王鑫　韓振東　嚴(yán)斌峰

【摘? 要】運(yùn)營(yíng)商在5G時(shí)代需要提供差異化的定制網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足行業(yè)用戶多元化的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，首先對(duì)5G無(wú)線專網(wǎng)市場(chǎng)需求進(jìn)行分析，隨后介紹了5G無(wú)線專網(wǎng)頻譜資源的三種分配方式，并分析了5G無(wú)線專網(wǎng)的部署應(yīng)考慮到業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)安全隔離度的需求，最后總結(jié)得出，不同安全隔離度的專網(wǎng)部署模式以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都各有優(yōu)缺點(diǎn)，也沒(méi)有一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)完全適合所有的情況，因此需要運(yùn)營(yíng)商根據(jù)行業(yè)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)Qos的差異化需求以及業(yè)務(wù)特性進(jìn)行精細(xì)化定制。

【關(guān)鍵詞】5G;無(wú)線專網(wǎng);頻譜分配;安全隔離度;核心網(wǎng)

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.01.008? ? ? ? 中圖分類號(hào)：TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-1010（2020）01-0044-04

引用格式：王鑫，韓振東，嚴(yán)斌峰. 基于安全隔離度的5G專網(wǎng)部署模式[J]. 移動(dòng)通信， 2020，44（1）： 44-47.

0? ?引言

在5G萬(wàn)物智聯(lián)的時(shí)代，垂直行業(yè)用戶智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)將持續(xù)加速，行業(yè)用戶對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求也與3G、4G時(shí)代有所不同：行業(yè)用戶的生產(chǎn)園區(qū)或業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量、時(shí)延、上行容量、數(shù)據(jù)保密性、網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)的要求均高于公共大網(wǎng)，不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要定制綜合型、靈活便捷的移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)（無(wú)線專網(wǎng)）。因此，運(yùn)營(yíng)商在5G時(shí)代需要提供差異化的定制網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足行業(yè)用戶多元化的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

1? ? 5G無(wú)線專網(wǎng)市場(chǎng)需求分析

1.1? 無(wú)線專網(wǎng)的分類

傳統(tǒng)無(wú)線專網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方式可分為窄帶物聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和專有頻段LTE局域網(wǎng)。而5G無(wú)線專網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方式分為三類：一是提供專屬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理專網(wǎng);二是劃分邏輯資源的虛擬專網(wǎng);三是前兩類的混合組網(wǎng)。

5G物理專網(wǎng)指的是：行業(yè)業(yè)務(wù)需求與公網(wǎng)提供的能力差異大，需提供專有物理網(wǎng)絡(luò)資源，如新建基站（特殊頻段/特殊時(shí)隙配比）、單獨(dú)優(yōu)化空口和核心網(wǎng)元UPF下沉至園區(qū)。主要對(duì)標(biāo)行業(yè)自由頻率專網(wǎng)，適用于對(duì)安全隔離性、網(wǎng)絡(luò)性能有極高需求的高價(jià)值客戶，例如能源、工業(yè)制造等領(lǐng)域[1]。

5G虛擬專網(wǎng)指的是：行業(yè)業(yè)務(wù)的需求與公網(wǎng)業(yè)務(wù)差異小，核心網(wǎng)側(cè)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片、MEC等方式按需靈活部署;公網(wǎng)接入網(wǎng)的基站可同時(shí)服務(wù)于公網(wǎng)用戶和行業(yè)客戶或僅需少量無(wú)線優(yōu)化。此類虛擬專網(wǎng)主要對(duì)標(biāo)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，適用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求不高、成本敏感的客戶，如行業(yè)用戶園區(qū)等。

