基于網絡切片技術的廣電5G專網部署探討

畢仲益 蔣軼

摘? 要：5G網絡已進入全面實施階段，廣電也即將開展5G網絡部署，相對于其他運營商的5G業(yè)務拓展，廣電5G基于網絡切片技術專網業(yè)務應用將是一個重要的突破口。

關鍵詞：5G;專網;部署方式;網絡切片? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?中圖分類號：TN929.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

本文著錄格式：畢仲益，蔣軼.基于網絡切片技術的廣電5G專網部署探討[J].中國傳媒科技，2020（8）：26-28.

1. 5G專網分析

2020年，5G網絡進入大規(guī)模建設階段，對于運營商建設的公網來說，很多行業(yè)用戶，需要一個可靠、安全、定制化、低成本、高速率、低時延的企業(yè)專網。以前專網一般應用在黨政機關、消防、應急以及能源等相關領域，主要滿足其安全性、可靠性、私密性、低時延等功能需求，但通常此類專網的建設成本較高、后期維護復雜，同時網絡帶寬、速率的大小直接影響與建設或租用專網的投資成正比，且以往的專網一般注重保障性、功能性需求。而5G網絡的高速率、低時延、大連接，必將在專網領域綻放異彩，因為5G網絡的最大價值就在于2B垂直行業(yè)市場。未來車聯(lián)網、智能制造、醫(yī)療等各行各業(yè)都可能擁有5G專網，以利用5G大帶寬、低時延、高可靠、大連接的網絡能力和邊緣計算，來實現(xiàn)數(shù)字化轉型，提升生產效率。

1.1 5G專網主要技術

為了實現(xiàn)5G網絡核心三大應用場景“eMBB、URLLC、mMTC”，多接入邊緣計算MEC技術應運而生，MEC是通過將計算能力、存儲能力與業(yè)務服務能力向網絡邊緣遷移，將服務、應用和內容實現(xiàn)本地化、近距離、分布式部署。[1]同時5G網絡通過UPF下沉到MEC側實現(xiàn)邊緣網關功能。MEC還可以按照業(yè)務不同需求和類型，快速靈活的轉發(fā)至各個網絡，解決回傳網絡容量壓力。MEC的出現(xiàn)，為將來面向“高速率、低時延、大連接”的新業(yè)務應用提供了基礎能力，滿足不同客戶對網絡能力的差異化要求，廣電5G可以定制化建設不同專網，提供個性化的服務。此外，MEC部署到網絡邊緣，拉進了與末端接入的物理位置，消除了距離產生的網絡時延問題，可滿足毫秒級極低時延的要求。

網絡切片是5G網絡的重要技術，也是5G網絡根據不同業(yè)務需求建設不同功能專網的核心技術。網絡切片技術的出現(xiàn)，將滿足不同業(yè)務場景、不同業(yè)務類型以及垂直行業(yè)的特定需求。其可以實現(xiàn)從控制面、用戶面到無線RAN側以各類方式共享的端到端的專用網絡的配置。且在端到端共享專用網絡中，同一個物理共享的網絡段中的不同切片內容之間可以實現(xiàn)邏輯上的相互隔離。

5G 網絡SA采用服務化架構（Service Based Architecture，SBA）使得其核心網控制面、用戶面具備網絡切片的功能，無線RAN側的網絡切片功能通過各類幀結構、QoS策略等技術，在滿足無線網絡各項技術指標的情況下，實現(xiàn)無線RAN側資源的智能分配，同時實現(xiàn)差異化的切片功能。3GPP定義了網絡切片管理功能包括：通信業(yè)務、網絡切片、網絡切片子網三類管理。[2]其作用是將不同需求的數(shù)據流映射到相應的網絡切片中，對不同的網絡切片進行分類管理，并根據不同切片業(yè)務的服務級別要求劃分至各個切片子網，最后根據其業(yè)務重要性、安全性等相關服務級別要求，采用不同級別的承載模式承載，實現(xiàn)統(tǒng)一接入控制，指定切片類型，按功能、租戶進行切片管理。

1.2 5G專網的特點

5G網絡有三大特點：高速率、低延遲、大接入，但多數(shù)客戶不需要同時具備三大特點。有些客戶希望獲得對自己的數(shù)據流擁有控制權，并對數(shù)據安全的可靠性、安全性、隱私性同時有較高的要求，通過5G公網無法滿足客戶的個性化需求。5G專網提供了客戶定制化網絡的自由度，可以根據政企客戶特性、使用場所、工作類型、業(yè)務性質、安全等級、私密等級等提供不同的配置，在隱私和安全方面都有明顯的優(yōu)勢。

