5G专网在公用事业领域的优势、应用与部署

5G在2025年初达到了一个重要的里程碑。行业组织5G Americas报告称，全球5G连接数已超过22.5亿。在其发布的“5G发展状况”报告中，5G Americas主席Viet Nguyen指出，美国和加拿大拥有1.82亿5G连接，是世界上采用率最高的地区之一。

尽管5G的采用速度比上一代蜂窝技术4G快得多，但报告指出，企业的采用率和积极的商业成果并不均衡。例如，公用事业部门就是投资回报模式仍在发展的行业之一。尽管如此，公用事业公司正在利用5G实现从远程监控到预测性维护在内的众多应用案例。虽然公用事业公司有时会使用公共网络，但许多公司正在部署私有5G网络，以获取其带来的安全性、控制力和其他优势。

Everest Group专注于网络服务和5G的业务主管Titus M在一封电子邮件中写道：“公用事业公司购买的不仅仅是下一代通信技术。他们购买的是控制力、覆盖范围和网络弹性。私有5G只是能够大规模实现这些成果的最佳工具。对于公用事业公司来说，诸如工人安全、更快的服务恢复、更好的视频和物联网性能以及减少现场车辆调度等成果才是首要的。私有5G之所以成为许多站点的最佳选择，是因为它结合了受管理的频谱、移动性以及本地控制。”

公用事业公司为何采用私有5G？

电气和电子工程师协会（IEEE）的高级成员David Witkowski表示，第五代移动网络的公共和私有版本都提供超高速率、低延迟和海量设备连接能力。公共和私有5G都使用类似的技术，例如频谱频段和网络切片。它们都支持物联网连接和自动化等高级应用。

然而，Witkowski解释说，公共5G由电信运营商运营，服务于大众——包括消费者和企业用户。相比之下，私有组织通常部署和管理自己的5G基础设施，并制定量身定制的安全和性能标准，这使其成为包括公用事业公司在内的许多组织关键任务运营的更好选择。

M表示：“如果Wi-Fi、有线网络或公共4G/5G网络能同样好地满足这些成果，他们会选择使用那些技术。但目前，私有5G是最合适的选择。”

私有5G对公用事业的优势

多位专家表示，部署私有5G相比公共5G、私有LTE网络和Wi-Fi，为所有行业都带来了优势和益处。包括以下几点：

按需覆盖：目前仍有一些地区尚未覆盖完全采用5G技术的独立组网（SA）网络，而是使用具有4G核心的非独立组网（NSA）5G覆盖。有些地区仍然只有4G，有些甚至完全没有蜂窝服务。Witkowski说：“如果你在石油行业，在德克萨斯州的油田工作，手机信号覆盖就不是很好。”需要在此类地区获得连接的组织可以使用Wi-Fi，但私有5G是更可靠、功能更强大的选项，支持更多应用场景。
管理能力：东北大学电气与计算机工程助理研究教授Michele Polese表示，私有5G使所有者能够管理网络。例如，公用事业公司可以为监控关键基础设施的传感器分配比访问网络的其他设备更高的优先级。
完全控制：“你可以完全控制你的基础设施、底层字节和应用程序，”Polese说。这种控制延伸到终端设备，例如部署在偏远地区的手持设备，这些设备不必仅仅因为公共网络升级到新标准而升级。他说：“你不希望这些设备被淘汰。相比依赖公共基础设施，你可以让设备运行更长时间。”
可定制性：Polese表示，私有5G允许所有者根据其用例、覆盖需求以及不同组件的服务质量来定制网络。此外，所有者可以随着需求的变化而更改和调整这种定制。“它不必是静态的。”
灵活性：卡内基梅隆大学电气与计算机工程系教授Swarun Kumar表示，公用事业公司通常拥有大量遗留技术，其中一些已有几十年历史。私有5G提供的控制和定制能力更适合此类环境。
增强的隐私和安全性：Witkowski表示，私有5G提供了他所谓的“通过隐蔽性实现隐私”。私有5G更难被黑客攻击，因为设备更难访问，而且黑客通常认为投入大量时间和精力侵入其中并不值得。
强大的身份验证机制：Witkowski说，这是私有5G提供的另一个安全和管理优势。
比Wi-Fi更高的功率限制：“Wi-Fi根据联邦政府的权利许可运营，这意味着Wi-Fi必须遵守功率限制，”Witkowski说。但私有5G提供更高的功率限制，这使其功能更强大，并使私有5G网络的所有者能够架设更大的天线，将信号发送到更远的地方。“相比Wi-Fi，你可以最大限度地减少所需的接入点，但仍能覆盖所有你想通信的节点，从而降低了成本和复杂性，”他说。
更低的成本：Polese表示，尽管组织实施和部署私有网络需要大量资本支出，但长期成本可能低于使用公共5G。

