5G SA行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)部署研究

（CWW）隨著5G規(guī)模商用，利用5G實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必要性愈發(fā)顯現(xiàn)，以5G專網(wǎng)的形式賦能行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型在現(xiàn)實(shí)中被更加廣泛應(yīng)用。

近兩年，有關(guān)5G網(wǎng)絡(luò)行業(yè)應(yīng)用的需求不斷出現(xiàn)，部分煤礦、醫(yī)院、工業(yè)園區(qū)等紛紛向運(yùn)營(yíng)商提出建設(shè)5G行業(yè)專網(wǎng)，不同行業(yè)用戶其需求也各不相同，主要涵蓋以下幾方面：UPF下沉保證數(shù)據(jù)不出園，保障終端數(shù)據(jù)不泄露；5GC控制面下沉保證信令不出園，保障終端行為不泄露；行業(yè)生產(chǎn)不受運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)調(diào)整的影響，比如網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、割接等；網(wǎng)絡(luò)功能可靈活定制；專網(wǎng)可融入行業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，與外部物理隔離，保障行業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全。

5G SA行業(yè)專網(wǎng)具有廣連接、大帶寬、低時(shí)延、安全性高等諸多優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，5G行業(yè)專網(wǎng)的部署范圍可根據(jù)區(qū)域設(shè)計(jì)，可面向封閉式的使用場(chǎng)景，如制造業(yè)園區(qū)、高校、醫(yī)院、礦山等；可滿足行業(yè)的個(gè)性化需求，對(duì)時(shí)延要求嚴(yán)苛、可靠性要求高、上行速率需求高、數(shù)據(jù)安全和隔離要求嚴(yán)格等，5G專網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算、SDN等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)行業(yè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)靈活部署，實(shí)現(xiàn)自身的個(gè)性化服務(wù)；可為不同的行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景就近部署算力并提供能力開放；5G專網(wǎng)可與現(xiàn)有IT網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兼容互通，網(wǎng)絡(luò)能力、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)演進(jìn)升級(jí)。因此，建設(shè)部署5G行業(yè)專網(wǎng)可滿足目前行業(yè)應(yīng)用的各種需求。

(資料圖片)

5G行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)部署

為了滿足行業(yè)應(yīng)用的需求，目前，運(yùn)營(yíng)商在初始進(jìn)行5G核心網(wǎng)建設(shè)時(shí)就已分別建設(shè)了面向to C（公眾客戶）和to B（行業(yè)應(yīng)用）的兩張5G核心網(wǎng)。針對(duì)一些特殊的行業(yè)應(yīng)用需求，如對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能、數(shù)據(jù)的安全性及終端的移動(dòng)性等有著個(gè)性化的特殊需求，運(yùn)營(yíng)商還需要在現(xiàn)有核心網(wǎng)的基礎(chǔ)上建設(shè)5G行業(yè)專網(wǎng)。5G行業(yè)專網(wǎng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G行業(yè)專網(wǎng)總體架構(gòu)

5G行業(yè)專網(wǎng)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)功能如下。

UDM：用戶數(shù)據(jù)管理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的認(rèn)證、授權(quán)、注冊(cè)、位置管理等。

AMF：接入和移動(dòng)性管理功能，包括終端到核心網(wǎng)控制面接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)接入管理和移動(dòng)性管理等。

SMF：會(huì)話管理功能，實(shí)現(xiàn)IP地址分配和管理、策略控制、計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)采集等。

UPF：用戶面管理功能，實(shí)現(xiàn)分組報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)、策略和QoS處理及使用量報(bào)告等。

根據(jù)目前行業(yè)應(yīng)用需求的特點(diǎn)，5G行業(yè)專網(wǎng)的建設(shè)部署方式可分為以下三類。

1.虛擬專網(wǎng)

在虛擬專網(wǎng)建設(shè)方案中，行業(yè)專網(wǎng)網(wǎng)元與運(yùn)營(yíng)商5G toB核心網(wǎng)網(wǎng)元共享，企業(yè)無獨(dú)享網(wǎng)元，核心網(wǎng)數(shù)據(jù)面網(wǎng)元UPF與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)建立專線連接。企業(yè)終端用戶簽約企業(yè)專用切片和定制的DNN(Data Network Name，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)名稱）。用戶終端附著時(shí)，終端向基站發(fā)出的附著請(qǐng)求中攜帶切片標(biāo)識(shí)或不攜帶切片標(biāo)識(shí)，如果不攜帶切片標(biāo)識(shí)，終端在附著過程中由核心網(wǎng)下發(fā)簽約的切片標(biāo)識(shí)。企業(yè)終端向基站發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)經(jīng)過運(yùn)營(yíng)商傳輸設(shè)備及核心網(wǎng)數(shù)據(jù)面網(wǎng)元，最后由專線發(fā)送至企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。5G行業(yè)虛擬專網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 5G行業(yè)虛擬專網(wǎng)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)帶有加密和完整性保護(hù)，核心網(wǎng)數(shù)據(jù)面邏輯隔離，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中只經(jīng)過運(yùn)營(yíng)商設(shè)備，不經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)數(shù)據(jù)面網(wǎng)元與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)對(duì)接可采用GRE、L2TP等隧道協(xié)議，有效保障行業(yè)數(shù)據(jù)的安全。

