新一代的制造模式，例如工業(yè)自動化，通常伴隨著嚴苛的服務質量（QoS）要求，不論是工廠的制造流程，或是廠房內部使用的通訊系統(tǒng)，都要遵守業(yè)界規(guī)范。因此，制造商對無線通信業(yè)者寄予厚望，亟需具備超高可靠性、網(wǎng)絡備援、進階安全功能與全年高效運轉的網(wǎng)絡服務。

然而，運用現(xiàn)有的公用網(wǎng)絡基礎設施，要確保維持電信商用等級的服務質量，實非易事。因此，電信服務業(yè)者的企業(yè)用戶陸續(xù)開始轉向私人專網(wǎng)帶來的全新機會。

5G網(wǎng)絡技術具備性能與架構設計的優(yōu)勢，勢必成為新一代（無線）專網(wǎng)的關鍵推手，但其實還有其他的競爭對手。新一代的Wi-Fi網(wǎng)絡，例如Wi-Fi 6（IEEE 802.11ax）與即將推出的Wi-Fi 7（IEEE 802.11be）無線網(wǎng)絡標準，持續(xù)跟緊5G步伐升級效能，不僅提升數(shù)據(jù)傳輸率，更把延遲、時間同步誤差與可靠度納入考慮。本文仔細衡量上述兩項網(wǎng)絡技術的優(yōu)缺，并為了提前部署無線通信專網(wǎng)，統(tǒng)整出三大攻略。

不僅如此，在網(wǎng)絡架構的另一端，一段全新發(fā)展甚至是革命正在展開。常規(guī)的行動網(wǎng)絡終端裝置，尤其是其內建的芯片組，有可能會被可依照企業(yè)用戶個別需求與業(yè)務考慮進行量身訂制的芯片與裝置取代。一直以來，通訊網(wǎng)絡市場僅由少數(shù)幾家芯片廠商把持，這會是吸引不同業(yè)者進軍的契機嗎？

攻略一：基于電信商公用網(wǎng)絡設施的5G專網(wǎng)部署
行動網(wǎng)絡業(yè)者（mobile network operator）在競標5G頻譜的時候，通常目標是盡可能地擴大各自的網(wǎng)絡服務范圍。因此，他們具備一定的優(yōu)勢來滿足企業(yè)用戶部署專網(wǎng)的需求，包含網(wǎng)絡切片、虛擬化，以及開放租用5G基礎設施以提供非公用網(wǎng)絡（non-public network）服務。


 
圖一 : 5G非公用網(wǎng)絡（non-public network）服務架構示意。

關鍵技術：網(wǎng)絡切片
5G網(wǎng)絡特別適合用來支持企業(yè)專網(wǎng)應用。5G技術具備多項特點，像是網(wǎng)絡切片技術。行動網(wǎng)絡業(yè)者把從公用網(wǎng)絡分割出來的「網(wǎng)絡切片」，作為獨立且供私人使用的子網(wǎng)，專門分配給單一（企業(yè)）用戶，還能進行客制化，設定所需的帶寬、延遲與服務質量等。

這種部署策略能夠創(chuàng)造雙贏局面。對電信商而言的優(yōu)勢顯而易見，企業(yè)應用案例不僅建立在其（現(xiàn)有）的基礎設施上，還能導入自家專業(yè)技術與所屬頻段，另提供語音、寬帶網(wǎng)絡或是托管服務。同時，企業(yè)也能從中獲益良多，因為他們就可以不必投資那些昂貴設備，像是無線電接取與核心網(wǎng)絡，也不用親自處理架設與管理私人5G專網(wǎng)的繁復工作。

這套作法乍看似乎萬無一失，但其實也有一體兩面。最要緊的是，企業(yè)最終必須把具時效性且與關鍵業(yè)務或任務有關的數(shù)據(jù)傳送到他人所有且無法親自控制的網(wǎng)絡上，這不僅帶來資安風險，還可能延長訊號傳輸時間。

其他替代方案
盡管「專網(wǎng)即服務（private networks-as-a-service）」的商業(yè)模式有其潛在弱點，但卻很適合那些位在某電信商現(xiàn)有5G網(wǎng)絡服務范圍內，又幾乎毫無部署與管理行動網(wǎng)絡經驗的企業(yè)使用。

除了網(wǎng)絡切片，還有一套5G專網(wǎng)的替代部署方案，同樣建立在行動網(wǎng)絡業(yè)者的公用網(wǎng)絡基礎設施上。不同的是，企業(yè)可以選擇只用電信商的無線電存取設備，隨后立刻將所有數(shù)據(jù)流量連接到企業(yè)網(wǎng)絡上，如此就能避免資安漏洞。電信商一樣會負責所有部署安排，包含啟用網(wǎng)絡、支持SIM卡、網(wǎng)絡管理等，但是所有數(shù)據(jù)仍由企業(yè)用戶直接控管。

