基于网络切片技术的广电5G专网部署探讨

毕仲益 蒋轶

摘  要：5G网络已进入全面实施阶段，广电也即将开展5G网络部署，相对于其他运营商的5G业务拓展，广电5G基于网络切片技术专网业务应用将是一个重要的突破口。

关键词：5G;专网;部署方式;网络切片                             中图分类号：TN929.5                         文献标识码：A

本文著錄格式：毕仲益，蒋轶.基于网络切片技术的广电5G专网部署探讨[J].中国传媒科技，2020（8）：26-28.

1. 5G专网分析

2020年，5G网络进入大规模建设阶段，对于运营商建设的公网来说，很多行业用户，需要一个可靠、安全、定制化、低成本、高速率、低时延的企业专网。以前专网一般应用在党政机关、消防、应急以及能源等相关领域，主要满足其安全性、可靠性、私密性、低时延等功能需求，但通常此类专网的建设成本较高、后期维护复杂，同时网络带宽、速率的大小直接影响与建设或租用专网的投资成正比，且以往的专网一般注重保障性、功能性需求。而5G网络的高速率、低时延、大连接，必将在专网领域绽放异彩，因为5G网络的最大价值就在于2B垂直行业市场。未来车联网、智能制造、医疗等各行各业都可能拥有5G专网，以利用5G大带宽、低时延、高可靠、大连接的网络能力和边缘计算，来实现数字化转型，提升生产效率。

1.1 5G专网主要技术

为了实现5G网络核心三大应用场景“eMBB、URLLC、mMTC”，多接入边缘计算MEC技术应运而生，MEC是通过将计算能力、存储能力与业务服务能力向网络边缘迁移，将服务、应用和内容实现本地化、近距离、分布式部署。[1]同时5G网络通过UPF下沉到MEC侧实现边缘网关功能。MEC还可以按照业务不同需求和类型，快速灵活的转发至各个网络，解决回传网络容量压力。MEC的出现，为将来面向“高速率、低时延、大连接”的新业务应用提供了基础能力，满足不同客户对网络能力的差异化要求，广电5G可以定制化建设不同专网，提供个性化的服务。此外，MEC部署到网络边缘，拉进了与末端接入的物理位置，消除了距离产生的网络时延问题，可满足毫秒级极低时延的要求。

网络切片是5G网络的重要技术，也是5G网络根据不同业务需求建设不同功能专网的核心技术。网络切片技术的出现，将满足不同业务场景、不同业务类型以及垂直行业的特定需求。其可以实现从控制面、用户面到无线RAN侧以各类方式共享的端到端的专用网络的配置。且在端到端共享专用网络中，同一个物理共享的网络段中的不同切片内容之间可以实现逻辑上的相互隔离。

5G 网络SA采用服务化架构（Service Based Architecture，SBA）使得其核心网控制面、用户面具备网络切片的功能，无线RAN侧的网络切片功能通过各类帧结构、QoS策略等技术，在满足无线网络各项技术指标的情况下，实现无线RAN侧资源的智能分配，同时实现差异化的切片功能。3GPP定义了网络切片管理功能包括：通信业务、网络切片、网络切片子网三类管理。[2]其作用是将不同需求的数据流映射到相应的网络切片中，对不同的网络切片进行分类管理，并根据不同切片业务的服务级别要求划分至各个切片子网，最后根据其业务重要性、安全性等相关服务级别要求，采用不同级别的承载模式承载，实现统一接入控制，指定切片类型，按功能、租户进行切片管理。

1.2 5G专网的特点

5G网络有三大特点：高速率、低延迟、大接入，但多数客户不需要同时具备三大特点。有些客户希望获得对自己的数据流拥有控制权，并对数据安全的可靠性、安全性、隐私性同时有较高的要求，通过5G公网无法满足客户的个性化需求。5G专网提供了客户定制化网络的自由度，可以根据政企客户特性、使用场所、工作类型、业务性质、安全等级、私密等级等提供不同的配置，在隐私和安全方面都有明显的优势。