5G混合專網(wǎng)的部署就是整合了虛擬專網(wǎng)以及物理專網(wǎng)。

1.2? 行業(yè)用戶對(duì)定制化專網(wǎng)的需求分析

行業(yè)用戶對(duì)無(wú)線專網(wǎng)的需求呈現(xiàn)部署局域化以及網(wǎng)絡(luò)能力定制化的特點(diǎn)[2]。例如在以下幾類場(chǎng)景下，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力、數(shù)據(jù)隔離、頻譜資源以及部署成本等多個(gè)維度進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。典型的專網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的需求總結(jié)如表1所示，每類專網(wǎng)場(chǎng)景對(duì)物理專網(wǎng)、虛擬專網(wǎng)以及混合專網(wǎng)都有一定的需求。

此外，金融、醫(yī)療、應(yīng)急通信等其他行業(yè)用戶對(duì)無(wú)線專網(wǎng)的需求也越來(lái)越旺盛，而5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有大帶寬、多連接、低時(shí)延、高安全性的技術(shù)特點(diǎn)，并且5G無(wú)線專網(wǎng)在技術(shù)演進(jìn)、產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)?；c其他網(wǎng)絡(luò)兼容性等方面較傳統(tǒng)無(wú)線專網(wǎng)具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此未來(lái)5G無(wú)線專網(wǎng)的市場(chǎng)前景將非常廣闊。

1.3? 未來(lái)5G專網(wǎng)市場(chǎng)前景

預(yù)測(cè)預(yù)計(jì)未來(lái)3～5年內(nèi)，進(jìn)行無(wú)線專網(wǎng)部署的行業(yè)用戶、園區(qū)數(shù)量將繼續(xù)攀升，根據(jù)麥肯錫的調(diào)研報(bào)告，未來(lái)行業(yè)用戶專網(wǎng)基站的需求量將是公網(wǎng)基站的2倍[3]。OVUM對(duì)RAN側(cè)設(shè)備收入進(jìn)行了預(yù)測(cè)判斷：從2020年開(kāi)始RAN側(cè)設(shè)備市場(chǎng)份額將止跌回升，其中一部分重要因素是行業(yè)用戶專網(wǎng)RAN設(shè)備需求急劇提升[4]，到2025年無(wú)線專網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)?？蛇_(dá)163億美元，年均增長(zhǎng)約45%[5]，如圖1所示。

2? ?5G無(wú)線專網(wǎng)頻譜分配方案

當(dāng)前頻譜資源愈發(fā)緊張，如何分配無(wú)線頻譜資源是部署5G專網(wǎng)首要解決的問(wèn)題。為了避免5G無(wú)線專網(wǎng)特定業(yè)務(wù)場(chǎng)景與公共大網(wǎng)的信號(hào)干擾，對(duì)于5G無(wú)線專網(wǎng)頻譜資源的分配方式可以分為以下幾類：

第一類是由電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)頻譜資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配。行業(yè)用戶5G專網(wǎng)可以與運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)共享頻譜資源，或者運(yùn)營(yíng)商將公網(wǎng)頻譜資源中的一部分單獨(dú)劃分給行業(yè)專網(wǎng)用戶。此類頻譜方案優(yōu)勢(shì)是運(yùn)營(yíng)商可以按需靈活調(diào)配資源，提高了頻譜的利用率，同時(shí)也利于電信運(yùn)營(yíng)商帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈快速成熟。對(duì)于行業(yè)用戶，由于該方案可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空口資源最大化的復(fù)用，因此也將極大地節(jié)約了5G專網(wǎng)的建設(shè)及運(yùn)維成本。

第二類是為行業(yè)用戶頒發(fā)特定地頻段用于特定場(chǎng)景的5G專網(wǎng)建設(shè)，行業(yè)用戶在獲得頻譜使用許可后可以自主建網(wǎng)，無(wú)需與公共網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)頻譜資源。但是此類頻譜方案的缺點(diǎn)較多：獨(dú)立頻譜需要定制專有的端網(wǎng)設(shè)備且后期網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本較高;當(dāng)專網(wǎng)業(yè)務(wù)處于閑置狀態(tài)時(shí)那么頻譜利用率比較低;如果對(duì)空口資源的規(guī)劃欠佳可能會(huì)造成專網(wǎng)信號(hào)與公網(wǎng)信號(hào)之間的頻率干擾。

