5G專網(wǎng)的部署探討

史庭祥 李立平 劉慶華

1 中興通訊股份有限公司 南京 210012

2 移動網(wǎng)絡(luò)和移動多媒體技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 深圳 518055

引言

5G 應(yīng)用的三大場景中，除eMBB主要面向個(gè)人消費(fèi)者市場外，mMTC和uRLLC屬于物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)應(yīng)用范疇。前者即5G網(wǎng)絡(luò)加持物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，助力開啟萬物互聯(lián)時(shí)代，從智慧城市、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到智能家居、新零售；后者是5G網(wǎng)絡(luò)特有的超低時(shí)延、高可靠性技術(shù)和垂直行業(yè)的應(yīng)用相結(jié)合，使得5G真正滿足從智能制造、實(shí)時(shí)控制到無人機(jī)、自動駕駛、智能電網(wǎng)等[1-3]行業(yè)需求。

通常，這些應(yīng)用來自專網(wǎng)市場的客戶，即政企客戶，其典型應(yīng)用如V2X車聯(lián)網(wǎng)、機(jī)場、工業(yè)園區(qū)等。所謂5G專網(wǎng)，即5G專用網(wǎng)絡(luò)(5G Private Network)，是一種局域網(wǎng)，它將使用5G技術(shù)創(chuàng)建具有統(tǒng)一連接性、優(yōu)化服務(wù)和特定區(qū)域內(nèi)安全通信方式的專用網(wǎng)絡(luò)。5G助力專網(wǎng)市場，提供5G服務(wù)使能和基礎(chǔ)連接使能。預(yù)計(jì)到2022年，5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)收入將實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)，運(yùn)營商復(fù)合增長率將進(jìn)一步提升，2026年在5G推動下，面向2B的專網(wǎng)市場的收入有望和消費(fèi)者市場(2C)持平。機(jī)構(gòu)曾預(yù)測2020~2027年間的復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)達(dá)到37.8%，而北美以31.2%的份額處于該市場的主導(dǎo)地位[4]。

傳統(tǒng)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)承載整個(gè)園區(qū)的信息化系統(tǒng)，而可靠的局域網(wǎng)系統(tǒng)則可保障信息化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。專網(wǎng)市場面向的園區(qū)場景，如圖1所示。圖中，園區(qū)作為智能化社會的縮影，引入5G技術(shù)有利于將運(yùn)營商的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和園區(qū)定制業(yè)務(wù)深度融合，打造定制化園區(qū)專網(wǎng)，滿足園區(qū)多樣化通信需求。

圖1 5G專網(wǎng)的部署場景舉例

相比組網(wǎng)架構(gòu)固定的4 G 網(wǎng)絡(luò)，5G支持面向服務(wù)的SBA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，有利于5G使能眾多行業(yè)需求，如大帶寬、低時(shí)延業(yè)務(wù)、百萬海量連接數(shù)等?；?G的園區(qū)專網(wǎng)方案一般呈現(xiàn)為園區(qū)內(nèi)的私網(wǎng)和園區(qū)外的公網(wǎng)兩個(gè)物理或邏輯網(wǎng)絡(luò)。園區(qū)移動企業(yè)終端用戶，園區(qū)范圍內(nèi)可接入企業(yè)專網(wǎng)，在園區(qū)外接入運(yùn)營商公共網(wǎng)絡(luò)。如果不是園區(qū)移動企業(yè)終端用戶，如拜訪者，一般在園區(qū)內(nèi)可允許或限制接入運(yùn)營商公共網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)專網(wǎng)專用[5-7]。

1 基于5G專網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的5G專網(wǎng)方案

針對5G專網(wǎng)需求，5G LAN工作組在3GPP R16版本TR 23.734協(xié)議中定義了對非公共網(wǎng)絡(luò)(Non-Public Network，NPN)的支持，目前處于協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定過程中。相應(yīng)影響的網(wǎng)元有NG-RAN、AMF、SMF、UPF、UDM/UDR、NEF，相關(guān)描述見TR23.501、23.502、23.503。

