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在 Azure 上部署专用 5G 网络

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第四次工业革命（通常称为工业 4.0）已经到来。 工业 4.0 催生了一些将改变企业运营方式的现代工业应用。 这些应用的处理能力和连接已得到改进。 它们从整个组织收集和处理数据，以帮助企业更有策略性、更高效地运作。 随着企业规模的扩大，他们需要能够处理这些工作负载的解决方案。

为了满足这些要求，现代企业需要专用 5G 网络和多接入边缘计算 (MEC) 解决方案。 专用 LTE/5G 网络为企业提供高效处理数据所需的速度、安全性、移动性和服务质量。 边缘计算支持延迟敏感型工业应用和数据本地化，并支持在边缘上快速处理时间敏感型数据。

在企业可以获得专用 LTE/5G 网络的优势之前，需要解决一些挑战。 这些挑战包括降低运营和工程复杂性、确保多站点企业的端到端可见性、提供访问安全性，以及改进基于软件的自动化解决方案的交付。

为了应对这些挑战，Microsoft 引入了一种将 Azure 托管服务（包括平台和网络服务）与无线电和应用 ISV 生态系统相结合的方法。 该解决方案是为企业创建的完全集成式专用 5G 网络服务。 在越来越多的移动运营商与托管服务提供商在交付和管理这些服务。 该解决方案结合了 Azure、Azure 网络功能管理器、Azure Arc、Azure Stack Edge、Azure Kubernetes 服务和 Azure 专用 5G 核心。 这些服务都是通过 Azure 云管理和协调的。

这种方法解决了系统集成商和企业面临的复杂性与成本挑战。 它使企业能够部署高性能、安全性增强的专用 5G 网络，从而推动现代工业应用的采用。

本文是介绍系统集成商和运营商如何使用 Azure 服务为企业构建专用网络的两篇文章中的第一篇。 这些网络利用超大规模云和集成式 MEC 体系结构的优势来降低 CapEx 和 OpEx，推动创新和开拓新的收入机会。

5G 增强的专用网络

5G 增强的专用网络正在革新电信服务。 5G 中的关键无线电和核心功能可以实现增强型移动宽带 (eMBB)、超可靠低延迟通信 (URLLC) 和大规模机器类型通信 (mMTC) 的密集缩放和交付。 这使运营商能够提供面向高性能工业应用开发商的新服务，并引入新的商业模式。

语音、文本、数据和视频等消费型产品/服务仍将是电信运营商服务组合中不可或缺的一部分。 但是，基于企业的新产品/服务（例如用于机器人、视频 AI、数字孪生应用的大规模 IoT 以及使用 HoloLens 等设备的增强现实体验的 LTE/5G 专用网络）将为运营商创造新的收入机会。 为了提供这些服务，电信运营商需要在传统电信网络体系结构的基础上升级，并更直接地使用超大规模云和 MEC。

有多种因素促进了专用企业移动网络的实施：

  • 当前的建筑物内无线系统的规模和覆盖范围限制
  • 生成的数据和视频数量不断增加
  • 对更高级别的移动性和安全性以及对实时数据处理的需求不断提高

5G、MEC 和云的结合使得创建快速、高度安全且可缩放的专用无线网络成为可能，并可以利用在远端边缘、云中或混合位置运行的分析应用程序。

下面是专用 5G 网络可以帮助实现的一些工业用例：

Diagram showing industry use cases that are powered by private 5G networks.

专用 5G 网络代表了 5G 企业服务的典型用例，因为这些功能将为更复杂的服务（例如智能空间和工业 4.0 应用）提供后盾。 不过，尽管 5G 专用网络具备诸多优势，但运营商和企业仍面临着一些挑战。 最大的挑战是在企业环境中部署和管理 5G 网络所存在的复杂性。 5G 网络涉及到超出传统企业技能组合的考量：从射频 (RF) 设计到 5G 移动核心体系结构。 此外，电信运营商可能缺乏在企业环境中经济高效地部署 5G 网络和云托管边缘计算所需的技术组合或最小覆盖区。

