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简介： 往年 6 月底，通信畛域迎来了一个重磅音讯，负责制订 5G 通信规范的国内组织 3GPP 颁布了 Release 16 的 5G 规范，这也是 5G 的第二版规范。如果说 5G 的第一版规范 Release 15 次要面向的是消费者市场，那么 5G 的第二版规范则是将 5G 网络的边界拓展到了垂直行业，是面向工业的 5G。那么这些规范将如何赋能工业企业，满足企业主的需要呢？本文试图从一个制造业企业“江南皮革厂”的理论需要登程，看 5G R16 规范是如何让传统企业乘风破浪的。
3GPP R16 解冻
3GPP Release 16 规范曾经于往年 6 月底实现，最初的总结报告也在 7 月 31 号上传到了 FTP[1]。此前，2019 年实现的 R15 5G 规范，次要是面向消费者市场，针对智能手机等产品提出了一系列 eMBB 的加强个性，使用户能够感触到 1Gbps 的超高速体验。这次的 R16 规范所定义的内容，除了对 R15 已有个性的加强外，更令人关注的是为了满足垂直行业需要所定义的新技术。有了这些关键技术，5G 网络的边界失去了进一步的拓展，5G 的网络状态，也将会从繁多服务一般消费者的 to C 网络，逐步扩大到 to B 的垂直行业专网。
面向垂直行业的新个性
以下是 R16 中所给出的新个性：
- Enhancement of Ultra-Reliable (UR) Low Latency Communications (URLLC)
- 5GS Enhanced support of Vertical and LAN Services
- Cellular IoT support and evolution
- Advanced V2X support
- 5G Location and Positioning Services
- UE radio capability signalling optimization
- Satellite Access in 5G
- Enablers for Network Automation Architecture for 5G
- Wireless and Wireline Convergence Enhancement
- Mission Critical, Public Warning, Railways and Maritime
- Streaming and TV
- User Identities, Authentication, multi-device
- (Network) Slicing
- Other cross-TSG Release 16 Features
- NR-related Release 16 Features
- Release 16 Features impacting both LTE and NR
- LTE-related Release 16 Features
其中和 5G 垂直行业密切相关的个性有：
（1）Enhancement of Ultra-Reliable (UR) Low Latency Communications (URLLC)
< 1 毫秒的超低空口时延，加上 99.9999% 的超高可靠性，为 5G 近程医疗、工业自动化管制、远程教育、V2X 等场景提供了解决方案。
（2）5GS Enhanced support of Vertical and LAN Services
对垂直行业和局域网的加强为企业的对通信的及时性需要和数据的保密性需要提供了可能。
（3）5G Location and Positioning Services
基于 5G 的定位服务，应用 5G 网满足垂直行业对定位的需要，并不需要额定部署其余定位服务。
（4）Satellite Access in 5G
满足局部企业对卫星通信的需要。
（5）(Network) Slicing
基于网络切片的端到端资源隔离网络，用来满足垂直行业中不同利用与利用间的隔离需要。
然而 3GPP 的这些个性是否可能满足垂直行业，特地是一些制造业企业的需要呢？上面就着重来谈一谈 5G LAN 和 NPN 这两个个性能为传统制作企业“江南皮革厂”带来什么。
现有网络的有余
传统企业现有的工作网络，通常工作在非受权频段，个别以 Wi-Fi，蓝牙，RFID 射频、工业无线技术为主，存在网络性能不稳固、终端移动性差、笼罩无限等问题。因为这些零碎来自不同供应商，并在不同的期间进行部署，也会遇到后盾无奈连通，频段存在烦扰等问题。此外，制造业工厂个别地理位置处在市区地带，4G/5G 的蜂窝网络自身笼罩有余，又因为厂房、设施导致屏蔽重大，使得厂区内的信号品质进一步降落，因而受权频段也存在笼罩弱、性能差等问题。
R16 通过定义独立专网（SNPN，Standalone Non-Public Network），工厂能够定制从基站，核心网，到管理系统的一整套计划，自成体系，并独立于运营商公众网络。专网通过调配 NPN ID 给 NPN 网络，RAN（Radio Access Network，无线接入网）播送 PLMN（Public Land Mobile Network，公共海洋移动网）+ NPN ID。基于 NPN ID，能够进行小区、网络抉择和接入管制，并通过网关以非 3GPP 形式和公众网互通，使得园区内的网络性能可控，并与内部网络硬隔离。