5G專網(wǎng)根據(jù)3GPP R16的定義，就是NPN網(wǎng)絡(luò)，即5G專網(wǎng)的另一種說法是“非公共網(wǎng)絡(luò)”，目的是把5G業(yè)務(wù)部署在“非公共區(qū)域”，有以下兩種部署方式。

1)獨(dú)立專網(wǎng)(Standalone Non-Public Network，SNPN)

如機(jī)場、園區(qū)、政府和企業(yè)等非公共區(qū)域，由NPN的運(yùn)營者管理網(wǎng)絡(luò)，而且不依賴運(yùn)營商提供網(wǎng)絡(luò)功能。

2)集成專網(wǎng)功能的公共網(wǎng)絡(luò)(Public Network Integrated NPN)

運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)通過覆蓋非公共區(qū)域并滿足該區(qū)域特殊的網(wǎng)絡(luò)功能需求，實(shí)現(xiàn)集成化的專網(wǎng)功能部署。集成專網(wǎng)功能，使得運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)相對復(fù)雜，一般有兩種方案進(jìn)行構(gòu)建。

一種是部署3GPP R15定義的網(wǎng)絡(luò)切片功能。該方案無法實(shí)現(xiàn)對用戶的主動接入控制：即使網(wǎng)絡(luò)定義某些終端用戶不能接入專網(wǎng)，也不能阻止這些用戶主動嘗試接入，只能在用戶接入時(shí)，由核心網(wǎng)拒絕業(yè)務(wù)請求，無法避免降低無線資源利用率。

另一種是部署CAG(Closed Access Group)功能。該方案阻止未認(rèn)證的終端用戶接入集成NPN的公共網(wǎng)絡(luò)。對于獨(dú)立專網(wǎng)建設(shè)方式，協(xié)議定義專網(wǎng)終端用戶如何接入公共網(wǎng)絡(luò)或?qū)＞W(wǎng)。當(dāng)終端用戶落在專網(wǎng)區(qū)域時(shí)，將通過NAS的U面通道，即非信任的非3GPP接入方式，接入公共網(wǎng)絡(luò)的UPF(User Plane Function)；當(dāng)終端用戶在公共網(wǎng)絡(luò)漫游時(shí)，也通過NAS的U面通道接入專網(wǎng)。

2 基于通用5G SA網(wǎng)絡(luò)的5G專網(wǎng)方案——網(wǎng)絡(luò)共享方案和極簡5GC方案

從以上描述可知，依據(jù)3GPP定義的NPN網(wǎng)絡(luò)規(guī)范和網(wǎng)絡(luò)切片規(guī)范，是實(shí)現(xiàn)5G專網(wǎng)的一類方案。此外，從項(xiàng)目實(shí)踐出發(fā)，參考不同的協(xié)議規(guī)范，建設(shè)5G專網(wǎng)還可以從以下兩個(gè)角度考慮設(shè)計(jì)方案。

1)網(wǎng)絡(luò)共享方案，即公共網(wǎng)絡(luò)為園區(qū)配置一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)或共享公共網(wǎng)絡(luò)的一部分給園區(qū)使用。

分開一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)給園區(qū)使用，在5G網(wǎng)絡(luò)定義為網(wǎng)絡(luò)切片[8]，本文不作討論；共享公共網(wǎng)絡(luò)的一部分給園區(qū)使用，即網(wǎng)絡(luò)共享[9]。參考網(wǎng)絡(luò)共享概念，把園區(qū)網(wǎng)絡(luò)理解成運(yùn)營商A，園區(qū)外的公共網(wǎng)絡(luò)屬于運(yùn)營商B。

從運(yùn)營商B 角度，可以共享一部分網(wǎng)絡(luò)給運(yùn)營商A，比如共享RAN和部分核心網(wǎng)。后者除協(xié)議定義的MOCN(Multi-Operator Core Network)和GWCN(Gateway Core Network)兩種方式外，近年頗受業(yè)界重視的是，在網(wǎng)絡(luò)邊緣建設(shè)MEC(Multi-access Edge Computing)網(wǎng)絡(luò)[10]，即核心網(wǎng)的媒體面和專屬的應(yīng)用下沉到園區(qū)，該方案實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)對中心網(wǎng)絡(luò)(Central DC)資源的共享，形成多DC組網(wǎng)[11]。