公用事业中私有5G的应用案例

与其他行业的公司一样，公用事业公司正在使用5G来推动现代化、支持自动化并实现流程转型。凭借私有5G能够在超可靠、低延迟的网络上按需建立连接，生产、传输和输送电力、水和天然气的组织正在将这项技术用于多种用途，包括：

高级和自动抄表：根据M的说法，5G实现了智能电表和自动读数所需的双向通信——这是该行业的一大效率提升。
自动化：私有5G支持对变电站等设施进行实时控制和监控。
远程监控和检查：Polese说，这是公用事业行业中最普遍的5G应用案例之一。例子比比皆是：沿水或天然气管道部署的物联网传感器检测异常（如压力下降或振动），私有5G确保警报即时可靠地传送到中央运营中心。水务公司可以实时监控水箱水位、水质和泵性能，即使在偏远地区。天然气公司监控数百英里管道的泄漏情况。电力公司可以实现变电站视频监控和移动巡检机器人。海上发电设施可以传输天气和海况数据，并向岸上发送实时视频流。此外，M表示，各类公用事业公司都可以使用5G来支持移动巡检机器人和无人机检查，这两者都需要5G提供的高速、低延迟和高带宽。
远程切换、电网控制和电网负载管理：Kumar说，公用事业公司可以在停电期间远程管理电网段、重新路由电力和恢复服务，从而提高运营敏捷性。例如，私有5G通过从变电站和消费者传输实时数据，在高峰使用期间实现动态负载平衡。实时数据与人工智能结合，还可以实现动态定价。
预测性维护：Kumar表示，5G支持从分散的公用事业运营地点向边缘或集中位置传输必须分析的大量数据，从而使公用事业公司能够预测维护需求并防止其大部分基础设施发生故障。
现场通信和跟踪：Kumar说，私有5G能够在公用事业公司希望部署的任何地方提供连接，实现现场人员之间的通信和跟踪功能，使公用事业公司能够更有效地管理人员、车辆和设备。

部署挑战与考量

公用事业公司在部署私有5G网络以及使用该技术改进运营、服务和安全时会遇到各种挑战——正如各类组织在实施任何技术驱动的计划时通常所做的那样。

首先，Witkowski说，公用事业公司必须为其私有5G网络获取许可证。在美国，联邦通信委员会是授予许可证的机构。许可证并非自动获得，并且可能附带限制和制约。Witkowski特别提到了在沿海地区授予的许可证，美国海军在这些地区有优先使用某些频谱的权利。

公用事业公司还必须拨出足够的资金购买和实施基础设施，这可能是一笔巨大的成本。“私有5G是一件代价高昂的事情，”M说。

选择和设计正确的架构是另一个挑战。M表示，公用事业公司可以在完全私有的独立组网5G、支持公共漫游的混合架构或部分由Wi-Fi补充的架构之间进行选择。公用事业公司还必须使基础设施与可用频谱相匹配。他说，他建议公用事业公司在扩展之前在两个相似站点进行试点，并将该基础设施视为运营技术——而不仅仅是IT更新。

与现有系统的集成以及与遗留技术的共存可能带来额外的挑战。M说：“私有5G适用于需要控制、覆盖和安全的关键运营。”他补充说，公用事业公司应该有现实的目标。“不要把它看作是对可靠的有线连接的替代品。它是在无法使用有线连接时考虑的解决方案。”

未来展望

鉴于私有5G所支持的用例和应用程序数量及其带来的好处，预计公用事业公司对私有5G的采用将显著增长。

全球市场情报和咨询公司SNS Telecom & IT在2024年12月的一份报告中估计，公用事业公司未来三年对私有5G和4G蜂窝网络的支出将增加17%，在2024年至2027年间累计基础设施支出将达到18亿美元。

M表示，他不仅看到了增长，还看到了5G所支持应用的扩展，未来公用事业公司将部署更多边缘原生用例、计算机视觉、自主检查和增强现实支持。