一种面向园区的5G专网部署模式探索

宋 涛

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210000）

1 5G专网简介

1.1 5G专网的概念

所谓专网，是指在特定区域进行网络覆盖，面向特定用户提供通信服务的专有网络。专网不是5G时代的专有名词，2G、3G、4G时代也曾有基于业务需要的少量部署。它是相对于公网而言的，公网的服务对象是公众用户，而专网的服务对象是特定用户，是为特定用户提供网络通信服务的专用网络。5G专用网络则是为特定用户提供5G网络服务的，是在特定区域内具有统一连接性和安全通信方式的网络，属于局域网（Local Area Network，LAN）。

1.2 5G专网的特点

3GPP定义了5G网络的3大场景，包括支持4K高清视频等大流量的增强移动宽带（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）业务场景、海量机器类通信（massive Machine Type of Communication，mMTC） 业 务 场 景以及无人驾驶和工业自动化等需要的低时延、高可靠 连 接（Ultra Reliable Low Latency Communication，URLLC）业务场景。但对用户来说，并不总是同时需要这些业务特性[1]。此外，一些用户希望能够获得对5G网络尽可能大甚至全部的控制权、极高的可靠性、高度的安全性以及隐私性等，但公网想实现这些特定需求难度很大。

5G专网可以根据用户的需求和成本等进行高度定制，可根据实施环境和应用类型提供等级不同的网络配置，在可靠性、隐私性以及安全性等方面极具优势[2]。5G专用网络特征如图1所示。

图1 5G专用网络特征

可用性是在某个考察时间段网络可供用户使用的时间占比，专网要求最大的可用性。可靠性是度量网络性能好坏的指标，指在一定时间内传输一定量业务的能力，网络覆盖质量越好、容量越大，业务切换功能越强，可靠性越高。互通性要求网络有一定的灵活性。服务质量是指利用各种基础技术，为特定的网络通信提供高质量服务的能力，具体指标包括延迟、丢包率以及抖动等[3-5]。安全性是指专网采用网络隔离和身份验证等多种方式来保护数据，甚至实现数据不出园区。

2 5G专网建设模式

5G标准还在不断更新，网络切片能力不断向前发展，独立性强的5G专网建设面临的主要问题是频谱获取难。频谱是一种有限资源，这类资源的使用需要得到国家相关部门的授权和审批。在专用频谱获取难度大的现实情况下，采用非授权频谱和共享频谱的方式作为部署专网的选择。

2020年前，5G行业应用较少，产业链不成熟，但专网专用的网络设备和终端价格都较高，因此国内对5G专网专频的态度非常谨慎。另外，业内也在研究5G专网专频的必要性和可行性，同时积极探索专网的具体部署模式。

目前，三大运营商都推出了自己的5G专网商用产品。中国电信发布了《中国电信5G定制网产品手册》，其5G专网部署分为致远、比邻以及如翼3种模式；中国移动发布5G专网产品体系2.0，其5G专网分为优享、专享以及尊享3种模式；中国联通则发布了《中国联通5G行业专网白皮书》，其专网分为虚拟专网、混合专网以及独立专网3种部署方式。3者的共同点是基于3GPP定义，产品标准化属性强，且各自的定制专网分类也非常相似[6-8]。

仔细研究三大运营商的5G专网产品就会发现，虽然各自对其5G专网部署模式的命名不同，但都采用了相似的基本架构，使用了公用的5G频谱，实际上部署模式分别是公网完全共享、与公网部分共享以及独立部署，具体产品对应关系如表1所示。

表1 三大运营商5G专网模式

3 基于某运营商5G定制网的建设案例

3.1 项目背景

客户为某公司研究中心，是山西省内一流的高科技科研院，原在省会，现将搬迁往新址，迫切需要在新址定制先进的5G网络环境，以支撑其生产研发智能化，且满足其基于5G的自动化控制等生产研发。

客户需求技术参数层面要求实现端到端时延10 ms左右，连接数为500～10000，核心网实现双活热备，保障业务不中断。专网专用要求数据不出园区，满足园区内实验室至园区互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）机房的数据交互，满足网络安全等保三级要求。此外还需满足园区内办公场和实验室员工手机上网及通话等基本需求，满足后续5G环境下的科研需求，提供专用基站及专用频段匹配方案，避免后期同公网产生冲突。

3.2 整体建设方案

通过与客户的反复沟通和讨论，根据客户的业务需求和预算计划，本案例选择独立组网模式，分别对应三大运营商的尊享、如翼和独立专网模式进行建设，按照客户组网技术要求和覆盖规模等，确定建设方案。用户面功能（User Plane Function，UPF）下沉，暂不进行5GC下沉方案建设，后续根据业务具体需求进行建设。