2)極簡5GC方案。出于行業(yè)客戶對園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的特殊需求，希望引入“私網(wǎng)”，即不采用5G專網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)以規(guī)避定制終端、不依賴5G公網(wǎng)的獨(dú)立5G專網(wǎng)?？梢姡W(wǎng)絡(luò)共享方案無法滿足該需求，為此，需要提供可以不依賴5G公網(wǎng)的獨(dú)立5G專網(wǎng)方案。

一般而言，通用5G SA網(wǎng)絡(luò)無法滿足這樣的需求，即相關(guān)方案要經(jīng)過適當(dāng)或按需裁剪才可用，為此，把裁剪后的方案稱為“極簡5GC方案”。而行業(yè)客戶對園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的特殊需求一般包括如下幾點(diǎn)。

①園區(qū)的5G專網(wǎng)一般要求低成本，如單局點(diǎn)容量小，單設(shè)備成本低；

②自主運(yùn)維，遠(yuǎn)程維護(hù)；

③數(shù)據(jù)不出園區(qū)，專屬的服務(wù)質(zhì)量控制，如工業(yè)控制要求低時(shí)延；

④安全隔離要求高，如電網(wǎng)，安全部門要求完全的物理隔離；

⑤網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、可靠性要求高，如中斷零容忍。

可見，兼顧業(yè)務(wù)部署的靈活性和良好的成本控制[12]，建設(shè)和公共網(wǎng)絡(luò)物理分離的5G專網(wǎng)，有很強(qiáng)的行業(yè)應(yīng)用前景。我們把相應(yīng)的5G網(wǎng)絡(luò)，特別是5G核心網(wǎng)，定義為“極簡5GC”[13]，而海外客戶一般使用Local 5GC表述。

2.1 網(wǎng)絡(luò)共享

從5G專網(wǎng)和5G公網(wǎng)的共享程度，網(wǎng)絡(luò)共享方案可分為三類：一是無線共享；二是MOCN，即核心網(wǎng)共享；三是MEC園區(qū)方案，即一種媒體面下沉和接入園區(qū)本地應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式——邊緣云部署，表現(xiàn)為5G專網(wǎng)共享5G公網(wǎng)核心網(wǎng)的一部分。

2.1.1 無線共享和MOCN

無線共享從無線側(cè)角度，有共享載波和專有載波兩種方式。其中，共享載波方式是指共享無線的一部分載波資源給園區(qū)終端用戶使用，即園區(qū)終端只能使用某些載波，如LTE2100MHz，而公網(wǎng)終端可以自由選擇合適的載波接入，如LTE900MHz、LTE1800MHz、LTE2100MHz等。而專用載波方式，意味著給園區(qū)終端分配獨(dú)享的載波資源，公網(wǎng)終端無法使用。

共享載波覆蓋區(qū)域，園區(qū)終端既可以訪問園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，也可以訪問公網(wǎng)。為此，園區(qū)網(wǎng)絡(luò)和公網(wǎng)一般設(shè)置不同的PLMN，園區(qū)終端和公網(wǎng)終端的移動性管理就是PLMN之間的漫游。對于公網(wǎng)終端而言，在PLMN之間邊緣或漫游區(qū)域，執(zhí)行到公網(wǎng)PLMN網(wǎng)絡(luò)的頻率內(nèi)切換；而園區(qū)終端用戶在漫游區(qū)域的邊緣，執(zhí)行PLMN重選和UE附著，或漫游到公網(wǎng)或從公網(wǎng)返回園區(qū)網(wǎng)絡(luò)。

