作者:赵小飞

物联网智库 原创

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导  读

5G时代,面向各行业私有部署的专网已成为一种典型业态,针对专网的各类技术和标准有了更广阔的用武之地。

近期,欧洲电信标准化协会(ETIS)推出的DECT-2020 NR标准获得了国际电信联盟(ITU)的认可,并作为5G标准的一部分纳入IMT-2020技术推荐,这是全球首个非蜂窝的5G技术标准,为行业部署5G专网提供一套完整的标准。

5G时代,面向各行业私有部署的专网已成为一种典型业态,针对专网的各类技术和标准有了更广阔的用武之地。

非蜂窝5G技术:重点满足uRLLC和mMTC场景

DECT全称为(Digital Enhanced Cordless Telecommunications,数字增强型无线通信),于1987年在欧洲问世,几乎与公共移动通信一样有着30多年的发展历史。该标准工作频段为1880—1900MHz,能够实现较高的语音质量和安全性,最初目的是在住宅、商业和公共环境中实现灵活的数字无线通信,至今在全球已在超过10亿台短距离通信设备中实施。

随着时间的推移以及公共移动通信的发展,DECT也在不断演进,除了语音通信外,也能够支持互联网数据通信以及物联网通信。如2013年ETSI有专家提出了低功耗版本,当时该技术瞄准智能家居应用,在海外多个国家,DECT就用到一些家庭能源管理自动化的场景中,但与Zigbee、Z-WAVE等相比还无法形成替代。

DECT-2020 NR是ETSI在2020年10月发布的最新版本DECT标准,可以在本地网络、公有云或介于两者之间的其他任何形式的网络架构中部署。

根据ETSI发布的技术规范,DECT-2020 NR应用的主要场景包括:高可靠的点对点以及点对对点链路配置;基于星型网络拓扑本地无线接入支持uRLLC场景、基于Mesh自组网网络拓扑本地接入支持mMTC场景。

可以看出,DECT-2020 NR更多面向的是5G物联网的行业应用。其中,MESH组网是该版“非蜂窝5G标准”的最大亮点,借助网状通信的优势,实现了海量连接,满足ITU提出的5G mMTC的指标。

芬兰多位无线通信专家在IEEE通信杂志发表的一篇文章显示,在相同延迟和丢包率要求下,与纳入5G的NB-IoT、LTE-M技术相比,DECT-2020 NR连接节点密度更高。

DECT-2020 NR的自组网结构

ETSI专家指出:在非蜂窝5G网络中,每个设备都是一个节点,且每个设备都可以是一个路由器,就好像每个设备都是一个基站。设备会自动找到最佳路线,自动将新设备添加到网络路由中,如果一台设备出现故障,这些设备将自行重新路由,这意味着可靠的通信消除了单点故障。传输功率小的去中心化的网络意味着更少的能源消耗,芬兰一所大学研究显示,与具有相同传输效率的传统蜂窝网络拓扑相比,该系统网络的能量效率提高了大约60%。

除已建立的1900MHz DECT频段外,DECT-2020 NR物理层还适用于6 GHz以下的17个频段。动态信道选择意味着DECT-2020 NR不需要频率规划,前端的复杂性相对较低。此外,DECT-2020 NR规范中也提出了与3GPP 5G标准的兼容方式,尤其是支持接入3GPP 5G核心网中,如通过N3IWF(Non-3GPP InterWorking Function)接入5G核心网中。这种灵活性也为行业专网部署提供了便利性。

向120亿美元专网市场进军

DECT-2020 NR为希望自主部署独立私有5G网络的全球各行业领军企业提供了一个新的选择。目前,全球5G专网的竞赛序幕已经开启,专网市场规模会远远大于4G时代,各行业在这一领域也会投入真金白银。

市场研究机构Juniper Research最近发布报告显示,5G各种增强能力正在推动企业对私有专用网络的热情和认知,到2023年,全球专网硬件和服务的年度支出将达到近120亿美元,比2021年预计的55亿美元增长116%。其中,5G在专网这方面发挥着关键作用,2023年部署的专网使用的基站中,5G基站占比超过60%。

当然,部署5G专网,其中一个最大的壁垒是能够获取合法的无线电频率资源。由于全球各国对于无线电频率的管理政策差异很大,导致5G专网在全球发展非常不平衡。众所周知,德国率先针对5G专网出台专门的无线电频率支持政策,开放非常廉价和便捷的专网频率申请,大量工业企业已获得了5G专网频率的授权;美国通过CBRS频段,形成5G专网频率的授权政策;日本、韩国、英国等国也有不同形式的政策出台。

Juniper Research认为,全球范围内的5G专用网络部署不均衡状态非常明显,最大的市场是那些频率分配最开放或最灵活的市场。德国和美国在这方面形成领先,这两个国家将在2023年占据全球专网支出的30%份额,随着其他国家发布专网使用频谱,这一比例可能会有所下降。

在行业领域,工业和能源相关企业将成为专网投资的核心用户,到2023年其占据的投资市场份额接近60%。不过,Juniper Research也指出,尽管传统运营商在公共蜂窝网络中占据主导地位,但它们有可能错过大部分专网市场。而如爱立信、诺基亚等通信设备厂商则可以为大型行业用户直接提供专网设备,获取专网投资的部分收益。

因此,在未来全球5G专网市场上,将形成大量新型的“运营商”群体,这些运营商主要针对垂直行业用户提供网络运营服务。其中,部分行业客户可能自己组建一支具有通信网络运营能力的队伍,专门为自身的专网服务,也可能将这一运营服务外包给第三方服务商。

鉴于专网将成为5G时代的一个新业态,多个标准化组织和产业链企业也在持续推动专网的技术、产品商用落地。3GPP也吸收了多个组织和成员的研究成果,如5G-ACIA多定义的私有网络场景,推动NPN(非公共网络)标准的制定和演进。

当前,中国5G正处于快速建设期,对于5G专网,目前还未推出5G专网频率政策,无法实现完全独立的5G专网落地,而更多集中于“公网专用”的模式。今年7月,十部委联合发布了《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》,在其中“加强5G频率资源保障”措施中,明确提出:开展5G工业专用频率需求以及其他无线电系统兼容性研究,研究制定适合我国的5G工业专用频率使用许可模式和管理规则。

独立的5G专网的问世似乎还需要一定的时间,而各大运营商积极推出公网专网的相关产品,开启了中国特色的5G专网发展道路,涵盖了从网络切片到独立专网的模式,其中独立专网实际上是租用运营商频率的方式实现的。目前,5G专网在国内落地不断加速,以中国移动为例,2020年中国移动发布了5G专网产品体系,包括“优享、专享、尊享”三种模式,一年以来,已在各行业建成5G专网商用项目超过1500个。近期,中国移动发布5G专网产品体系2．0,在1．0体系的基础上,新体系聚焦工厂、矿山等18个细分行业。

随着5G商用的加速,针对5G专网将形成百家争鸣的态势。本次ETSI发布全球首个非蜂窝5G标准,就是在标准层面为5G专网生态添砖加瓦,未来必将在一些行业实现落地,也催生一批丰富的5G专网创新群体。