此外，R16 还定义了非 3GPP 接入（Non-3GPP Access），通过定义 TNGF（Trusted Non-3GPP Gateway Function，可信赖非 3GPP 接入网关）和 N3IWF（Non-3GPP InterWorking Function，非 3GPP 互通性能），使得非 3GPP 的网络（例如 WI-FI 或是有线网）能够接入 5G 核心网，将多张宰割的网络由 5G 核心网对立进行鉴权、计费和移动性治理，并对工厂已有设施做对立治理。
窃密与跨地区组网需要
电信产业的竞争力来源于专利，是一种以公开换爱护的策略；而在制造业中，外围竞争力往往来源于 Know How 的商业秘密，这类商业秘密通常不简单，然而人无我有的技术壁垒却能显著进步生产力、降低生产老本，间接为企业带来利润，因而是各个企业须要紧密爱护的对象。为了窃取商业秘密引发的案件 [2] 也层出不穷，甚至呈现了董事长偷拍专利产线的事件[3]，因而各类企业个别都会禁止在车间内应用通信设施[4]，这会为员工的合作带来肯定的阻碍，从而晋升沟通的老本。此外大型企业往往不止一个生产地点，因而在多个厂区之间造成互联互通的 5G 专网也是企业主的根本需要。
R16 引入的 5G LAN 作为解决这一问题的个性，通过 5G 接入网和核心网的反对，使得多个园区间能够构建专属局域网，通过 N19 接口实现企业不同车间、不同工厂之间跨地区合作，组成广域专网，对立的核心网管制用户的接入、鉴权、计费和移动性治理，保障多个园区内网络的对立，并且与内部网络做到无效的隔离。
专网频谱和应用现状
上述的 NPN 独立部署场景须要厂区领有专网频段，这部分频段在国内尚未确定。然而制造业强国德国早已后人一步，德国联邦网络局在 2019 年 11 月开启了本地 5G 频段的申请，将为本地 5G 网络提供 3.7-3.8GHz 频段，用于工业 4.0、农业及林业。这个打算初期旨在为企业提供一个 10 年的频段应用许可。本地频谱的应用费用的公式为[6]：
费用 = 1000 + B * t * 5 * (6a1 + a2)其中，费用的单位为欧元，1000 欧为根底费率，B 示意以 MHz 为单位的带宽(最小 10、最大 100 MHz)，t 为调配期限(以年为单位)，a1 和 a2 是应用的区域面积，以 km² 为单位，a1 和 a2 别离示意寓居及交通区域和其余区域。
从公式中能够看出，根底应用费率比拟低，但费用随着应用频带宽度、覆盖面积的减少而逐步减少，这种计费形式为初创公司和中小企业升高了门槛；同时费用和应用时长呈线性关系也有助于企业适时接入，从而升高费用。最初将居住区与其余区域（市区）别离计费（前者是后者的 6 倍），也偏向于让企业避开笼罩密集地区进行组网，升高频谱协调难度，进步频率利用率。
在推出这项政策之后，曾经有博世、宝马、大众汽车、巴斯夫（BASF）、汉莎航空等 33 个公司申请了 5G 专网频谱[7]，并发展了以下业务：
- 宝马在其巴伐利亚州的一个园区建设了 5G 专网，并由德国一家电信软件公司 M3connect GmbH 设置网络并建设实验室去测试不同供应商的设施。
- 汉莎航空的培修子公司汉莎航空技术公司（Lufthansa Technik AG）和运营商沃达丰（Vodafone）单干，建设了用于近程发动机监测和近程 3D 机舱设计的 5G 专网。相比于公众网络，专网领有更高的安全性和可配置能力，使得公司能够灵便的为不同我的项目调整带宽和上下行传输配比。
- 化工巨头巴斯夫（BASF）正在探讨建设 5G 专网，并在 2020 年年底之前决定哪些网络由运营商或是设施供应商进行治理，该 5G 网络将次要用于生产设施和物流。
- 大众汽车心愿在带宽密集型工厂配置 5G 专网，比方其位于沃尔夫斯堡的工厂，此处领有 5000 台连贯到 internet 的机器人。前期公众心愿也应用 5G 来协调生产机器人和无人驾驶汽车，同时实时传输大量数据。
在国内，目前调配给垂直行业应用的频谱还在钻研中，企业只能应用运营商频段进行组网，例如中国移动的的专网频段 n79 (4.8-4.9GHz)。此时专网的部署模式就无奈应用上述的 NPN 独立部署模式，而只能应用基于运营商网络的部署模式，例如共享基站的 Shared radio access network，共享基站和管制面的 Shared radio access network and control plane 和基于公众网络的 NPN hosted by the public network，具体细节能够在 [8] 中找到。
R16 之后
R16 规范曾经解冻，为 5G 专网的建设提供了技术保障。3GPP 为垂直行业提供了一个高屋建瓴的视角，然而如何用这些技术满足企业需要，并与企业原有的 OT，IT，CT 零碎对接，为企业做到真正的降本增效，却是任重而道远。一如一般企业的数字化转型，5G 专网的倒退，对工业企业、电信运营商、及整个工业产业的影响也将是微小的。
最初
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