無線共享從核心網(wǎng)角度，對核心網(wǎng)提出更多的要求，以 MOCN為例：為實(shí)現(xiàn)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)和公網(wǎng)的PLMN之間的漫游，需要核心網(wǎng)提供Multiple PLMNs功能。公網(wǎng)運(yùn)營商即MNO(Mobile Network Operator)角色，園區(qū)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商即MVNO(Mobile Virtual Network Operator)角色。當(dāng)園區(qū)終端用戶離開園區(qū)網(wǎng)絡(luò)后會接入到公網(wǎng)，此時(shí)若PLMN保持不變，公網(wǎng)的核心網(wǎng)要相應(yīng)支持Multiple PLMNs功能。

依靠園區(qū)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和公網(wǎng)運(yùn)營商的服務(wù)協(xié)議，園區(qū)終端用戶一般優(yōu)先使用所屬園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的無線服務(wù)，并可以在不同PLMN之間漫游，并相應(yīng)使用不同的服務(wù)，而公網(wǎng)終端一般只使用一種PLMN的接入服務(wù)，因此，公網(wǎng)運(yùn)營商不僅支持公網(wǎng)本身的PLMN-ID，還要支持給園區(qū)運(yùn)營商分配的PLMN-ID，如圖2所示，MNO/Public Network框圖上部右側(cè)顯示的多個(gè) PLMN-ID，如282-00是公網(wǎng)本身的PLMN-ID，282-01和282-xx是分配給不同園區(qū)運(yùn)營商的PLMN-ID，分別對應(yīng)圖右側(cè)的MVNO-1到MVNO-n所示的各個(gè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)。為服務(wù)園區(qū)終端用戶，公網(wǎng)的核心網(wǎng)要支持如下功能。

圖2 MOCN網(wǎng)絡(luò)的Multiple PLMNs Support功能

1)2/3G核心網(wǎng)(SGSN/GGSN)： 支持屬于公網(wǎng)PLMN的終端接入公網(wǎng)的核心網(wǎng)；支持對非公網(wǎng)PLMN的終端用戶，重定向到相應(yīng)的園區(qū)核心網(wǎng)；無線側(cè)對公網(wǎng)PLMN或是園區(qū)PLMN都分發(fā)到公網(wǎng)核心網(wǎng)。

2)4/5G核心網(wǎng)(MME/SAE-GW/GW-C/GW-U/UPF)：支持所有PLMN的終端接入各自歸屬的核心網(wǎng)，無線側(cè)對園區(qū)PLMN的終端用戶直接分發(fā)到園區(qū)核心網(wǎng)，對公網(wǎng)PLMN的終端用戶分發(fā)到公網(wǎng)核心網(wǎng)。

2.1.2 基于MEC的園區(qū)方案

與無線共享方式下無線和核心網(wǎng)建設(shè)方案不同，針對園區(qū)場景，還可以為無線和核心網(wǎng)疊加分布式部署能力?？蓪⒉糠止δ芟鲁恋綀@區(qū)，如將媒體面下沉，進(jìn)行無線獨(dú)立建設(shè)，支持接入園區(qū)的本地應(yīng)用，并為這些應(yīng)用開放無線和核心網(wǎng)的能力，這些可以稱之為“基于邊緣云的MEC方案”。該方案按區(qū)域部署5G無線設(shè)備，可以設(shè)置專屬頻段，也可以和公網(wǎng)共享頻段，采用不同PLMN為不同用戶服務(wù)。而對于核心網(wǎng)部分，方案將園區(qū)網(wǎng)絡(luò)不獨(dú)立于公網(wǎng)，將控制面和管理面的功能由公網(wǎng)的核心網(wǎng)承擔(dān)，媒體面下沉到各自的園區(qū)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，將無線側(cè)和UPF通過N2和N4接口和控制面實(shí)現(xiàn)互通，如圖3所示。

圖3 園區(qū)部署MEC(非獨(dú)立部署方式)

該架構(gòu)便于在園區(qū)本地化接入園區(qū)特有的應(yīng)用，滿足行業(yè)用戶已有應(yīng)用的部署特點(diǎn)和業(yè)務(wù)特性，對于公網(wǎng)應(yīng)用仍然需要將業(yè)務(wù)流導(dǎo)到公網(wǎng)，滿足園區(qū)用戶對一些通用應(yīng)用的需求。同時(shí)，在園區(qū)部署小容量5GC以便當(dāng)園區(qū)和公網(wǎng)的鏈路中斷時(shí)作公網(wǎng)的備用，關(guān)鍵業(yè)務(wù)持續(xù)不中斷。

