5G专网的发展及安全分析

陈宝民

（北京市合力电信有限公司 北京市 100010）

在前四代通信技术变革中都是以“人”作为数据传输的核心，而到了第五代移动通信络，“物”的地位大幅提升，“物与物”、“人与物”万物的联通，打开了一个庞大的通信网络产业链。随着R16 标准的冻结，网络向垂直行业拓展发力，三大运营商SA 网络的逐步成熟，mMTC（超大连接）、URLLC（超低时延）在5G 网络获得了强有力的支持，ToC 网络已初步满足5G 用户的大体需求。ToB 网络的建设，为运营商业务发展提供了更多的机会。5G 2B 网络为企业在八个业务应用发面提供了强有里的支撑。

1 5G 2B技术情况

随着5G 网络大规模建设的推进，R16 标准的冻结，5G网络向垂直行业拓展开始发力，特别是三大运营商SA 网络的逐步成熟，mMTC（超大连接）、URLLC（超低时延）在5G 网络获得了支持， ToC 网络已初步满足5G 用户的大体需求。而ToB 功能方面，云计算通过构成大型数据中心（计算机资源池），使企业和个人用户能够从数据中心按需获取计算、储存和信息等服务，而无需自己购买和维护计算机设备。对于工业中使用的大量智能终端的联网，多人游戏对战、智能理货、产线远程控制等大带宽、低时延、多联接的业务应用，多址边缘计算MEC 增强（本地服务器发现，数据本地过滤（业务链支持），本地能力开放，无缝应用迁移）、切片模板度量参数可控（控制面对切片用户数、会话数、带宽控制）、人工智能等的发展，在移动网络边缘即近用户端提供5G 服务，实时完成移动网络边缘的业务处理，为ToB专网的不同定制方式提供了强有力的支持，详见图1。

图1：5G 2B 技术情况

1.1 SA 组网

SA 组网方案是一个完全独立的5G 网络架构，5G NR与5GC 之间直接形成共联，无需完全依赖于4G 网就可成功控制通信信令。在操作核心网时可以协同并联5G、4G。SA组网仅需核心网MME 升级后，即可支持N26 接口，但是基站的升级需求较少，可以通过切换4G、5G 之间参数来实现。要注意的是，4G/5G 基站可异厂家组网，无需终端双连接。

SA 是5G 网络发展的目标网。 eMBB（超高带宽）/mMTC（超大连接）/URLLC（超低时延）全业务场景及网络切片。

控制面走5G，核心网需引入New Core。

按照国内网络建设及技术演进分析，优选option2 作为SA 方案。

SA 组网络方案：

（1）如图2 在Option 2 架构中，所用架构为端端之间的5G 组网，将5G 组网标准用于平台终端、无线空口与核心网，此外gNodeB 以及UE 同样包含于此架构内。

图2：SA 是5G 网络发展的目标网

（2）通过NG 接口实现5GC 与gNodeB 之间相连，经Xn 接口连接此架构各gNodeB，Uu 接口则负责连接gNodeB与UE。

网元描述：

（1）5GC：5G 核心网，主要包括AMF(Access and Mobility ManagementFunction)和UPF(User Plane Function)，分别负责UE 接入权限、移动管理功能和用户面管理功能。

（2）gNodeB：主要包括基带处理单元，无线设备以及天线，用于传送业务和信令。

（3）UE：5G 终端。

（4）NG 接口：包括NG‐C 接口和NG‐U 接口，分别实现NG 控制面功能和NG 用户面功能。

（5）Xn 接口：包括Xn‐C 接口和Xn‐U 接口，分别实现Xn 控制面功能和Xn 用户面功能。

（6）Uu 接口：包括Uu‐C 和Uu‐U 接口，分别实现Uu控制面功能和Uu 用户面功能。

1.2 网络切片

网络切片是一个端到端的逻辑子网，包括核心网络（控制平面和用户平面）、无线接入网络、IP 承载网络和传输网络，需要多域协作，不同的网络切片可以共享资源或相互隔离。网络切片核心网络控制平面，采用面向服务的体系结构部署，客户机使用软件传输加速、硬件加速和其他技术，从而实现平衡客户机部署灵活性和处理性能，并满足服务传输性能要求。如果想要确保系统容量、频谱运行效率，以及组网通信质量等指标均正常，无线网络部分应注重中空时间频率资源的利用率，采用灵活的帧结构、QoS 和多个网络组合。智能调度技术资源和灵活的无线网络参数配置功能可帮助区分切片，在 3GPP 中定义网络切片管理功能，包括通信服务管理、网络切片管理和网络切片子网管理。通信服务管理功能将服务要求映射到网络切片要求，管理功能可以放置和管理切片，并将整个网络切片中的 SLA 拆分为不同的切片子网（例如核心网络切片子网、无线网络切片子网和承载网络切片子网）。网络切片子网管理功能，将 SLA 映射到网络服务实例和配置要求，为 MANO 分配说明，并通过 MANO部署网络资源。主机网络的资源调度是通过与主机网络管理系统协作实现的。

