5G专网与校园网
前 言
正 文
无线专网已应用几十年，5G实现了专网专用到公网专用的转变，移动网络得以扩展应用边界，打开行业新空间。相对公网，早期的无线专网通信更强调社会效益，为铁路、公安等特定部门或群体提供日常通信、应急通信、指挥调度等服务，主要是语音以及低速数据业务，系统更关注可靠性、安全性，以及对特殊环境的适应能力，但其网络速率一直落后公网1-2代，部分无线专网使用非3GPP标准，限制颇多、技术更新缓慢，跟不上行业应用的演进。随着更多行业用户对信息化转型需求的与日俱增，面向行业的无线专用网络需求正在逐步显现。
行业内咨询机构预计专网将成为快速成长的增量市场。市场研究机构SNS Telecom预计2020年LTE/5G专网年支出将达到47亿美元，2020年至2023年期间，市场将进一步以19%的年复合增长率增长，到2023年底将达到近80亿美元的规模。
图：专网发展从模拟到数字，窄带到宽带，专网专用到公网专用
资料来源：华为
技术进步为商业演进提供了必要基础。4G建设初期，各方也曾经对B端市场寄予厚望，除了移动视频外，被看好的应用还包括云游戏，AR导航，移动视频会议，智能家居，移动医疗，车联网等等，从实际情况看，行业应用基本没有大规模落地。到了当前时点，行业普遍认为内外部环境已经有所不同，5G核心能力的增强，能够实现大带宽、低时延、海量连接、高可靠、确定性等不同性能指标组合，满足B端用户的差异化的网络需求。同时泛5G技术在推动过程中与大数据、云计算等能力的融合将形成端到端的解决方案。
逻辑切片促进网络共享。当前，5G专网进入垂直行业有两种方案，一种是运营商通过网络切片技术实现虚拟专网，使用UPF分流，能够实现本地流量卸载、边缘数据处理，满足客户对数据不出场、超低时延等业务需求；另一种是国家提供专用的5G频段，用于行业用户自建5G专网，即物理专网。GSMA（全球移动通信系统协会）表示全球各大运营商搭建的大部分5G专网都是通过切片技术实现的。
图：行业网和公众网组网方式
资料来源：中国移动
信通院将5G行业场景拆解后，最终可归纳为4类底层通用应用，分别为超高清视频、VR/AR、机器人以及无人机/车/船四类的组合，通过专网提供定制的接入网能够有针对性的解决行业痛点，实现价值落地。
图：5G 4+X行业应用场景
资料来源：信通院
由工信部推动的“绽放杯”5G应用大赛已举办三届，2020年大赛参赛项目超过900个，其中有19%使用了虚拟专网技术，主要应用在工业互联网、医疗健康、智慧交通、智能电网/能源等对移动性、时延、可靠性等技术指标敏感度较高的行业。
三、5G融入校园网的现状与挑战
当前，各运营商均针对校园网络推出了5G专网解决方案，以中国移动方案为例，将核心网UPF和边缘计算下沉到教委/教育集团，多校共享资源，解决数据安全以及优化时延。
图：5G专网应用于教育行业的组网结构
资料来源：中国移动
应用方面主要体现在智慧教学、智慧校园两个细分领域，它们与5G能力共性业务的关系如下表所示。其中，智慧教学包括超高清与XR播放，智慧校园包括目标与环境识别（安全监控）、信息采集与服务（教学与设备、宿舍管理、学生信息服务）。
表：教育与5G能力共性
XR是5G智慧教学热点，全国各地建成了大量示范项目，XR技术能够在传统教育中，为学生提供沉浸式学习体验。虚拟实境化的教学能够增强学生对知识的理解度，亦可提供经济简便的虚拟化实验操作环境。
除以上典型场景外，各方还在努力融合校园内的不同网络，延伸校园网的地理范围。通过WLAN、4G/5G的融合，将校园网无缝地延伸到校车、远程的教学实验室等场景，使在校师生能便利地使用校园网络应用。〔华为《浙里有你，智联浙大：让“后浪”奔涌向前》〕
传统上，校园无线网络以Wi-Fi为主，而移动网络直接面向C端师生，目前两种技术已经分别发展到第五代和第六代，特定场景的应用存在互补替代，但仍将长期共存。《中国联通Wi-Fi 6技术白皮书》认为，“随着5G和Wi-Fi 6技术的互相学习和互相追赶，预计未来两种技术的主战场不会发生变化，但是可能产生细分差异。除了传统移动性要求高场景以外，预计在偏重低干扰、高QoS、高安全、低延时、海量连接的场景5G会受到青睐。而对于偏重大带宽、低移动性以及对组网成本、业务资费比较敏感等应用场景，Wi-Fi6则大有可为。”
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项目 |
5G |
Wi-Fi 6 |
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适用场景 |
室内外均可，广覆盖，连续性 |
室内为主，近距离 |
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系统 |
工作频段 |
授权频段 ★ |
非授权频段（易受到干扰） |
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系统带宽 |