企業(yè)甚至可以進一步考慮單獨選用電信商的無線電塔，也就是整個網(wǎng)絡架構中最昂貴的硬設備，進行客制化部署后，就能獨立管理與運營自己的專網(wǎng)。最后，企業(yè)還能選擇自行建置5G專網(wǎng)，與當?shù)匦袆泳W(wǎng)絡業(yè)者協(xié)商取得專用頻譜。

換言之，要借助公用網(wǎng)絡業(yè)者的專業(yè)技術與基礎設施來建立5G專網(wǎng)有不同的部署模式，多半取決于企業(yè)愿意投入多少成本，還有是否具備（行動）網(wǎng)絡架設與管理的專業(yè)知識。

硬件規(guī)格需求（網(wǎng)絡虛擬化概念）
5G網(wǎng)絡的部署內容小至天線，大到核心網(wǎng)絡，需要龐大的資本投資。好在5G網(wǎng)絡本身支持網(wǎng)絡功能虛擬化（network function virtualization），這樣一來，軟件就能取代多數(shù)昂貴的網(wǎng)絡專用設備，在一般商用的服務器上運作。

這不僅更節(jié)省成本，還能增加部署彈性。虛擬化的概念是在虛擬機或軟件套件（容器）上組合與運作網(wǎng)絡的主要功能，還能結合管理系統(tǒng)。需要擴充網(wǎng)絡容量或功能時，這些虛擬機或容器也能方便復制或升級。

然而，客制化硬設備的需求還是無法避免，例如安裝天線，另外，用戶終端設備也必須內建最先進的芯片組，才能支持5G網(wǎng)絡進行高速編譯碼與實現(xiàn)超可靠低延遲通訊標準（URLLC）的功能。

目前5G芯片組的生產還在起步階段，現(xiàn)有產品都是依據(jù)3GPP R16標準開發(fā)的預備商用化研發(fā)成果，能夠支持URLLC標準的功能有限。這也不禁引發(fā)猜想，究竟5G終端設備市場會如何發(fā)展？是一貫落入少數(shù)幾家芯片廠商的手中嗎？但他們的優(yōu)先考慮或許并非開發(fā)符合URLLC標準的客制化芯片組。那么，這是不是其他廠商進駐市場的良機？他們可以趁機著手研發(fā)鎖定企業(yè)用戶專業(yè)市場的5G無線調制解調器芯片。

歐盟于今年2月發(fā)布的《芯片法案》（Chips Acts）能在此時推波助瀾。例如，歐洲在20年前因為人力成本高昂，因而淡出芯片制造市場，但在最新法案的助力下，局勢可能在數(shù)月甚至數(shù)月內反轉，開啟全新局面。

攻略二：設置獨立組網(wǎng)架構的5G專網(wǎng)
采用電信商的公用網(wǎng)絡基礎設施可能導致資安漏洞與延遲問題，因此不少組織偏好設置獨立組網(wǎng)（standalone）的5G專網(wǎng)，像是5G工業(yè)聯(lián)網(wǎng)自動化聯(lián)盟（5G-ACIA）。這些獨立專網(wǎng)可以與電信商的公用網(wǎng)絡系統(tǒng)完全分隔并單獨運作。

5G小型基地臺的愿景
5G獨立專網(wǎng)適合布建在港口、大型工業(yè)園區(qū)，或是任何其他地方，只要有企業(yè)愿意互相合作，與專業(yè)的或具備競爭優(yōu)勢的網(wǎng)絡服務商簽約來進行專網(wǎng)部署與管理。

公網(wǎng)與專網(wǎng)必須面臨相同的硬件挑戰(zhàn)，都與電信商有關，主要是用戶終端設備問題。不過公網(wǎng)主要采用大型基地臺來覆蓋戶外的網(wǎng)絡使用區(qū)域，而專網(wǎng)特別采用小型基地臺的新興技術。

小型基地臺的設計目的是提供網(wǎng)絡服務至戶外小型區(qū)域與室內場地，與傳統(tǒng)的無線基地站相較，不僅更方便部署，還能降低成本。通常會結合與ORAN兼容的網(wǎng)絡技術，這樣就能彈性配置與配對不同廠商提供的無線電存取設備與軟件，只要使用標準化的開放式接口，就能確?；ネㄟ\作。

因此，在針對企業(yè)關鍵業(yè)務與關鍵任務的聯(lián)機需求而部署行動網(wǎng)絡時，必須達到成本效益。然而，要施行這套部署方案有個前提，就是網(wǎng)絡服務商必須成功取得用來部署當?shù)貙＞W(wǎng)的5G頻譜，但目前全球僅有少數(shù)國家釋出這類頻譜。