工作區(qū)和作業(yè)區(qū)分開的園區(qū)應(yīng)用，比如電網(wǎng)和礦山等行業(yè)，比上述“非獨(dú)立部署”方式復(fù)雜。為此，一般在園區(qū)設(shè)置獨(dú)立核心網(wǎng)，而且分為作業(yè)區(qū)和工作區(qū)兩部分。如圖4所示，在工作區(qū)部分，設(shè)置核心網(wǎng)的控制面和管理面，并部署一些服務(wù)質(zhì)量要求不高的應(yīng)用，如數(shù)據(jù)分析、控制臺的后端應(yīng)用、系統(tǒng)監(jiān)控和日志處理、遠(yuǎn)程運(yùn)維等。

圖4 園區(qū)部署MEC(獨(dú)立部署方式)

此方式在作業(yè)區(qū)設(shè)置核心網(wǎng)的媒體面和作業(yè)區(qū)特有的園區(qū)應(yīng)用，以便滿足高帶寬、低時(shí)延和高可靠性等服務(wù)質(zhì)量的要求。以遠(yuǎn)程機(jī)械控制操作的應(yīng)用為例，該應(yīng)用滿足危險(xiǎn)區(qū)域的挖掘機(jī)和吊車操作的需求，并在邊緣端提供視頻編解碼和工業(yè)控制轉(zhuǎn)換服務(wù)能力，滿足低時(shí)延要求?？紤]作業(yè)條件和環(huán)境對設(shè)備的影響，園區(qū)的作業(yè)區(qū)一般對通信設(shè)備要求較高，比如高標(biāo)準(zhǔn)的基站和服務(wù)器，滿足防爆和極度溫度條件等環(huán)境要求。

園區(qū)用戶離開園區(qū)后的業(yè)務(wù)需求由公網(wǎng)設(shè)備滿足，公網(wǎng)一般按照獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)營商級的無線和核心網(wǎng)進(jìn)行建設(shè)。此處的5G無線設(shè)備和園區(qū)無線設(shè)備的不同點(diǎn)在于：可以通過5G基站接入核心網(wǎng)，滿足園區(qū)用戶對公網(wǎng)的低成本接入服務(wù)的需求。

2.2 極簡5GC

上述通用5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建設(shè)方案未必完全滿足2B客戶需求，比如獨(dú)享性不足，為此，相關(guān)客戶希望自建5G專網(wǎng)。該方案在頻段使用上有兩種方式：本地5G頻段和運(yùn)營商5G頻段。前者即專網(wǎng)頻譜，是為2B客戶開放的私有5G頻譜，一般受區(qū)域限制；后者是政府授權(quán)運(yùn)營商的頻譜，一般具備廣域性，這和政府的頻譜授權(quán)政策有關(guān)。一般而言，本地頻段方式的隱私和安全性更高，獨(dú)立可控性更強(qiáng)。和運(yùn)營商頻段方式相比，其缺點(diǎn)在于建網(wǎng)部署成本較高和缺乏專業(yè)化的5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員。運(yùn)營商頻段方式的優(yōu)勢在于便于利用運(yùn)營商的5G網(wǎng)絡(luò)部署方案和建網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)，有利于快速推出專網(wǎng)服務(wù)以及更好地滿足后期運(yùn)維保障服務(wù)。

如何將運(yùn)營商的通用5G核心網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案改造成適合專網(wǎng)方式的核心網(wǎng)方案，是自建5G專網(wǎng)的關(guān)鍵點(diǎn)。我們把改造后的核心網(wǎng)稱為“極簡5GC”，下面從部署形態(tài)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)兩個(gè)維度描述其特點(diǎn)。

2.2.1 部署形態(tài)

