2024年5G行业虚拟专网网络质量评估方法研究报告-华为&中国信通院

5G行业虚拟专网网络质量评估方法研究报告 华为技术有限公司 中国信息通信研究院技术与标准研究所 2024年12月 目录 第一章5G行业虚拟专网发展现状1 第二章5G典型应用场景及网络质量指标要求2 2.1远程控制3 2.2视频传输4 2.3AI质检6 2.4数采数传7 2.55G定位8 第三章5G行业虚拟专网网络质量评估方法9 3.15G行业虚拟专网网络质量评估方法11 3.2业务需求评估12 3.2.1业务画像建模12 3.2.2业务诊断建模13 3.3网络质量能力评估15 3.3.15G行业虚拟专网总域评估17 3.3.25G行业虚拟专网分域评估19 第四章5G行业虚拟专网评估典型案例33 4.1案例一33 4.2案例二37 第五章总结39 第一章5G行业虚拟专网发展现状 5G行业虚拟专网是指基于5G公网频段向行业用户提供的能满足其业务及安全需求的高质量专用虚拟网络，是为行业用户提供差异化、可部分自主运营等网络服务的核心载体。 当前，5G行业虚拟专网已成为行业部署5G网络的共识，并形成“公网共用”、“公网专用”、“定制专用”三大类典型部署模式： （1）公网共用模式：行业共享运营商的5G公共网络，通过网络切片技术、差异化保障的QoS（QualityofService，服务质量）技术等，为行业提供网络质量定制化、与其他公众用户业务逻辑隔离的通道服务。 （2）公网专用模式：运营商将5G核心网用户面网元下沉至行业企业内，行业企业通过核心网用户面设备独享、控制面共享的方式实现本地流量卸载及数据不出园区，通过网络切片等技术实现业务逻辑隔离。 （3）定制专用模式：运营商将5G核心网用户面网元和部分控制面网元下沉至企业内，通过核心网用户面及控制面设备独享等方式为行业建立数据不出园区的专用数据传输通道，通过按需建设专享基站的方式实现无线网业务隔离。 我国5G行业虚拟专网已形成规模化发展态势，截至 2024年8月底，我国5G行业虚拟专网总数已超过4.5万个， 总体建设数量实现跨越式增长，覆盖工业、港口、能源、医疗等多个领域，为行业提供高速、可靠、安全的网络设施。 随着5G行业虚拟专网逐步承载行业的核心业务，企业对网络的服务质量提出了更高的要求。第一，在网络规划建设前期，网络质量能否满足业务SLA（Service-LevelAgreement，服务等级协议）指标需求成为关键，目前多采用面向消费者的质量评估方式来规划网络，网络建设投资大、效果差。第二，在网络运营及扩容期，企业对于5G行业虚拟专网网络质量不可视，业务承载效果不可知，无法掌握网络运行现状及冗余度；对当前业务进行扩容或者新增其他业务时，缺乏5G行业虚拟专网当前能力及升级方向评估。 针对以上难点，5G行业虚拟专网高质量发展是支撑行业企业加大5G应用接入、助力行业数字化转型的重要方向，需构建5G行业虚拟专网评估体系和标准，持续提升5G行业虚拟专网的业务承载能力。 第二章5G典型应用场景及网络质量指标要求 5G应用场景逐步覆盖eMBB（EnhancedMobileBroadband，增强移动宽带）、uRLLC（Ultra-reliableandLowLatencyCommunications，超高可靠与低时延通信）和mMTC （massiveMachineTypeCommunication，大规模机器类型通信）三大类，针对上下行网络速率、时延、可靠性、连接数 量、定位精度等一系列性能指标提出了更高的要求，并形成了一批典型应用场景。 根据我国5G行业虚拟专网项目实际应用情况，结合传输数据流属性、业务功能要求等维度，本章系统梳理了5G典型应用场景，将典型业务场景归纳总结为五大类，分别为远程控制、视频传输、AI（ArtificialIntelligence，人工智能）质检、数传数采、5G定位。通过五大类典型业务场景的网络指标需求的组合建模，能够基本满足当前大部分5G应用场景的建模需求。 