Microsoft 提出了一种简化的 MEC 即服务方法，它将全球超大规模云平台与网络组件（例如，为一套云应用提供支持的云原生 5G 独立核心）相结合。 这种方法使企业能够从其网络中收集数据并在边缘有效处理延迟敏感型数据，同时仍可利用在 Azure 上处理大量数据的功能。

专用 5G 网络的优势

4G 的到来以及在受限地理区域内访问 CBRS 等共享频谱改变了专用 5G 网络经济。 之所以发生这种改变，是因为它使企业能够通过使用小型基站技术和虚拟化网络功能的专用手机网络进行部署和试验。 5G RAN 和核心优化提供了更丰富的功能，包括更快的速度、超低的延迟、安全性方法和成本效益。 这些 5G 特征在制造和运输等行业中至关重要，这些行业面临的地理覆盖和 IoT 应用使用日益广泛的挑战需要增强的网络特征。

如以下部分中所述，多个垂直行业可以从这些特征受益。

可靠的覆盖范围

许多工业和企业应用的连接覆盖范围需要超过运营技术环境中常用的有线和 Wi-Fi 技术的限制。 4G 和 5G 无线电使用专用频谱来限制动态干扰和增大传输功率以及内在的移动功能，在大型场所，它们可以提供高性能、高容量和经济高效的无线连接。 这些场所包括机场、海港、露天矿场、配送中心、校园和建筑工地。 使用不同频谱选项的灵活性优化了室内和室外用例的覆盖范围和数据传输速率。

更高的吞吐量

4G 技术可以提供许多专用网络应用所需的吞吐量。 但是，5G 网络的吞吐量是 4G 网络的 10 到 20 倍，从而扩大了可以无线支持的应用范围。 可为室内用例部署毫米波等即将推出的频谱选项以优化设备的密度，即使它们分布在射频干扰较大的环境中，也能部署更多的设备。 这使得网络可缩放。

低延迟

5G 网络的延迟比 4G 网络低一个数量级。 低延迟对于机器人控制系统等时间敏感型应用非常重要，此类应用的往返延迟预算通常不超过 10 毫秒。 将应用部署在本地边缘计算设施中的 5G 网络可以轻松支持这些延迟要求。

确定性接入支持

5G 无线电在设计上支持确定性接入。 这种设计对延迟和抖动规定了可靠的上限，这对于多种类型的应用非常重要。 从这方面讲，5G 更接近有线以太网的性能。 由于 5G 的问世，过去需要有线连接的应用现在不再受束缚。

数据本地化和隐私

使用传统的公司网络，企业可以有效将数据暴露范围限定为特定的地理围隔区域。 但是，随着无线技术的广泛采用，限制数据暴露是以限制访问为代价的。 专用 5G 网络与边缘计算相结合，可以提供对数据访问和处理位置的更好可见性和控制度。 这种可见性和控制度为企业提供了更高级别的数据主权。 专用 5G 网络和边缘计算使高度敏感的信息能够以更高安全性保留在本地，而且不会通过外部网络连接透露（即使是对于运营商）。

操作简单性

运营商面临的问题是实施多个版本的网络技术，并根据有线网络、Wi-Fi 连接需求以及客户越来越多地通过移动宽带访问公司资源的情况实施访问控制和其他安全功能。 专用无线网络使企业 IT 团队有机会为办公室内外的员工构建简化的访问体系结构。

回传成本节省

某些类型的工业和企业应用（例如高清监控或检查摄像机）会生成大量数据。 这些应用通常结合了存储和分析功能。 它们通常对延迟不太敏感。 但是，合理的做法是将这些应用部署在本地计算设施中，以避免将大量数据回传到集中式云所产生的高昂成本。 专用 5G 网络使这种部署成为可能。 然后，与集中式云设施的连接只需处理汇总的数据，例如，有关通过本地分析检测到的可操作事件的信息。

专用 5G 移动网络不仅允许将数据保留在本地。 它们还可以帮助企业防范信息和通信安全性遭受威胁。 5G 的内置安全机制比以往任何一代的手机网络技术更多，并且针对复杂攻击（例如 IMSI 捕捉器和 Stingray）提供增强保护。 使用多层嵌入式 Azure 安全性和 Defender for Cloud 等工具，运营商可以部署、监视和操作安全性更高的关键工作负载和应用程序，即使它们在客户边缘位置运行。

