理，讓企業更自主，讓網絡和工業業務深度融合。
1. 開放更多5G網絡自主管理權給企業
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，讓企業更自主。
2. 5G虛擬專網可視、可管
網絡狀態能力開放：企業可調用網絡信息，實時展現全局的網絡狀態、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助處理
3. 5G網絡能力可按需調用，使用更靈活
特定業務可動態保障：由工業平臺或終端按實際需要動態調用網絡能力，實現大帶寬或低時延的質量保障。
靈活自主配置策略：企業可根據實際需要，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.發起公司和主要聯系人聯系方式
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網工廠：提供智能工廠典型應用場景環境，參與現場測試床驗證
天翼物聯科技有限公司： 5G虛擬企業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
探索企業自主運營運維專網模式：探索企業可自主開戶開卡、自主監控專網運行狀態、處置網絡初級告警的運營和維護管理模式。
驗證面向企業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
保障企業數據本地化：保障企業數據不出園區/廠區。
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
本測試床在企業本地建設輕量化UPF，構建滿足數據不出廠的5G行業虛擬專網，建設5G虛擬專網服務能力平臺，面向企業提供專網可視化、運維管理、自主開戶開卡等服務，實現5G專網服務能力平臺與企業系統動態交互，讓企業自主調用網絡能力，提升企業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智能應用場景的工廠專網、園區專網方案。
4.2.測試床架構
1.在工業互聯網體系架構的位置
本測試床在工業互聯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5G虛擬專網，通過網絡管理、管理實現企業對專網的自主管理、自主開戶開卡。
2.在工業互聯網實施框架的位置
在工業互聯網網絡實時框架中，本測試床內容包含設備層的工業終端（5G蜂窩網絡模塊）、邊緣和企業層的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，滿足企業數據本地化（數據不出廠區）和用戶控制本地化（企業自主開戶開卡、網絡監測、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：企業可以自主開通5G工業卡號、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、監控設備告警，并提供初級處置能力和在線申請運營商協查等。
自管理能力：企業根據業務發展需要，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：在企業部署下沉的UPF，實現數據本地化。
低成本方案：通過部署輕量化UPF，實現異廠家核心網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、企業本地流量、企業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，服務企業場景。
網絡適配技術：屏蔽網絡復雜性，降低企業使用網絡能力成本
邊緣計算技術：UPF設備下沉部署，保障企業數據安全。
輕量化UPF技術：N4接口解耦，引入輕量化UPF，實現專網低成本
1.自主運維，實現專網可視可管
建立OT（Operational Technology）與IT融合的網絡統一管理系統，打造可自主運維管理的虛擬專網服務能力，實現分級、分權、分域監測專網運行狀態，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”，可以讓工業企業實時了解當前網絡運行狀態、實時處理一般性告警等，如：
網絡監控信息：工廠專用UPF負荷監控；MEC負荷、資源監控；故障告警監控；
終端監控信息：當前聯網數量、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：工廠新到一批工業終端，將通過5G進行作業，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放的白卡進行在線實時激活開通，甚至進行企業流量池的流量劃撥，申請請求到運營商IT系統流轉后業務自動開通，實現即時激活即時使用，提升工業客戶申請使用5G網絡的效率。
工廠可自建運營系統：通過系統調用運營商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，由工業企業自助使用。
3.自主管理，實時對重要設備進行保障（QoS管理）
不作業時用普通5G連接：無人夾抱車車待機（未作業）狀態，通過5G普通連接與平臺建立心跳，實現保活度。
作業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時，發起網絡能力調用指令，通知網絡夾抱車即將作業。
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.方案自主研發性、創新性及先進性
技術創新：首次打通異廠家、異系統接口，讓工業企業客戶可在一個平臺實現對基站、UPF等網絡系統的監測，用行業語言描述網絡管理方式，更容易管理專網。
模式創新：首創5G虛擬專網自主運維管理模式，讓企業具備對專網的全局狀態監測、性能監測、告警基本處置等能力，企業網絡使用更自主。
管理創新：率先面向行業提供自主開戶開卡能力，讓企業具備一定的運營能力，企業可以根據業務發展需要，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虛擬企業專網典型應用場景驗證、輸出5G虛擬企業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工廠負責提供智能工廠典型應用場景環境，參與現場測試床驗證等工作。
天翼物聯科技有限公司負責 5G虛擬企業專網典型應用場景（如機械臂的數據采集與設備監控）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，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網絡的工業設備開戶開卡，需要聯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應用和工廠業務。
4.數據不出工廠
實施前：無法實現。
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，實現數據不出工廠。
6.2.測試床的商業價值、經濟效益
全球首個具備自主運維能力的5G虛擬企業專網：解決行業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對接和應用效果。
讓工廠用得起的5G虛擬企業專網：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虛擬企業專網：實現企業對網絡的自主管控、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虛擬企業專網產品（紅框）
全連接云網產品：5G虛擬企業專網+工業PON/其他（紅框+綠框）
IT/OT融合產品：5G虛擬企業專網+工業終端（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
以天津海爾測試床為基礎，向家電制造行業推廣，如空調制造、冰箱制造等。
以家電制造行業實施為基礎，向其他行業推廣，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，帶動更多行業和企業部署
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劃時間表。
7.2.測試床成果驗證方案
1. 5G虛擬企業專網部署驗證內容
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系統對接
5G虛擬企業專網承載典型工廠場景/業務
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服務能力平臺動態網絡故障告警功能
5G服務能力平臺實現自主開戶開卡
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虛擬企業專網實施方案，普遍適用于企業/園區等類型的行業專網需求。
自研5G服務能力平臺，普遍適用于5G虛擬企業專網管理、運維、網絡能力開放。
典型5G無人夾抱車場景的工業終端及邊緣應用平臺部署方案和設備。
形成行業標準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，以家電制造行業實施為基礎，向其他行業推廣，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工廠進行。現階段訪問控制和管理權限僅限于測試床參與企業。
10.4.測試床資金
測試床的資金將來自于測試床參與企業。
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虛擬企業專網典型應用場景驗證、輸出5G虛擬企業專網實施方案等工作。
聲明
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