2.1远程控制 5G远程控制是通过5G与PLC（ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器）、工控机等控制器设备融合，利用视频或传感器等来采集现场设备或环境信息，同时传输控制指令，实现对现场工业设备的远程实时精准操控。此类应用可实现对工业设备的电气化智能改造，并将操作人员从恶劣的环境中解放出来，改善工作环境，提高工作效率，避免安全生产事故。5G远程控制具体场景包括：钢厂天车的远程操控，矿山钻机、电铲远程操控，港口龙门吊远程操控等。 典型SLA要求包括： 1）控制时延：20~50ms； 2）远控视频回传单流上行带宽：2Mbps（视频分辨率 720P）、4Mbps（视频分辨率1080P）、8Mbps（视频分辨率 1440P）； 3）可靠性：99.99%及以上。 图1远程控制场景举例及组网架构图 2.2视频传输 5G视频传输是通过5G摄像头、AR/VR（AugmentedReality/VirtualReality，增强现实/虚拟现实）等设备采集现场信息，并通过平台分析处理后，实现对现场的全方位监测、交互和管理等。在矿山、港口、工业园区、厂区车间等现场，摄像头监测终端设备接入5G网络，采集环境、人员动作、设备运行等监测数据，回传至远程操控台或者生产现场监测系统，对生产活动进行高精度识别、操控、自定义报警和区域监控，实时提醒异常状态，实现对生产现场的全方位智能化监测和管理，为安全生产管理提供保障。在教育、文旅、 媒体、新型消费等场景，AR/VR、摄像头等终端设备接入5G网络，将现场画面传输至监控平台或流媒体平台等，经过处理后的现场画面进一步通过5G网络分发至终端侧，实现在线直播、远程指导等，打造新型交互模式。5G视频传输具体场景包括：矿山/港口远控视频回传、园区/厂区安防监控、赛事/活动实时超高清直播、AR远程辅助与指导等。 典型SLA要求包括： 1）时延：70~100ms； 2）视频传输单流上/下行带宽：2Mbp（s视频分辨率720P）、 4Mbps（视频分辨率1080P）、8Mbps（视频分辨率1440P）； 3）可靠性：99.9%~99.99%。 图2视频传输场景举例及组网架构图 2.3AI质检 5GAI质检是通过产线现场工业相机摄取检测目标，根据像素分布、亮度和颜色等信息转变为数字化信号，利用5G网络传递给专用的图像处理系统，图像处理系统对这些信号进行运算并最终抽取目标的特征，进而根据判别的结果控制现场设备显示或者执行具体的工业控制动作。5GAI质检具体场景包括：工业制造车间基于AI视觉的产品引导与定位、产品检测分级、产品外观质量检测与告警等。 典型SLA要求包括： 1）时延：50~70ms； 2）工业相机单流上行需求带宽：200Mbps； 3）可靠性：99.9%~99.99%。 图3AI质检场景举例及组网架构图 2.4数采数传 5G数采数传是依赖传感器、采集卡、仪器仪表等关键部件，通过5G网关等适配多种行业协议，实现对现场环境、设备运行状态、设备性能等信息进行全面的采集和高质量传输，使企业实时获取完整、准确的生产制造过程、管理过程等各种数据，为企业提高生产管理提供基础数据。主要监测对象包括：1、采集设备运行状态：停止、待机、运行、故障、检修等，并采集相关状态发生的时间点；2、采集设备运行工艺参数：压力、温度、流量、转速、计数、风速、位移等参数指标；3、采集设备边缘运行数据；4、监控企业需要的环境参数。5G数采数传具体场景包括：工业/矿山/港口等领域设备信息采集、环境监测等。 典型SLA要求包括： 1）时延：100ms； 2）可靠性：99.9%~99.99%。 图4数传数采场景举例及组网架构图 2.55G定位 5G位置定位是以5G网络来获取物体在室内或室外的位置信息，并以位置大数据为基础将真实世界中的人和物，与虚拟空间的丰富数据信息结合，令线下的人和物也能像线上信息一样搜索、定位、联接，从而打破现实世界和虚拟世界的边界，实现万物互联。