2. 5G專網的部署模型

5G網絡主要由UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB等網元組成。

UDM即統(tǒng)一數(shù)據管理，用于管理用戶數(shù)據。

5GC CP是5G核心網的控制面功能，其包括AMF、SMF等多種功能，主要用于處理連接、會話、移動性管理，承載信令及控制消息。

UPF是5G核心網的用戶面功能，承載數(shù)據流量，負責在無線網和互聯(lián)網之間轉發(fā)流量、統(tǒng)計流量使用情況、QoS策略實施等。

MEC即多接入邊緣計算，將UPF下沉與MEC組成邊緣計算節(jié)點，將原本需要通過遠距離云計算解決的問題，下沉至數(shù)據邊緣，使得數(shù)據在本地就可以完成處理或存儲，縮短了網絡時延，同時大量數(shù)據計算存儲均在本地完成，具備更高的安全性、可靠性、功能性。MEC功能作為5G網絡的核心功能之一，也是5G專網重要功能之一。

gNB即5G基站。

5G專網主要分為2種類型，一種是由國家授予企業(yè)專用頻段，企業(yè)自建網絡;另一種是運營商基于自建的5G公網幫助企業(yè)建設各自的專網。本文主要針對第二種類型進行探討。其主要部署方式即為以上各網元的不同共享程度使用的體現(xiàn)，使其具備不同的功能和網絡能力。

2.1授權頻段共享構建專網

運營商授權頻段共享幫助客戶構建專網，與公網完全隔離，該模式下，運營商授權一定的頻譜資源給企業(yè)，部署5G網絡需要的各個網元，建設客戶自有的5G專網，如圖1。

該專網可以因專網與公網完全隔離，保障了客戶數(shù)據的絕對安全。大部分網元都是本地部署，使得網絡時延低于其他模式。同時該網絡獨立組建，不與公網連接，其網絡可以根據客戶需求任意自主擴容、改建，不受運營商公網的限制。但缺點也很突出，因其獨立建設全部網元導致建設成本高，且無論是運營商代維或客戶自行維護，運維成本相對較高。

2.2 RAN側共享模式

該模式是客戶自行建設UDM、5GC CP、UPF和MEC，不與公網共享，在RAN側共享運營商的5G基站（gNB），如圖2。

這種部署方式中，通過公網與專網的核心網設備來完成切片分類、切片功能，將通過5G基站（gNB）接入的私有或公有設備的數(shù)據流，分別接入專網的UPF或公網的UPF，讓分別屬于專網與公網的數(shù)據流，歸屬到其相應的網絡中去。例如某園區(qū)內的智慧類業(yè)務、物聯(lián)網信息等相關數(shù)據通過專網處理及存儲;而客戶工作人員的個人手機的語音、上網等數(shù)據流仍由公網承載并處理。

該部署方式，除gNB之外，均由客戶自建，且目前在RAN 側收集網絡中的數(shù)據信息存在相當大的難度，因此能夠保證客戶數(shù)據的安全性，同樣也具備網絡時延低的功能。雖然在RAN側進行了共享，但其他網元仍需自建，建設、維護成本任相對較高。

2.3? RAN側與控制面共享模式

該模式為客戶自行部署用戶名UPF和MEC，在5G基站（gNB）和控制面5GC-CP、UDM網元進行共享。關于控制面功能的共享即為專網與公網的處理連接、會話、移動性管理，承載信令及控制消息以及數(shù)據統(tǒng)一管理均由公網中的網元完成，如圖3。

在這種部署方式下，5G基站（gNB），5GC CP 和 UDM專網與公網公用，邏輯上分離，而UPF和MEC則在物理上也是分離的。網絡中的5G基站（gNB）和UPF通過N2和N4接口連接5GC CP，因此客戶內部數(shù)據流的處理和存儲都在公網完成，企業(yè)的數(shù)據安全性會相對差一點。但用戶面的UPF和MEC部署在客戶內部，網絡時延低的功能能夠繼續(xù)得到保障。該類部署與RAN側共享一樣，因為用戶面UPF和MEC部署在客戶內部，可以應用于URLLC超低時延的場景，適用于大型倉儲物流園區(qū)、港口實現(xiàn)運輸車自動運輸、機器人運輸?shù)取?/p>

2.4公網與專網端到端共享

該模式下共享運營商公網中的5G基站（gNB）、UPF、MEC、5GC CP和UDM，從接入基站到用戶面到控制面全部采用共享，僅從邏輯上分離專用網絡和公用網絡，實際是基于5G公網的端到端通過網絡切片技術切出的一個“子網絡”，如圖4。

這種部署方式中，客戶各類數(shù)據的完全性、私密性均取決于運營商公網的網絡切片能力。同時網絡低時延的功能主要取決于運營商的UPF和MEC所在的位置，或可以為重要客戶、大型企業(yè)單獨就近部署UPF和MEC，以保證網絡時延。該類部署方式下，同一個5G基站（gNB）接入的專用或公用設備，通過RAN側、核心網側的網絡切片，分別通過邏輯專網分離傳輸。該模式的優(yōu)點是建網成本低、維護成本由運營商負責，同時可以快速建網，有利于短期內部署并實施應用。