5G專網(wǎng)一般位于公網(wǎng)的邊緣區(qū)域，按照媒體面UPF下沉的不同目標(biāo)區(qū)域，相對公網(wǎng)由近及遠(yuǎn)的分布，5G專網(wǎng)所在區(qū)域有如下幾類。

1)省中心：采用專線UPF，一般交給運(yùn)營商的公網(wǎng)統(tǒng)一建設(shè)，幾乎與2C網(wǎng)絡(luò)的UPF部署方式?jīng)]有差別。

2)地市：此處是邊緣區(qū)域，由省分公司組織建設(shè)，按不同容量有多種吞吐量模型，支撐差異化的媒體面容量需求。

3)邊緣：類似MEC定義的邊緣區(qū)域，一般在無線側(cè)機(jī)房，僅靠無線側(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)最大程度的本地分流。不僅部署UPF，而且還部署MEP(MEC Platform)，實(shí)現(xiàn)就近接入本地化應(yīng)用，滿足服務(wù)質(zhì)量要求和用戶體驗(yàn)需求。

4)園區(qū)：在園區(qū)建設(shè)獨(dú)立5G專網(wǎng)，不僅包括UPF和MEP功能，還需要包括5G核心網(wǎng)的全部功能。

從行業(yè)客戶的私網(wǎng)建設(shè)需求的角度，省中心和地市是運(yùn)營商的5G公網(wǎng)資源，無論設(shè)備性能還是數(shù)量，以及維護(hù)人員的數(shù)量和水平都是較為豐富的區(qū)域，因此，盡管這兩類區(qū)域可以引入5G專網(wǎng)，但沒有必要引入“獨(dú)立的5G專網(wǎng)”，即這兩個(gè)區(qū)域不是極簡5GC的部署區(qū)域。同時(shí)，若行業(yè)客戶有功能定制和邏輯網(wǎng)絡(luò)隔離的需求，可以通過“行業(yè)軟切片方案”實(shí)現(xiàn)。

可見，面向2B專網(wǎng)市場的“極簡5GC”的部署位置主要是“邊緣”和“園區(qū)”。相應(yīng)地，極簡5GC的需求、目標(biāo)和驅(qū)動力描述如下：

從需求角度，極簡5GC要滿足園區(qū)等專網(wǎng)市場的網(wǎng)絡(luò)專用化、設(shè)備輕量化、部署靈活化等個(gè)性化需求，以便實(shí)現(xiàn)極簡5GC的部署目標(biāo)，即解決包括UPF的通用5GC網(wǎng)絡(luò)的容量起步大、設(shè)備功能復(fù)雜、部署和維護(hù)難度高等難題。相應(yīng)的驅(qū)動力在于：極簡5GC下沉到邊緣或園區(qū)，將有利于提升空間利用度和成本競爭力，滿足行業(yè)客戶的多樣化的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境和多種部署訴求。

2.2.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

基于業(yè)界已公開的高層設(shè)計(jì)[13]，下面從網(wǎng)元設(shè)計(jì)角度，補(bǔ)充具體設(shè)計(jì)方案。從通用5GC產(chǎn)品到滿足邊緣或園區(qū)部署要求的小容量、高效部署和遠(yuǎn)程運(yùn)維等特點(diǎn)的極簡5GC產(chǎn)品，涉及如何高效裁剪相關(guān)網(wǎng)元或組件，除刪除冗余資源外，簡化的方向有：融合同類網(wǎng)元、內(nèi)置部分獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的功能、簡化內(nèi)部通信機(jī)制和滿足最小化5GC部署等。如圖5所示，從融合網(wǎng)元的角度，依據(jù)極簡原則，進(jìn)行5GC的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。產(chǎn)品特點(diǎn)如下。

圖5 以融合網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)極簡5GC

1)標(biāo)準(zhǔn)5GC的UDM、UDR和AUSF從單獨(dú)設(shè)置修改為融合設(shè)置。AUSF和UDR整合到UDM中，相應(yīng)的用戶認(rèn)證過程將在內(nèi)部快速處理，減少跨網(wǎng)元的消息交互。