100Mhz/200Mhz及以上 |
80Mhz/160Mhz |
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复用方式 |
TDD/FDD |
TDD |
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协议 |
移动性 |
支持重选/切换/重定向等功能，支持500km/h时速★ |
主要针对固定位置 |
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安全性 |
自底层而上，各级都有★， |
依赖 MAC 以上层， |
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功率 |
设备功率 |
30 dBm |
20 dBm |
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终端功率 |
23/26 dBm |
10 dBm |
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性能 |
理论峰值速率 |
5Gbps（16T16R）/20Gbps（64T64R） |
9.6Gbps（8T8R） |
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典型下载速率 |
850Mbps@2T2R/100MHz |
950Mbps@2T2R/80MHz ★ |
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接入网时延 |
低时延（URLLC），低于1ms，且99.9999%的可靠性）★ |
10~50ms |
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用户数 |
300~1000 ★ |
32~256 |
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管理要求 |
新的专业领域，依靠运营商 |
现有管理人员，平滑过渡★ |
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成本 |
成本高 |
有优势★ |
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表：5G VS Wi-Fi 6 性能对比
图例：★ 优势项目 资料来源：中国移动、中国电信、中国联通、华为
5G智慧教育尚在示范推进中，规模普及需要时间。工业和信息化部副部长刘烈宏近日表示“未来3年，5G仍将处于‘导入期’，需保持定力，稳扎稳打，促进5G成功商用。当前，我国5G应用中2C业务的发展稳步推进，但2B、2G业务还处在发展初期，没有现成经验可循，需要时间来探索和实践，应客观、理性看待”。当前5G在校园场景下还存在着一定的挑战需要解决，比如：
1、5G智慧教育应用标准尚不健全。智慧教育产业的标准尚未形成完整体系，应用与网络的融合缺乏标准，教育应用缺乏标准。传统教育向智慧教育的转变是逐步探索的过程，教学、教育、教研等方面的应用、不同厂家通信标准的应用等均需要建立标准来规范行业行为。〔信通院《5G应用创新发展白皮书2019〕
2、适配教学的内容资源匮乏。第一，新的教学方式需要全新的教学内容来适配，其中大部分内容需要由专业人员制作而不是老师，如何契合课程要求是其面临的一个问题。第二，超高清内容制作成本高、制作周期长，且大部分教育内容需要个性化定制，投入产出比不高，因此内容制作者缺乏制作热情。〔信通院《5G应用创新发展白皮书2019〕
3、突发大流量对公网压力大。在教育领域，班级大小可能差别很大。在中国的K-12教育中，45人或以上的班级并不少见。45人以上的用户同时连接、下载VR内容会对网络产生很大的压力。 〔华为iLab《教育和培训应用点燃市场》〕
4、深度覆盖能力不足。校园内单个教室面积小但是数量多，5G工作频段高，穿透能力弱，室内分布系统造价贵。
5、管理要求高、自治难度大。第一，移动网络运营极为复杂，长期以来都是高度分工的工作，引入切片技术后，更是包括无线子切片、传输子切片、核心网子切片的多套系统的配合。第二，虽然可以通过客户自运维portal、应用程序接口（API）等方式赋予一定的管理权，但是对网络底层设备100%管理难以实现。
6、融合应用的商业模式尚不清晰。5G应用产业链生态复杂，企业立足自身优势，从不同领域切入5G融合应用市场，现有方案各有优劣势，目前市场尚缺乏既懂5G又懂行业的综合型解决方案提供商。〔 信通院 《5G应用创新发展白皮书》〕
图：5G+智慧教育应用成熟度曲线
资料来源：信通院，2019