5G SA行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)部署研究

發(fā)布時(shí)間:2023-04-20 05:27:40  |  來(lái)源:通信世界全媒體  

(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(kāi)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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)程中只經(jīng)過(guò)運(yùn)營(yíng)商設(shè)備,不經(jīng)過(guò)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(guò)無(wú)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(kāi)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(wú)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(lái)越廣,讓越來(lái)越多的企業(yè)享受到5G網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)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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