5G位置定位具体场景包括：复杂的室内环境定位，如制造园区、医院、交通枢纽、商场等环境中的人员定位、AGV（AutomatedGuidedVehicle，自动导引车）定位等。 典型SLA要求包括： 1）定位精度：米级； 2）可靠性：99.9%。 图55G定位应用场景 第三章5G行业虚拟专网网络质量评估方法 与传统的5G公众服务网络（5GToC网络）相比，5G行业虚拟专网需要满足不同行业及不同企业差异化业务的SLA要求，同时要适应高温、高危、干扰等各种部署环境。5GToC网络主要针对大众消费者，属于“尽力而为”的网络，网络覆盖采用蜂窝小区网络组网模式；5G行业虚拟专网则需要基于行业具体场景及网络技术能力保障到每一个连接，网络覆盖的组网模式需结合业务场景的具体分布进行规划，对网络“确定性”和“精准性”提出了更高的要求，两者具体对比如表1所示。 表15G行业虚拟专网与5GToC网络的差异 对比维度 差异方面 5G行业虚拟专网 5GToC网络 连接对象不同 行业专属性 以“物”为主 以“人”为主 行业终端，业务模型千差万别 eMBB终端，业务模型相对固定 关注每个连接的SLA，单用户级绝对保障 关注区域能力，计算小区/簇容量 应用场景不同 面向场景 室内居多（车间），兼具室外，位置相对确定 室内外都有，用户位置随机性强 传播环境 多径复杂、信号杂乱 多径相对简单 保障度 用于行业业务级的确定性保障 用于小区范围内“尽力而为”的用户连接保障 组网/解决方案 组网规划 网络覆盖的组网模式需结合业务场景的具体分布进行规划 网络覆盖的组网模式采用蜂窝小区边缘速率进行规划 话务 数量稳定、业务稳定、移动性确定 数量不确定、业务不确定、移动不确定 指标 网络质量需综合考虑业务场景速率、时延、可靠性、定位等指标要求 网络质量重点考虑小区济覆盖、容量、速率等指标要求 解决方案 上行（覆盖、速率、容量、时延） 下行（覆盖、速率、容量） SLA要求不同 SLA要求 SLA确定性保障（速率、时延、抖动、可用性） “尽力而为” KPI监控评估 区分业务类型，基于用户级、秒级实时性能评估 以小区为核心的KPI设计 5GToC网络通常通过网络质量测试确定网络的优劣，并可在全国范围内通过统一的标准进行对比。然而，5G行业虚拟专网用于承载千行百业差异化的业务，不同行业业务对于网络的需求各不相同，因此，传统的网络质量测评方式已不适用于5G行业虚拟专网，亟需建立以测评5G网络能否满足所承载业务为标准的新型评估方式。5G行业虚拟专网评估主要适用于网络规划及验收、网络升级、网络问题诊断等环节。 3.15G行业虚拟专网网络质量评估方法 5G行业虚拟专网网络质量评估主要分为两个阶段，业务需求建模和网络质量能力评估。业务需求建模主要确定评估目标，网络质量能力评估主要用于评估网络是否满足目标： 1）业务需求建模：针对企业所承载的5G应用需求进行 评估，获取保障业务稳定运行所需的5G行业虚拟专网网络SLA指标。业务需求建模是依据远程控制、视频传输、AI质检、数采数传和5G定位等典型应用场景的建模模型，对企业业务流程、业务分布、生产要求、现网组网等信息进行分析，将企业5G业务需求转换为网络SLA需求，包括速率、时延、可靠性、安全隔离性等，形成建网标准并用于支撑后续网络质量能力评估。 2）网络质量能力评估：开展端到端5G行业虚拟专网网 络质量能力规划或测试，形成实际网络的关键质量能力评估，包括总域评估和分域评估。总域评估即对5G行业虚拟专网的总体质量进行评估，以验证5G行业虚拟专网网络能力能否满足业务承载需求；分域评估即对5G行业虚拟专网网络质量在终端侧、无线网侧、承载网侧和核心网侧的能力分别进行评估，以验证5G行业虚拟专网各细分环节的支撑能力。 图65G行业虚拟专网网络质量评估总体架构图 3.2业务需求评估 业务需求评估主要目标是获取满足业务要求的网络SLA指标，以确定后续网络质量的评估标准，分为业