根据业务需求，采用独享式UPF进行部署，基于省级5GC进行信令承载，基于园区级UPF进行专网数据承载。下沉部署园区边缘UPF，实现本地数据在园区内分流卸载，满足业务更低时延以及客户明确的数据管控需求。某客户5G定制专网具体网络结构如图2所示。

图2 某客户5G定制专网架构

业务流程如下：（1）控制信令，信令通过园区5G基站和园区UPF与运营商公网的新旧址5GC SA核心节点进行控制（出园区网络，仅涉及5G网络移动设备信令控制管理）；（2）业务数据，本方案采取5G网络专网建设方案，轻量级UPF下沉部署在企业机房内，同时下沉STN A设备至园区附近运营商机房，园区内轻量级UPF和5G基站下挂在同一个STN A设备下，实现整体业务数据仅在园区内路由，控制在园区中，满足园区数据大带宽、低时延以及高可靠的要求[9]。

3.3 UPF建设方案

本项目UPF覆盖范围包括园区内的各类5G终端，所有园区内数据流仅在园区内路由，本期新建1套UPF，使用UPF-N6接口对接园区内网，保证数据不出园区。根据前期项目调研，本期工程满足500端ToB集约用户规模，终端类型全部为5G-SA类型。时延要求满足端到端小于20 ms，总吞吐量要求小于10 Gb/s，5G ToB终端的承载数为500端，需支持后期平滑扩容。

本方案中UPF采用独享方式进行部署，为用户提供5G数据服务。部署位置为园区内部，由客户选定已有机房。设备方面，考虑到投资，本案例中选用运营商自研的轻量级UPF产品。该产品配置最大支持10 Gb/s的处理能力，UPF设备挂接承载网、连接基站、大网5GC，可以满足用户需求。

为实现对UPF专网设备的采集与管理，本案例中新建1套UPF网管系统，配置2台网管服务器主机和2台网管交换机，实现网元告警管理、版本升级、性能数据查询、日志管理以及资源配置管理等。此外，在园区机房部署1套独享型UPF，UPF使用裸纤的方式就近接入STN-A设备，通过STN网络实现与5GC互通。UPF与园区内网之间通过N6接口访问，部署1对防火墙实现定制专网和企业内网的隔离。防火墙和企业内网开通光纤直连链路，UPF通过防火墙接入企业内网[10]。

3.4 承载网建设方案

承载网的需求取决于无线侧，本次5G覆盖方案无线侧共规划新增1台BBU。为了接入园区新增BBU，在园区数据机房新增1端STN A1设备，通过双10G链路上联至运营商现有STN网络。采用光缆承载设备间的数据链路、园区内研发楼、新能源入网检测室、节能环保检测室、特高压实验室，外部网络之间采用光缆连接，保障大容量数据的安全连接。

园区内，楼与楼之间的光缆采用管道方式敷设，可最大限度地保障业务的安全。在园区内每层楼的竖井中设置1个分纤点，使用光纤分纤箱下带业务。楼内光缆采用竖井、桥架敷设方式，分纤箱至用户点全部采用暗管敷设，做到完全隐蔽。

3.5 无线网建设方案

该园区包括1栋研发楼、1栋新能源入网检测室、1栋节能环保检测室以及1栋特高压实验室。考虑到5G频段较高，室外覆盖室内无法满足覆盖效果，因此本实施案例中5G无线网覆盖方案采用新型有源室分技术针对性覆盖，有源室分系统主要由基带处理单元（Building Base band Unit，BBU）、汇聚单元以及安装于天花板、墙面等位置的微型射频拉远端单元组成。BBU与汇聚单元之间采用光纤连接，汇聚单元与微型射频拉远端单元之间采用光电复合缆连接，微型射频拉远端单元实现射频信号处理与发射功能。采用有源室分覆盖方式可实现室内99%以上有效覆盖。

4 运营模式

运营商与园区合作建设5G定制网络，满足该科研园区科研工作及员工使用。室外信号覆盖由公网负责，室内信号覆盖及实验室5G环境搭建由园区出资，运营商负责承建及后续维护。运营商还免费为客户优化4G网络及语音网络，包括室外基站建设和室内分布建设，确保园区员工可同时享受4G和5G网络，可平滑从4G过渡到5G。此外运营商与用户签订5G战略合作协议，成立5G联合实验室，共同开展5G环境下的应用开发，共同发布5G科研成果，并在各自领域推广应用。

5 结 论

目前，全国5G网络建设已延伸至市县，相对于2G、3G、4G通信时代，5G发挥技术优势的主要阵地应是ToB领域，其核心作用在于对传统行业赋能。截止目前，虽然行业内还没有革命性的应用出现，但在今后，尤其是在新基建政策的影响下，5G行业应用将有巨大的发展空间。三大运营商推出5G定制专网方案正当其时，有理由相信，5G定制专网将是未来一两年内的热点，将带来通信行业乃至信息化行业的大发展。