最后一類是5G無(wú)線專網(wǎng)頻譜采用非授權(quán)頻段，這樣可以避免與公網(wǎng)信號(hào)的干擾，表2列舉了各國(guó)非授權(quán)頻譜資源的情況。但此種頻譜分配方式的缺點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度較低，專網(wǎng)用戶需要針對(duì)此類頻譜定制芯片、模組或終端，并進(jìn)行單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、終端優(yōu)化，不利于5G專網(wǎng)的快速部署。

3? ?5G無(wú)線專網(wǎng)部署方案

未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)能力的趨勢(shì)是向網(wǎng)元虛擬化、架構(gòu)開(kāi)放化、編排智能化方向發(fā)展，這為5G無(wú)線專網(wǎng)服務(wù)能力的靈活化、定制化提供了有力的技術(shù)保障。5G專網(wǎng)的部署方案需要考慮網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、安全隔離度、網(wǎng)絡(luò)可靠性、網(wǎng)絡(luò)帶寬、上下行配比、峰值速率等重點(diǎn)因素。可以根據(jù)安全隔離度的需求將專網(wǎng)部署方案分為以下3類。

3.1? 高安全隔離的專網(wǎng)部署方案

安全隔離要求高的專網(wǎng)需要保證工業(yè)數(shù)據(jù)不出園區(qū)，典型的應(yīng)用場(chǎng)景是工業(yè)園區(qū)自動(dòng)化管控場(chǎng)景，在不考慮成本的情況下，核心網(wǎng)的部署方案可以采取網(wǎng)元完全獨(dú)立全封閉的模式，即在工業(yè)園區(qū)內(nèi)可部署整個(gè)5G核心網(wǎng)，包含AMF、SMF、UPF、UDM等網(wǎng)元。由于工業(yè)園區(qū)自動(dòng)化控制需要保證時(shí)延，因部署園區(qū)專網(wǎng)部署方案可以省去AUSF等網(wǎng)元。

對(duì)于接入網(wǎng)，工業(yè)園區(qū)的不同設(shè)備可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，通過(guò)園區(qū)5G專屬基站或者公網(wǎng)基站分別接入到封閉的園區(qū)專網(wǎng)以及公共大網(wǎng)。工業(yè)自動(dòng)化控制場(chǎng)景下的園區(qū)專網(wǎng)部署方案如圖2所示。由于工業(yè)自動(dòng)化控制的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)于上行速率也有一定的要求，因此可以對(duì)園區(qū)專屬的接入RAN側(cè)設(shè)備進(jìn)行幀結(jié)構(gòu)的靈活配置，這樣可以進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的Qos保障性能，保證上下行速率配比，例如采用1：3（DSUUU）的幀結(jié)構(gòu)可保證上行理論峰值達(dá)到570 Mbit.·s-1，此速率相當(dāng)于公網(wǎng)傳輸能力的3倍。