2. 5G专网的部署模型

5G网络主要由UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB等网元组成。

UDM即统一数据管理，用于管理用户数据。

5GC CP是5G核心网的控制面功能，其包括AMF、SMF等多种功能，主要用于处理连接、会话、移动性管理，承载信令及控制消息。

UPF是5G核心网的用户面功能，承载数据流量，负责在无线网和互联网之间转发流量、统计流量使用情况、QoS策略实施等。

MEC即多接入边缘计算，将UPF下沉与MEC组成边缘计算节点，将原本需要通过远距离云计算解决的问题，下沉至数据边缘，使得数据在本地就可以完成处理或存储，缩短了网络时延，同时大量数据计算存储均在本地完成，具备更高的安全性、可靠性、功能性。MEC功能作为5G网络的核心功能之一，也是5G专网重要功能之一。

gNB即5G基站。

5G专网主要分为2种类型，一种是由国家授予企业专用频段，企业自建网络;另一种是运营商基于自建的5G公网帮助企业建设各自的专网。本文主要针对第二种类型进行探讨。其主要部署方式即为以上各网元的不同共享程度使用的体现，使其具备不同的功能和网络能力。

2.1授权频段共享构建专网

运营商授权频段共享帮助客户构建专网，与公网完全隔离，该模式下，运营商授权一定的频谱资源给企业，部署5G网络需要的各个网元，建设客户自有的5G专网，如图1。

该专网可以因专网与公网完全隔离，保障了客户数据的绝对安全。大部分网元都是本地部署，使得网络时延低于其他模式。同时该网络独立组建，不与公网连接，其网络可以根据客户需求任意自主扩容、改建，不受运营商公网的限制。但缺点也很突出，因其独立建设全部网元导致建设成本高，且无论是运营商代维或客户自行维护，运维成本相对较高。

2.2 RAN侧共享模式

该模式是客户自行建设UDM、5GC CP、UPF和MEC，不与公网共享，在RAN侧共享运营商的5G基站（gNB），如图2。

这种部署方式中，通过公网与专网的核心网设备来完成切片分类、切片功能，将通过5G基站（gNB）接入的私有或公有设备的数据流，分别接入专网的UPF或公网的UPF，让分别属于专网与公网的数据流，归属到其相应的网络中去。例如某园区内的智慧类业务、物联网信息等相关数据通过专网处理及存储;而客户工作人员的个人手机的语音、上网等数据流仍由公网承载并处理。

该部署方式，除gNB之外，均由客户自建，且目前在RAN 侧收集网络中的数据信息存在相当大的难度，因此能够保证客户数据的安全性，同样也具备网络时延低的功能。虽然在RAN侧進行了共享，但其他网元仍需自建，建设、维护成本任相对较高。

2.3  RAN侧与控制面共享模式

该模式为客户自行部署用户名UPF和MEC，在5G基站（gNB）和控制面5GC-CP、UDM网元进行共享。关于控制面功能的共享即为专网与公网的处理连接、会话、移动性管理，承载信令及控制消息以及数据统一管理均由公网中的网元完成，如图3。

在这种部署方式下，5G基站（gNB），5GC CP 和 UDM专网与公网公用，逻辑上分离，而UPF和MEC则在物理上也是分离的。网络中的5G基站（gNB）和UPF通过N2和N4接口连接5GC CP，因此客户内部数据流的处理和存储都在公网完成，企业的数据安全性会相对差一点。但用户面的UPF和MEC部署在客户内部，网络时延低的功能能够继续得到保障。该类部署与RAN侧共享一样，因为用户面UPF和MEC部署在客户内部，可以应用于URLLC超低时延的场景，适用于大型仓储物流园区、港口实现运输车自动运输、机器人运输等。

2.4公网与专网端到端共享

该模式下共享运营商公网中的5G基站（gNB）、UPF、MEC、5GC CP和UDM，从接入基站到用户面到控制面全部采用共享，仅从逻辑上分离专用网络和公用网络，实际是基于5G公网的端到端通过网络切片技术切出的一个“子网络”，如图4。