2.混合專網(wǎng)

以5G數(shù)據(jù)分流技術(shù)為基礎(chǔ)，通過無線和控制面網(wǎng)元的靈活組合定制，為行業(yè)用戶構(gòu)建一張大帶寬、低時(shí)延、數(shù)據(jù)不出園的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)。5G行業(yè)混合專網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示。

UPF、MEC下沉至企業(yè)的工廠、園區(qū)，可提供數(shù)據(jù)隔離、按需定制的5G專網(wǎng)服務(wù)，按需疊加行業(yè)應(yīng)用所需的5G本地網(wǎng)應(yīng)用，5G融合定位，低時(shí)延、高可靠等專網(wǎng)差異化增值業(yè)務(wù)。

圖3 5G行業(yè)混合專網(wǎng)架構(gòu)

在該方案中，行業(yè)專網(wǎng)的信令面網(wǎng)元與運(yùn)營(yíng)商to B公眾網(wǎng)絡(luò)共用，新建企業(yè)獨(dú)享數(shù)據(jù)面網(wǎng)元UPF。UPF采取下沉至企業(yè)園區(qū)內(nèi)機(jī)房的部署方式，通過N6接口與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)對(duì)接。企業(yè)終端簽約企業(yè)專用切片標(biāo)識(shí)或者DNN，接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，信令面網(wǎng)元根據(jù)終端攜帶或簽約的切片標(biāo)識(shí)、DNN以及終端所處位置，選擇企業(yè)獨(dú)享UPF，并將數(shù)據(jù)面承載建立在企業(yè)獨(dú)享UPF上。企業(yè)終端向基站發(fā)送數(shù)據(jù)包，基站將數(shù)據(jù)包發(fā)送至企業(yè)獨(dú)享UPF，此時(shí)訪問企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至企業(yè)內(nèi)網(wǎng)。企業(yè)終端訪問公眾網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)則有兩種可選方案。

一是由運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)出口訪問公眾網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)獨(dú)享的UPF對(duì)接運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)出口，數(shù)據(jù)包發(fā)送至UPF之后，UPF根據(jù)數(shù)據(jù)包訪問的目的地址進(jìn)行路由選擇，或者將企業(yè)獨(dú)享的UPF兼作ULCL（Uplink Classifier，上行分類器）UPF，數(shù)據(jù)發(fā)送至企業(yè)獨(dú)享UPF后，該UPF進(jìn)行上行數(shù)據(jù)分類，將非企業(yè)內(nèi)網(wǎng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分流至運(yùn)營(yíng)商公眾網(wǎng)絡(luò)UPF，再由運(yùn)營(yíng)商公眾網(wǎng)絡(luò)UPF轉(zhuǎn)發(fā)至運(yùn)營(yíng)商公眾網(wǎng)絡(luò)出口，如圖4所示。

圖4 5G行業(yè)混合專網(wǎng)架構(gòu)之一（運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)出口訪問公眾網(wǎng)絡(luò)）

二是數(shù)據(jù)包發(fā)送至企業(yè)獨(dú)享UPF之后轉(zhuǎn)發(fā)至企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，數(shù)據(jù)從企業(yè)內(nèi)的公眾網(wǎng)絡(luò)出口訪問公眾網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示。

圖5 5G行業(yè)混合專網(wǎng)架構(gòu)之二（企業(yè)內(nèi)公眾網(wǎng)絡(luò)出口訪問公眾網(wǎng)絡(luò)）

3.獨(dú)立專網(wǎng)

利用5G組網(wǎng)、切片和邊緣計(jì)算等技術(shù)，采用專有設(shè)備，為行業(yè)用戶構(gòu)建一張?jiān)鰪?qiáng)帶寬、低時(shí)延、物理封閉的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)與公眾網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)完全物理隔離，且不受公眾網(wǎng)絡(luò)影響。

在獨(dú)立專網(wǎng)中，數(shù)據(jù)面網(wǎng)元以及部分或全部信令面網(wǎng)元下沉獨(dú)享。結(jié)合信令面網(wǎng)元的不同部署方式，本方案可以細(xì)分為兩種。

一是核心網(wǎng)控制面部分下沉。在園區(qū)下沉獨(dú)享AMF、SMF網(wǎng)元，用戶在運(yùn)營(yíng)商to B公眾網(wǎng)絡(luò)UDM及PCF簽約，原則上UDM、PCF網(wǎng)元可不下沉，如圖6所示。