1.3 多址边缘计算MEC

MEC 实现了业务计算、存储等功能网络边缘化，可以在多址分布式部署架构中，完成业务、内容的近距离部署，这样即可满足5GeMBB、URLLC 和mMTC 不同技术场景中的多项业务需求。不仅如此MEC 还可以对网络相关信息数据做到充分挖掘利用，充分感知网络的上下文信息，并开放用于第三方业务，真正提升网络智能化水平，可以促进网络业务深度融合。考虑到未来5G时代下的固定、移动网络性能，为了进一步缓解5G 移动网络流量，回传网络压力，提升保障多网络下的一致性用户体验，构建统一MEC 实现了固定网和移动网的边缘聚合。

MEC 必须同时支持多个访问，例如移动网络、固定网络和 WLAN。5G 网络边缘网关由UPF 下沉实现，同时，MEC 可以灵活地路由到不同的网络，以适应不同的业务类型和要求，从而减轻网络反向传输的压力，还可提供多网络协作轴承，用于固定迁移。MEC 可以支持多个网络，以统一的方式共享和部署边缘 CDN 资源，或使用现有 CDN 资源。通过修改网络 (CDN) 中心 CDN 边缘，从而有效提高用户多网络服务体验，保证整个服务过程的性能一致，这样用户在多个网络切换使用过程中，可以无任何影响的自由切换。于此同时，MEC 还为新的业务应用程序（AR/VR、校园本地应用程序等）提供低延迟、快速、高计算复杂性的本地化部署和运营环境，以满足企业用户的需求。针对低时延URLLC 业务，能最大化满足时延技术要求，充分降低MEC且与网络所在边缘位靠近处，从而最大化降低网络传输过程中的时延影响，真正满足了毫秒级传输、极低时延的业务需求。部署5G MEC 还可以应用时延及业务覆盖为依据部署规划。根据网络设施的 DC 转换趋势，选择相应级别的数据中心，包括 Metrocore DC 和边缘 DC。

2 5G 2B情况及运营商网络比较

2.1 5G 2B专网发展情况

从目前网络发展来看，4G 网络已基本上满足了ToC 业务的需要，人与人之间的连接也已经达到了饱和状态，虽然5G 大带宽能够给用户带来更好的体验，但为个人用户提供的服务与4G 提供的服务并没有太多本质区别。而5G 中mMTC、URLLC 等新功能，主要应用于万物互联、企业工业智造等方面，运营商5G 收入将更多从服务和企业客户获得，同时业务赋能服务将远超连接，ToB 业务将成为重点发展的方向。5G 网络将从“电信服务”转向“行业专业服务

想要充分利用5G ToB 市场，可以为各大企业部署5G专用网络。 参与垂直行业的 5G 专用网络，对于现有的两大分支：专频或切片，一个由主管机构发布的专用频带，用于构建专属5G 网络。运营商通过网络切片技术使用UPF 分流，用户的数据即可直接发送到内部网。运营商构建面向企业的5G 专用网络，企业使用运营商频率无需必须使用特定频段。

目前，在国外发展公共网络的国家（地区）中，管理部门只为 5G 专用网络分配了频带，目前专用网络的发展已达到一定的规模。 以德国为例，将3.7 GHz 至3.8 GHz 的专用频带分配给5G 专用网络，并于2019 年11 月向工业智能制造业企业用户发布了10 年使用许可申请，主要用于工业4.0制造。而国内5G专网，则要基于运营商网络建设频段为依据，充分利用运营商5G 网络及MEC、网络切片等技术，建设专用5G 网络，融合部署通信架构缩减建设周期，减少不必要的成本，实现跨大区企业专网的互通。