专用 5G 网络：制造业案例研究

智能设备、自动化、云和移动宽带技术正在推动工业 4.0 革命。 反过来，这场革命在制造业中造就了对专用 5G 网络的需求，制造业就是专用 5G 网络的首要消费者。 专用 5G 网络可为希望连接智能设备，并使用遥测数据来支持实时决策和提高操作效率的制造商提供基础。 在云中高效处理网络数据的能力在多个方面为制造商提供帮助：

维护预测

  • 监视和跟踪质量
  • 减少机器磨损、故障和瓶颈
  • 提高操作效率

智能工厂

  • 联网工厂应用
  • 员工安全应用和空气质量管理
  • 访问控制（安全）和智能分析

制造运营

  • 资产管理与智能制造和库存
  • 性能优化和监视
  • 端到端操作可见性

Microsoft 的专用 5G 网络方法非常适合 IoT 和工业 4.0 应用。 在单个本地平台中处理数据以及在 Azure 中智能回传选定数据进行处理的能力可以实现实时决策和低延迟自动化。 回传流量的减少还可以降低企业和运营商的成本。

Azure 零信任模型有助于确保制造数据在移动网络功能、企业和云之间移动时保持安全。 这些安全增强功能还消除了运营商保护传输中或存储中客户数据的任务。

电信公司的专用 5G 网络之路

专用 5G 网络部署在传统企业 LAN、专用工业网络和公用移动网络的交汇处。 它们为运营商提供了将 5G 服务范围扩展到新市场的机会。

在考虑如何部署专用 5G 网络时，许多企业都看好移动网络运营商作为潜在供应商。 企业将运营商视为值得信赖的通信合作伙伴，他们之间的商业关系已建立。 运营商在部署和运营安全可靠的移动网络方面拥有专业知识。 根据当地的频谱许可，可能有监管要求或频谱条件规定企业必须与移动运营商合作才能部署专用 5G。

某些网络运营商可能将专用 5G 网络视为其公用移动网络的自然延伸。 他们可以利用现有网络资产并使用网络切分来安全地将企业移动流量与公用网络分开。 但是，企业希望他们购买的专用网络提供局域连接，并且比通过这种方法获得的专用网络的控制度更高。 公用网络主要服务于移动宽带市场。 它们已针对这种用途高度优化。 企业应用对网络提出的要求是全新且不同的，而满足这些要求又无法提供所需的灵活性。 该行业正在采用基于边缘的专用无线网络，这种网络也能实现与运营商网络的深度集成。 企业应利用 5G 的灵活性。

Diagram that shows how telcos provide Azure managed-edge networks and applications to global enterprises.

能够让运营商和企业感到放心的专用 5G 网络解决方案需要具备以下三个关键属性：

  • 托管连接。 许多企业在管理 Wi-Fi 网络和移动接入点方面都有一定的经验。 但很少企业具备 4G/5G 无线电网络设计、SIM 激活和端到端解决方案部署的经验。 这种情况为运营商提供了一个机会，他们推出托管无线电和频谱解决方案来满足企业的需求。

  • 托管服务。 能够提供端到端专用 5G 网络部署和管理，以及开发和交付应用的合作伙伴可为企业大幅增加价值。 将整体解决方案管理移入集中的基于云的环境中，运营商和托管服务提供商可以从单一位置提供端到端的托管服务。 要为企业提供清晰的 ROI 模型来让他们采用专用 5G 网络，利用基于云的体系结构的自动化、安全性和规模优势至关重要。

  • 托管应用。 专用 5G 网络的用例与其服务的企业一样独特。 例如，远程石油钻井平台的考虑因素与汽车制造商不同。 为了满足这些不同的用例，边缘平台和网络的配置、部署与管理方式必须灵活而简单。

为运营商和企业简化了包含所需 MEC 应用的专用无线网络的安装和管理。

阅读第二部分：构建专用 5G 网络

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本文由 Microsoft 维护， 它最初是由以下贡献者撰写的。

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