圖6 5G行業(yè)獨(dú)立專網(wǎng)架構(gòu)之一（控制面部分下沉）

二是核心網(wǎng)信令面完全下沉。在園區(qū)下沉AMF、SMF、UDM、PCF網(wǎng)元，對(duì)于控制面完全下沉，核心網(wǎng)本地獨(dú)立新建，其中，UDM、PCF對(duì)接運(yùn)營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，由平臺(tái)負(fù)責(zé)用戶管理，進(jìn)行開銷戶等處理，如圖7所示。

圖7 5G行業(yè)獨(dú)立專網(wǎng)架構(gòu)之二（控制面全部下沉）

獨(dú)享的信令面網(wǎng)元可按需部署在企業(yè)園區(qū)內(nèi)。核心網(wǎng)給企業(yè)終端簽約專屬切片標(biāo)識(shí)和DNN，企業(yè)終端接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，基站會(huì)根據(jù)切片標(biāo)識(shí)將信令發(fā)送至企業(yè)專享信令面網(wǎng)元，信令面網(wǎng)元會(huì)根據(jù)簽約的切片標(biāo)識(shí)和DNN，將數(shù)據(jù)面承載建立在企業(yè)獨(dú)享UPF上。終端發(fā)送的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)方式與混合專網(wǎng)一致，采取單節(jié)點(diǎn)部署或者異機(jī)房容災(zāi)等，數(shù)據(jù)面和信令面均與公眾網(wǎng)絡(luò)隔離。

上述3種部署方式各有優(yōu)劣，適合不同類型的行業(yè)應(yīng)用，實(shí)際部署時(shí)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的方式進(jìn)行建設(shè)。

3種部署方案對(duì)比分析

5G虛擬專網(wǎng)適用于廣域場(chǎng)景，以及對(duì)時(shí)延和帶寬等SLA有差異化需求的場(chǎng)景；或者對(duì)數(shù)據(jù)安全有一定要求，需要與公眾網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)隔離的場(chǎng)景。該模式無新建網(wǎng)元，可實(shí)現(xiàn)快速上線，資源分配方式靈活，建設(shè)成本低。

5G混合專網(wǎng)適用于開放的園區(qū)場(chǎng)景，提供增強(qiáng)帶寬、低時(shí)延、數(shù)據(jù)不出園的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)。企業(yè)獨(dú)享UPF下沉，減少由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)過多導(dǎo)致的時(shí)延增加；保證行業(yè)資源占用，同時(shí)減少行業(yè)專網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的沖擊；可滿足企業(yè)數(shù)據(jù)不出園區(qū)需求，增加了企業(yè)數(shù)據(jù)的安全性；可根據(jù)企業(yè)需求開放專享UPF的數(shù)據(jù)調(diào)度能力以及數(shù)據(jù)承載的QoS調(diào)度能力，滿足企業(yè)一定的定制化需求。

5G獨(dú)立專網(wǎng)適用于獨(dú)立封閉企業(yè)園區(qū)場(chǎng)景，構(gòu)建一張?jiān)鰪?qiáng)帶寬、低時(shí)延、物理封閉的基礎(chǔ)連接網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)與公眾網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)完全隔離，且不受公眾網(wǎng)絡(luò)變化影響。UPF行業(yè)用戶專用獨(dú)享；數(shù)據(jù)面、信令面均與公眾網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格隔離；核心網(wǎng)內(nèi)的能力可更大限度地開放給行業(yè)；可滿足行業(yè)更多的定制化需求；數(shù)據(jù)面與信令面的網(wǎng)元可異廠家設(shè)備組網(wǎng)，給予運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)更多的產(chǎn)品選擇權(quán)；行業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的自主可控完全掌握在自己手中。

綜上所述3種方案各有優(yōu)劣，適用場(chǎng)景也各不相同。在進(jìn)行行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)時(shí)要充分考慮行業(yè)的需求和應(yīng)用場(chǎng)景，以及運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)維管理成本和難度，選擇合適的行業(yè)專網(wǎng)部署方案。

5G時(shí)代行業(yè)應(yīng)用呈現(xiàn)出多元化、復(fù)雜化、個(gè)性化的趨勢(shì)，5G為垂直行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了更為豐富的方案選擇，5G專網(wǎng)可為行業(yè)應(yīng)用拓展大帶寬、高可靠、低時(shí)延、海量物聯(lián)等豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)可提供更強(qiáng)的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全隔離、靈活可控和穩(wěn)定的連接性能。隨著5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善，以及產(chǎn)品的進(jìn)一步成熟，5G行業(yè)專網(wǎng)在垂直行業(yè)的應(yīng)用前景也會(huì)越來越廣，讓越來越多的企業(yè)享受到5G網(wǎng)絡(luò)帶來的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，助各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

*本文刊載于《通信世界》

總第918期 2023年4月25日 第8期

原文標(biāo)題：《5G SA行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)部署研究》

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