2)標(biāo)準(zhǔn)5GC的NRF和NSSF考慮和AMF合一。取消獨(dú)立設(shè)置的NSSF，其提供的切片配置功能，簡化為：直接在AMF本地獲取切片信息，完成切片選擇，如此可以減少通過服務(wù)化接口和NSSF的交互過程；NRF網(wǎng)絡(luò)實(shí)體也不再單獨(dú)設(shè)置，其本地尋址功能由網(wǎng)元的本地配置實(shí)現(xiàn)，代替原服務(wù)發(fā)現(xiàn)方式，再次簡化流程。

3)標(biāo)準(zhǔn)5GC的SMF、PCF、CGF合設(shè)為SMF。策略控制功能由SMF配置本地策略數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，計(jì)費(fèi)功能由SMF的本地話單功能實(shí)現(xiàn)或根據(jù)客戶需求進(jìn)行相應(yīng)的接口適配。

4)標(biāo)準(zhǔn)5GC的UPF配置不同的媒體面容量模型，適合100G和以下多種吞吐量需求，相應(yīng)虛擬機(jī)或容器有不同的規(guī)格。

此外，鑒于邊緣或園區(qū)的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境和保障條件，極簡5GC一般采用具備以下特點(diǎn)的緊湊型硬件。

1)低功耗設(shè)計(jì)，剪除不必要的硬件組件，如沒有話單存儲要求，可以刪除Raid配置；

2)占地小，機(jī)房適應(yīng)性提升；

3)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，如更高的溫度和濕度要求，更好的抗震和防塵要求等；

4)快速部署，如預(yù)置系統(tǒng)和業(yè)務(wù)配置，實(shí)現(xiàn)一站式交付；

5)支持統(tǒng)一管控，滿足遠(yuǎn)程運(yùn)維和極簡運(yùn)維的需求。

3 多種專網(wǎng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析

為實(shí)現(xiàn)5G專網(wǎng)需求，按照5G專網(wǎng)和運(yùn)營商公共網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，概括為如下幾種可選方案。

1)獨(dú)立非公共網(wǎng)絡(luò)(SNPN)

3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)在制定中。無線和核心網(wǎng)以獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)功能，定義SNPN ID，提供接入控制、網(wǎng)絡(luò)和小區(qū)選擇等功能，但需要SNPN商用終端。

2)非切片方式的集成專網(wǎng)功能的公共網(wǎng)絡(luò)(NPN Integration)

3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)在制定中，無線和核心網(wǎng)要升級支持CAG功能，而且需要支持CAG功能的商用終端。

3)切片方式的集成專網(wǎng)功能的公共網(wǎng)絡(luò)(Network Slicing)

3GPP R15定義了網(wǎng)絡(luò)切片功能，并在R16有更新。網(wǎng)絡(luò)切片不提供接入控制功能，對網(wǎng)絡(luò)側(cè)性能有影響。

4)網(wǎng)絡(luò)共享(MOCN)

從運(yùn)營商角度，一般希望把專網(wǎng)納入公共網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對行業(yè)網(wǎng)絡(luò)的控制，以及建網(wǎng)和未來運(yùn)營利益最大化，網(wǎng)絡(luò)共享方式是適宜的選擇。具體表述為：

5G網(wǎng)絡(luò)共享與4G標(biāo)準(zhǔn)不同的是，3GPP R15標(biāo)準(zhǔn)只定義MOCN一種方式，R16標(biāo)準(zhǔn)的Release版本在2020年Q2凍結(jié)，沒有GWCN方式，也未見制定其他方式的計(jì)劃。就5G MOCN而言，集成4G全部的網(wǎng)絡(luò)共享功能，差別在于：5G R15版本只支持MOCN，而且無線側(cè)有專有載波和共享載波兩種方式；

5G R15版本支持PLMN的最大數(shù)12，而4G是6；

5G R15版本，每個(gè)NR基站可配置TAC和Cell-ID。

5)極簡5GC(Local 5GC)