2.2 5G 2B业务场景分析及主要业务应用

如表1 所示。

表1：5G 2B 业务场景分析及主要业务应用

按照现有国内5G 2B 发展来看，5G 2B 业务主要分为八个业务应用：

（1）工业制造：机器视觉、园区监控 ；PLC 控制、AGV、AR 辅助 ；数据采集、资产盘点。

（2）矿山：远程控制、辅助驾驶 ；数据采集、视频监控；井下话音通信。

（3）钢铁冶炼：无人天车、AI配煤、数据采集、表面质检、库房资产、视频监控。

（4）港口：龙门吊、桥吊远程控制、IGV 集卡控制、视频监控与AI 识别。

（5）电力：用电信息采集、配电自动化、精准负荷、输电线路、变电站移动巡检。

（6）医疗：医疗救护车、移动查房、无线监护、远程会诊、远程示教。

（7）交通：数据采集、行为分析、轨交、公路AI 检测、交通治理、娱乐服务。

（8）教育：VR、远程教育、互动教育、双师课堂、平安校园。

2.3 国内三家运营商2B网络架构及比较

2.3.1 中国电信2B 网络情况

以省份为主体，端到端选择同厂家，2B 和 2C 网络融合，推出了致远、比邻、如翼三种网络结构，为解决企业不同需求提供了不同的解决方式。如图3 所示。

图3：中国电信2B 网络情况

2.3.2 中国联通2B 网络情况

2C 和2B 两张物理网络独立规划，大区建设，2B 一朵云单厂家，在一朵云战略基础上推进MEC。构建“区域+本地”的两级云化架构，提出未来网络云化架构（6+2）大区部署布局。

5GC“一朵云”代替多张网，实现无地域差异的全国一张网， 支持2B/2C 差异化，支撑全网集约化运维。

2.3.3 中国移动2B 网络情况

2C 和2B 两张物理网络独立规划，大区建设，2B 两个厂家各自一个平面 。地市级集团统一规划建设，一步到位。

地市作为PSA 主锚点，辅助园区入驻业务灵活分流，建设共享UPF，移动专网分流到园区，敏感业务园区本地处理。园区入驻UPF 容量按需规划，地市共享做大MEC，园区本地双节点容灾，实现可靠连接。

从上面情况来看，三大运营商的5G 专网架构基本一致，都可以灵活满足行业客户的差异化诉求。而对于企业来说，由运营商为企业建设网络，从安全方面来看，提高了企业网络安全等级；从方便来看，企业员工不用对个人移动终端进行特殊配置，运营商能够很好的解决个人移动业务的需求；从部署能力来看，现阶段运营商有大量的不同业务的案例，能够轻松的为企业提供园区本地、跨大区的解决方案及部署能力，为企业提供了更多便利；从成本来看，运营商有专业的建设队伍、专业的维护队伍，为企业节省了大量的成本。

3 5G 2B网络安全分析

5G 2B 网络为了实现用户侧的多种方式，边缘节点面临场景多，边界泛化，网元下沉、暴露面增多、现网安全措施薄弱等安全防护挑战。5G 边缘节点安全风险，主要包括：5G 边缘节点对5GC 公网带来的安全风险和5G 边缘节点自身面临的安全风险。如图4 所示。

图4：中国移动2B 网络情况

风险点1：下沉网元对5GC 的攻击。

由于客户防护等级不同，基本上无法达到运营商的安全级别，下沉网元容易被恶意攻击，通过5GC 连接接通道，将风险引入5GC 公网。

风险点2：下沉UPF 自身风险。

下沉UPF 网元自身存在安全漏洞，配置不当导致被非授权介入或控制的风险

风险点3：下沉UPF 与MEC 横向攻击风险。

下沉UPF 与MEC 之间可能存在横向攻击的安全风险。如果下沉UPF 和MEC 为一体机形式，还可能存在彼此间的资源被挤占风险。

对于上述风险，5G 边缘节点要加强5GC 公网与5G 定制网边缘节点的安全隔离。根据下沉网元的部署和可信度，对5GC 公网和5G 定制网的VPN 进行适度分割，并引入相应的安全网关、防火墙等。

4 结论及建议

5G 网络建设进入快车道，ToC 网络正以前所未有的态势飞速发展，已基本上满足了个人用户的连接需要。而运营商要想在5G 上有所建树，5G ToB 网络覆盖仍需加大力度。目前国内运营商都按照各自能力及网络部署情况推出了各自的ToB 网络覆盖方案，应用案例也基本上覆盖了现有企业的业务，但运营商不能只盯着5G ToB 网络的建设，而是要为企业提供更智能的服务，为企业的智能化发展提供更好的解决思路，与企业一起促进发展，运营商要抓住现阶段的有利形式，加快5G ToB 业务。而未来，互联网公司也会对5G相关产业融合介入，5G 专网将不仅由运营商提供，互联网公司也可以为企业提供5G 核心网或者业务平台等服务，拓展更多的行业应用维度，将会对运营商的5G ToB 业务带来强力的挑战。