2.5 N3 LBO

LBO即Local Break-out，本地疏導，該模式為韓國SK Telecom案例。在專網中引入了MEC DP即MEC的數(shù)據面和MEC應用，運營商的MEP將流量規(guī)則發(fā)送到MEC DP。MEC DP負責在無線RAN側及核心網之間提供數(shù)據轉發(fā)通路，實現(xiàn)數(shù)據流量的本地處理，如圖5。

MEC DP具備對N3 GTP數(shù)據流的解析處理能力，如MEC DP將5G基站（gNB）的GTP數(shù)據包的目標IP地址進行解析，其IP數(shù)據包是專網數(shù)據流或公網數(shù)據流，再將其路由轉至相應網絡中，從而保障專網數(shù)據的安全。該方式采用MEC DP的方式替代傳統(tǒng)的UPF是因為MEC DP的建設造價遠低于UPF，有利于減少建設成本。同時在數(shù)據流的安全性、私密性以及網絡時延低方面均具備優(yōu)勢。

2.6 F1 LBO

5G基站可以分為CU（中央單元）、DU（分布單元）和RU（天線單元）三部分，分別用于數(shù)據接入功能;處理實時性較高的二層功能;處理RRC、PDCP等高層協(xié)議，負責非實時的配置和控制決策。

其中，CU可采用云化部署方式與用戶面的UPF和MEC共同部署。DU和RU通過F1接口連接CU，如圖6。

從圖中可以看出，F(xiàn)1LBO與N3LBO部署方式的差別在于RU＼DU與CU的分離部署的架構。其中RU/DU部署在企業(yè)，CU部署在運營商邊緣計算節(jié)點側。因此專網流量不再使用MEC DP至UPF的N3接口，而是采用RU＼DU至CU的F1接口。其模式主要取決于運營商5G基站的是否采用CU分離方式。

3.廣電5G專網部署

3.1廣電5G專網思路

廣電5G網絡建設起步較晚，沒有網絡迭代更新負擔，廣電5G切片專網建設應循序漸進、統(tǒng)籌規(guī)劃。初期從低確定性的切片應用開始建設和商用推廣，逐步向端到端確定性網絡演進，以實現(xiàn)商用初期產品的應用到垂直行業(yè)的大規(guī)模應用需求。廣電擁有700M的黃金頻段，應充分利用其廣覆蓋、高上行速率、低時延的優(yōu)勢結合5G移動切片專網大力拓展行業(yè)客戶、催生新型業(yè)務、提高網絡價值。目前，政府部門、電力、媒體、銀行、工廠和交通等很多行業(yè)伙伴已對5G網絡切片專網表現(xiàn)出極大的熱情，廣電5G應借此培育創(chuàng)新業(yè)務、實現(xiàn)產業(yè)升級。

3.2 廣電5G專網部署選擇

針對以上六類部署方式，第一種部署方式，成本投入過于巨大，且實現(xiàn)效果僅略優(yōu)于第二種方式，同時對于廣電5G網絡，頻譜資源是最寶貴的資源，授權頻譜、出租頻譜的方式不利于長遠發(fā)展。方式二、三、四各有特色，可以針對不同的客戶需求、客戶等級采用相應的方式部署：方式二適用于重要的黨政機關、公安、應急以及能源等政府管理部門;方式三適用于各類重要企業(yè)事業(yè)客戶如港口、大型機場車站、大型工業(yè)園區(qū)、物流倉儲基地;方式四可以用于各類企業(yè)客戶，利用其成本低、快速建網的方式，迅速占領市場用戶。方式五、六所采用的技術尚未在國內推廣，目前階段不建議在業(yè)務應用中推廣。

結語

5G切片專網對于廣電業(yè)務是一個重要的突破口，建設企業(yè)專網即能降低大規(guī)模建網的建設成本，同時又能快速提升建網效益，形成良性循環(huán)。同時針對不同的企業(yè)客戶類型，結合實際情況，采用不同的部署方式，為專網用戶提供最優(yōu)的方案。

參考文獻

[1]劉亞利.5G網絡中移動邊緣計算的應用展望[J].中國新通信，2018-12-05.

[2]吳曉芳.產業(yè)垂直應用加速發(fā)展或帶動5G專網需求爆發(fā) [N].通信信息報，2020-05-06.

[3]方曉農，梁雪梅.如何構建高效5G核心網？[J].人民郵電，2019-10-10.

作者簡介：畢仲益（1973-），男，重慶云陽，網絡規(guī)劃部總經理;蔣軼（1981-），男，江蘇溧陽，副所長。