 
圖二 : 小型基地臺的設計目的是提供網(wǎng)絡服務至戶外小型區(qū)域與室內場地。

校園5G專網(wǎng)的頻譜規(guī)劃：法規(guī)限制
目前，全球多數(shù)國家的5G頻譜競標都著重在全國各地的網(wǎng)絡部署，幾乎沒有預留任何頻段給5G區(qū)域專網(wǎng)使用，所以目前的校園網(wǎng)絡部署案例多半是理論實驗，只有德國是例外，該國為了校園專網(wǎng)應用釋出了100MHz的3.70GHz~3.8GHz頻段。其他還正在觀望是否跟進的國家包含澳洲、西班牙和美國。

攻略三：5G大型基地臺結合Wi-Fi 快速且低成本的室內網(wǎng)絡部署
談到啟用專網(wǎng)服務時，5G產業(yè)全都押注在5G URLLC功能，也就是訊號延遲低于1毫秒，同步誤差小于1微秒，可靠度高達99.999%。

換句話說，Wi-Fi具備一定優(yōu)勢，尤其是在室內網(wǎng)絡應用。一方面，Wi-Fi網(wǎng)絡的安裝比行動網(wǎng)絡還要簡便、快速，成本也更低。另一方面，Wi-Fi網(wǎng)絡（IEEE 802.11）還有兼容性優(yōu)勢，能與以太網(wǎng)絡（IEEE 802.3）相連，后者為企業(yè)熟知，而上述兩者被歸在同一網(wǎng)絡標準系列。

5G與Wi-Fi的差異
5G與Wi-Fi的技術相似，包含使用的物理層、訊號波、編譯碼方案與通訊支持機制，全都雷同。兩者支持的比特率大致相同，而且根據(jù)概念驗證測試，Wi-Fi 顯然能夠提供與URCCL標準相似的網(wǎng)絡效能。

主要差別在于5G使用的是經過授權的頻譜，專門分配頻段給電信商，而Wi-Fi技術則在開放的頻譜上運作，因此需要遵守相對嚴格的業(yè)界規(guī)則。Wi-Fi裝置必須檢驗其他裝置或技術，確認沒有使用相同的無線電頻段后才能運作，因此，每當無線封包開始傳遞，Wi-Fi傳輸必定會面臨或短或長的停頓，這就會導致延遲增加。

不過，既然無線頻譜適用于不同的網(wǎng)絡技術，那么把某些頻段分給Wi-Fi技術使用也是可行，這就和配合5G專網(wǎng)應用而釋出該地區(qū)的部分頻譜一樣。如此一來，Wi-Fi網(wǎng)絡就能不再受限于那些嚴苛規(guī)則。

實際上，Wi-Fi與5G爭奪頻譜的劇情已經上演。一方面，5G R16標準就開放了一些全球未授權的頻段（NR-U）給5G使用，另一方面，Wi-Fi也在延伸使用頻段范圍，除了2.4GHz和5GHz，Wi-Fi 6E亦即Wi-Fi 6的延伸版本，已經踏入6GHz頻段，比起目前開放給校園使用的100MHz專網(wǎng)頻段，Wi-Fi傳輸效能更佳且穩(wěn)定，速度也較快。

因此，5G和Wi-Fi最終極有可能共同存在，就算是在支持專網(wǎng)的應用領域。行動網(wǎng)絡像是5G受惠于其廣泛的覆蓋范圍，在戶外網(wǎng)絡部署略占優(yōu)勢，而Wi-Fi順勢導入室內網(wǎng)絡應用。



 
圖三 : Wi-Fi版本的技術演進表。

Wi-Fi硬件：向下兼容性議題與商機
對Wi-Fi而言，包含無線電終端設備在內的所有硬件設計都越來越復雜。在開發(fā)一般消費市場的Wi-Fi存取裝置時，設計人員必須確保裝置能與歷來所有的Wi-Fi標準向下兼容，這使得新一代Wi-Fi芯片的研發(fā)工作更趨繁瑣，成本高昂。

然而，在鎖定企業(yè)用戶的專業(yè)市場，向下兼容性并非必需。這反而開啟了全新的藍海市場，有興趣進駐的業(yè)者可以開發(fā)優(yōu)化性能的終端裝置，而有意購買客制化與高效能產品的消費者也能滿足個別企業(yè)需求。

（本文作者Ingrid Moerman、Jeroen Hoebek與Dries Naudts任職于imec網(wǎng)絡技術與資料科學實驗室（IDLab），為設于比利時根特大學與安特衛(wèi)普大學的研究團隊；編譯／吳雅婷）