3.2? 中等安全隔離的專網(wǎng)部署方案

對(duì)于安全隔離要求相對(duì)較低且需兼顧考慮網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)維成本的場(chǎng)景，核心網(wǎng)的部署方案可以采取接入網(wǎng)元及會(huì)話網(wǎng)元與公共大網(wǎng)共享，UPF（用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)）下沉至工業(yè)園區(qū)的模式，此類場(chǎng)景的典型應(yīng)用是園區(qū)視頻監(jiān)控場(chǎng)景。由于控制面的時(shí)延要求不高，因此AMF以及SMF網(wǎng)元可以部署在公網(wǎng)DC中;基于接入管控和會(huì)話管理的要求，可與公共大網(wǎng)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)元共享也可單獨(dú)部署;如果用戶數(shù)據(jù)的保密性不高，那么UDM以及數(shù)據(jù)管理可部署在公共大網(wǎng)的DC中;基于客戶的數(shù)據(jù)管控要求，可與公共大網(wǎng)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)元共享也可單獨(dú)部署;由于視頻媒體數(shù)據(jù)不能離開(kāi)特定園區(qū)，業(yè)務(wù)就近接入，因此只需將UPF網(wǎng)元下沉部署在園區(qū)即可。接入網(wǎng)的方案可以根據(jù)建網(wǎng)成本敏感度進(jìn)行定制化部署：行業(yè)用戶可以與公共大網(wǎng)共享無(wú)線RAN側(cè)基站，也可通過(guò)自建無(wú)線RAN側(cè)設(shè)備的模式實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備快速接入、視頻數(shù)據(jù)本地閉環(huán)管理。

視頻監(jiān)控場(chǎng)景下的園區(qū)專網(wǎng)部署方案如圖3所示。

3.3? 低安全隔離的專網(wǎng)部署方案

對(duì)于安全隔離沒(méi)有明確的需求且對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)維成本較為敏感的專網(wǎng)場(chǎng)景，核心網(wǎng)的部署方案只需單獨(dú)將UPF以及獨(dú)立的媒體網(wǎng)元下沉在距離用戶較近的位置即可，控制網(wǎng)元可以按需共享，如果有視頻等多媒體內(nèi)容分發(fā)的需求還可以在關(guān)鍵路由節(jié)點(diǎn)配有CDN服務(wù)器。適合此類安全隔離度的專網(wǎng)場(chǎng)景是現(xiàn)場(chǎng)直播，其專網(wǎng)部署方案如圖4所示。

綜上所示，不同安全隔離度的專網(wǎng)部署模式以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都各有優(yōu)缺點(diǎn)，也沒(méi)有一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)完全適合所有的情況，因此需要運(yùn)營(yíng)商根據(jù)行業(yè)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)Qos的差異化需求以及業(yè)務(wù)特性進(jìn)行精細(xì)化定制。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

5G專網(wǎng)承諾了更好的隱私、數(shù)據(jù)安全、可控性和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能，甚至還可以可為行業(yè)用戶提供更多的數(shù)字化創(chuàng)新功能。作為開(kāi)啟萬(wàn)物智聯(lián)部署的關(guān)鍵一步，企業(yè)將越來(lái)越多地部署5G專網(wǎng)[6]。在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的初期，端到端網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)及產(chǎn)品尚未成熟，電信運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該發(fā)揮頻譜資源、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及運(yùn)維等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)為行業(yè)用戶提供定制化專網(wǎng)服務(wù)來(lái)探索與垂直行業(yè)的融通與創(chuàng)新，從而在2B側(cè)培育新的收入增長(zhǎng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)容量提供商到創(chuàng)新的數(shù)字服務(wù)合作伙伴的轉(zhuǎn)型。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介

王鑫（orcid.org/0000-0001-9124-6054）：工程師，碩士畢業(yè)于英國(guó)約克大學(xué)，現(xiàn)任中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)專家，GSMA-UEX終端用戶體驗(yàn)性能評(píng)測(cè)組主席，研究方向?yàn)榻K端用戶體驗(yàn)、5G終端、5G專網(wǎng)等。

韓振東：高級(jí)工程師，碩士畢業(yè)于清華大學(xué)，現(xiàn)任中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)智能網(wǎng)絡(luò)中心高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理，研究方向?yàn)?G專網(wǎng)產(chǎn)品及解決方案、5GC網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化/智能化解決方案等。

嚴(yán)斌峰：高級(jí)工程師，博士后畢業(yè)于清華大學(xué)，現(xiàn)任中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院終端與智能卡研究中心主任，研究方向?yàn)榻K端與智能卡標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)、終端人工智能應(yīng)用、終端基礎(chǔ)軟件研發(fā)等。