这种部署方式中，客户各类数据的完全性、私密性均取决于运营商公网的网络切片能力。同时网络低时延的功能主要取决于运营商的UPF和MEC所在的位置，或可以为重要客户、大型企业单独就近部署UPF和MEC，以保证网络时延。该类部署方式下，同一个5G基站（gNB）接入的专用或公用设备，通过RAN侧、核心网侧的网络切片，分别通过逻辑专网分离传输。该模式的优点是建网成本低、维护成本由运营商负责，同时可以快速建网，有利于短期内部署并实施应用。

2.5 N3 LBO

LBO即Local Break-out，本地疏导，该模式为韩国SK Telecom案例。在专网中引入了MEC DP即MEC的数据面和MEC应用，运营商的MEP将流量规则发送到MEC DP。MEC DP负责在无线RAN侧及核心网之间提供数据转发通路，实现数据流量的本地处理，如图5。

MEC DP具备对N3 GTP数据流的解析处理能力，如MEC DP将5G基站（gNB）的GTP数据包的目标IP地址进行解析，其IP数据包是专网数据流或公网数据流，再将其路由转至相应网络中，从而保障专网数据的安全。该方式采用MEC DP的方式替代传统的UPF是因为MEC DP的建设造价远低于UPF，有利于减少建设成本。同时在数据流的安全性、私密性以及网络时延低方面均具备优势。

2.6 F1 LBO

5G基站可以分为CU（中央单元）、DU（分布单元）和RU（天线单元）三部分，分别用于数据接入功能;处理实时性较高的二层功能;处理RRC、PDCP等高层协议，负责非实时的配置和控制决策。

其中，CU可采用云化部署方式与用户面的UPF和MEC共同部署。DU和RU通过F1接口连接CU，如图6。

从图中可以看出，F1LBO与N3LBO部署方式的差别在于RU＼DU与CU的分离部署的架构。其中RU/DU部署在企业，CU部署在运营商边缘计算节点侧。因此专网流量不再使用MEC DP至UPF的N3接口，而是采用RU＼DU至CU的F1接口。其模式主要取决于运营商5G基站的是否采用CU分离方式。

3.广电5G专网部署

3.1广电5G专网思路

广电5G网络建设起步较晚，没有网络迭代更新负担，广电5G切片专网建设应循序渐进、统筹规划。初期从低确定性的切片应用开始建设和商用推广，逐步向端到端确定性网络演进，以实现商用初期产品的应用到垂直行业的大规模应用需求。广电拥有700M的黄金频段，应充分利用其广覆盖、高上行速率、低时延的优势结合5G移动切片专网大力拓展行业客户、催生新型业务、提高网络价值。目前，政府部门、电力、媒体、银行、工厂和交通等很多行业伙伴已对5G网络切片专网表现出极大的热情，广电5G应借此培育创新业务、实现产业升级。

3.2 广电5G专网部署选择

针对以上六类部署方式，第一种部署方式，成本投入过于巨大，且实现效果仅略优于第二种方式，同时对于广电5G网络，频谱资源是最宝贵的资源，授权频谱、出租频谱的方式不利于长远发展。方式二、三、四各有特色，可以针对不同的客户需求、客户等级采用相应的方式部署：方式二适用于重要的党政机关、公安、应急以及能源等政府管理部门;方式三适用于各类重要企业事业客户如港口、大型机场车站、大型工业园区、物流仓储基地;方式四可以用于各类企业客户，利用其成本低、快速建网的方式，迅速占领市场用户。方式五、六所采用的技术尚未在国内推广，目前阶段不建议在业务应用中推广。

结语

5G切片专网对于广电业务是一个重要的突破口，建设企业专网即能降低大规模建网的建设成本，同时又能快速提升建网效益，形成良性循环。同时针对不同的企业客户类型，结合实际情况，采用不同的部署方式，为专网用户提供最优的方案。

参考文献

[1]刘亚利.5G网络中移动边缘计算的应用展望[J].中国新通信，2018-12-05.

[2]吴晓芳.产业垂直应用加速发展或带动5G专网需求爆发 [N].通信信息报，2020-05-06.

[3]方晓农，梁雪梅.如何构建高效5G核心网？[J].人民邮电，2019-10-10.

作者简介：毕仲益（1973-），男，重庆云阳，网络规划部总经理;蒋轶（1981-），男，江苏溧阳，副所长。