獨(dú)立建設(shè)5G專網(wǎng)，包括無線和核心網(wǎng)。不受到NPN標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展的影響，也不受網(wǎng)絡(luò)共享在資源協(xié)作和業(yè)務(wù)分發(fā)的影響，可以采用定制化的無線和核心網(wǎng)，特別“極簡5GC”將極大改善面向多種專網(wǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力。

5G專網(wǎng)各種方案的特點(diǎn)如表1所示。從表1可見，沒有一種方案完美滿足各種需求，需要行業(yè)客戶根據(jù)自身要求，如預(yù)算、建網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)維團(tuán)隊(duì)現(xiàn)狀等方面，判斷哪種方案更適合采用。

綜合而論，NPN協(xié)議制定沒有完成，且商用終端可用有待時(shí)日，因此“SNPN”和“NPN Integration”兩種方案不是近期建設(shè)5G專網(wǎng)的可行方案，長期可予關(guān)注?！癗etwork Slicing”，即切片方案對性能有影響，除非無線獨(dú)立建設(shè)或頻段獨(dú)立于公網(wǎng)，否則也不建議作為近期方案的首選?！癓ocal 5GC”是針對專網(wǎng)市場最靈活的方案，而且一般的5G SA終端即可滿足要求，比較適合中小企業(yè)快速建網(wǎng)，但前期需求調(diào)研周期長，獨(dú)立建網(wǎng)投資較高。

因此，若選擇集成方式部署5G專網(wǎng)，最合適的選擇是MOCN方案。該方案部署快速，技術(shù)成熟，無終端依賴性。當(dāng)需要獨(dú)立部署無線和下沉核心網(wǎng)，用于覆蓋專有區(qū)域，并且設(shè)備環(huán)境適合通用核心網(wǎng)產(chǎn)品部署時(shí)，切片方案或是最佳選擇。

表1 5G專網(wǎng)的多種方案比較分析

4 結(jié)束語

3GPP 5G規(guī)范定義了NPN，即5G 專網(wǎng)規(guī)范，但是行業(yè)市場早在2G時(shí)代就存在大量的專網(wǎng)需求，并建設(shè)相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)涉及大量的行業(yè)應(yīng)用和各式各樣的通信終端，以及各種差異化性能。如果依據(jù)5G專網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行翻天覆地的改造，恐難以滿足各行業(yè)的實(shí)際情況，因此，需要從通用的5G SA網(wǎng)絡(luò)出發(fā)，考慮如何構(gòu)建適合行業(yè)市場現(xiàn)狀的多種5G專網(wǎng)方案。

從通用的5G SA網(wǎng)絡(luò)角度出發(fā)，有兩種方案滿足2B客戶的各式各樣的建網(wǎng)需求，即網(wǎng)絡(luò)共享方案和極簡5GC方案。網(wǎng)絡(luò)共享無疑是解決5G專網(wǎng)和運(yùn)營商公共網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的出發(fā)點(diǎn)，同時(shí)引入MEC方案將無線和核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)打開，實(shí)現(xiàn)分布式部署，發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)面向多場景的獨(dú)特優(yōu)勢，進(jìn)一步增強(qiáng)MOCN方案的靈活部署能力。而之所以將“極簡5GC”引入5G專網(wǎng)方案，原因在于：如果把5G專網(wǎng)看作下沉在園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)，切片方案應(yīng)該是行之有效的選項(xiàng)，但是切片網(wǎng)絡(luò)和公網(wǎng)耦合性極高，關(guān)聯(lián)密切，內(nèi)在安全性或成為行業(yè)客戶的顧慮，本文提出獨(dú)立建網(wǎng)的極簡5GC方案正希望為此增加選項(xiàng)。

著眼未來，一般認(rèn)為2C市場，客戶要的不是網(wǎng)絡(luò)，而是服務(wù)，但行業(yè)客戶所需的服務(wù)有特殊性，網(wǎng)絡(luò)有專屬性，這是2B市場呈現(xiàn)紛繁復(fù)雜、千差萬別的根源。如何基于5G通用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建本地化的專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)建網(wǎng)投資的低成本與靈活定制的高成本之間的均衡，或是5G網(wǎng)絡(luò)大發(fā)展的真正挑戰(zhàn)。