畢仲益 蔣軼

摘? 要：5G網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入全面實(shí)施階段，廣電也即將開展5G網(wǎng)絡(luò)部署，相對(duì)于其他運(yùn)營商的5G業(yè)務(wù)拓展，廣電5G基于網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)專網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用將是一個(gè)重要的突破口。

關(guān)鍵詞：5G;專網(wǎng);部署方式;網(wǎng)絡(luò)切片? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?中圖分類號(hào)：TN929.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

1. 5G專網(wǎng)分析

2020年，5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)階段，對(duì)于運(yùn)營商建設(shè)的公網(wǎng)來說，很多行業(yè)用戶，需要一個(gè)可靠、安全、定制化、低成本、高速率、低時(shí)延的企業(yè)專網(wǎng)。以前專網(wǎng)一般應(yīng)用在黨政機(jī)關(guān)、消防、應(yīng)急以及能源等相關(guān)領(lǐng)域，主要滿足其安全性、可靠性、私密性、低時(shí)延等功能需求，但通常此類專網(wǎng)的建設(shè)成本較高、后期維護(hù)復(fù)雜，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)帶寬、速率的大小直接影響與建設(shè)或租用專網(wǎng)的投資成正比，且以往的專網(wǎng)一般注重保障性、功能性需求。而5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、低時(shí)延、大連接，必將在專網(wǎng)領(lǐng)域綻放異彩，因?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)的最大價(jià)值就在于2B垂直行業(yè)市場。未來車聯(lián)網(wǎng)、智能制造、醫(yī)療等各行各業(yè)都可能擁有5G專網(wǎng)，以利用5G大帶寬、低時(shí)延、高可靠、大連接的網(wǎng)絡(luò)能力和邊緣計(jì)算，來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升生產(chǎn)效率。

1.1 5G專網(wǎng)主要技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)核心三大應(yīng)用場景“eMBB、URLLC、mMTC”，多接入邊緣計(jì)算MEC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，MEC是通過將計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力與業(yè)務(wù)服務(wù)能力向網(wǎng)絡(luò)邊緣遷移，將服務(wù)、應(yīng)用和內(nèi)容實(shí)現(xiàn)本地化、近距離、分布式部署。[1]同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)通過UPF下沉到MEC側(cè)實(shí)現(xiàn)邊緣網(wǎng)關(guān)功能。MEC還可以按照業(yè)務(wù)不同需求和類型，快速靈活的轉(zhuǎn)發(fā)至各個(gè)網(wǎng)絡(luò)，解決回傳網(wǎng)絡(luò)容量壓力。MEC的出現(xiàn)，為將來面向“高速率、低時(shí)延、大連接”的新業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)能力，滿足不同客戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的差異化要求，廣電5G可以定制化建設(shè)不同專網(wǎng)，提供個(gè)性化的服務(wù)。此外，MEC部署到網(wǎng)絡(luò)邊緣，拉進(jìn)了與末端接入的物理位置，消除了距離產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延問題，可滿足毫秒級(jí)極低時(shí)延的要求。

網(wǎng)絡(luò)切片是5G網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)，也是5G網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求建設(shè)不同功能專網(wǎng)的核心技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的出現(xiàn)，將滿足不同業(yè)務(wù)場景、不同業(yè)務(wù)類型以及垂直行業(yè)的特定需求。其可以實(shí)現(xiàn)從控制面、用戶面到無線RAN側(cè)以各類方式共享的端到端的專用網(wǎng)絡(luò)的配置。且在端到端共享專用網(wǎng)絡(luò)中，同一個(gè)物理共享的網(wǎng)絡(luò)段中的不同切片內(nèi)容之間可以實(shí)現(xiàn)邏輯上的相互隔離。

5G 網(wǎng)絡(luò)SA采用服務(wù)化架構(gòu)（Service Based Architecture，SBA）使得其核心網(wǎng)控制面、用戶面具備網(wǎng)絡(luò)切片的功能，無線RAN側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切片功能通過各類幀結(jié)構(gòu)、QoS策略等技術(shù)，在滿足無線網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的情況下，實(shí)現(xiàn)無線RAN側(cè)資源的智能分配，同時(shí)實(shí)現(xiàn)差異化的切片功能。3GPP定義了網(wǎng)絡(luò)切片管理功能包括：通信業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)切片、網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)三類管理。[2]其作用是將不同需求的數(shù)據(jù)流映射到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)切片中，對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行分類管理，并根據(jù)不同切片業(yè)務(wù)的服務(wù)級(jí)別要求劃分至各個(gè)切片子網(wǎng)，最后根據(jù)其業(yè)務(wù)重要性、安全性等相關(guān)服務(wù)級(jí)別要求，采用不同級(jí)別的承載模式承載，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接入控制，指定切片類型，按功能、租戶進(jìn)行切片管理。

1.2 5G專網(wǎng)的特點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)有三大特點(diǎn)：高速率、低延遲、大接入，但多數(shù)客戶不需要同時(shí)具備三大特點(diǎn)。有些客戶希望獲得對(duì)自己的數(shù)據(jù)流擁有控制權(quán)，并對(duì)數(shù)據(jù)安全的可靠性、安全性、隱私性同時(shí)有較高的要求，通過5G公網(wǎng)無法滿足客戶的個(gè)性化需求。5G專網(wǎng)提供了客戶定制化網(wǎng)絡(luò)的自由度，可以根據(jù)政企客戶特性、使用場所、工作類型、業(yè)務(wù)性質(zhì)、安全等級(jí)、私密等級(jí)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(wǎng)的部署模型

5G網(wǎng)絡(luò)主要由UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB等網(wǎng)元組成。

UDM即統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，用于管理用戶數(shù)據(jù)。

5GC CP是5G核心網(wǎng)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(huì)話、移動(dòng)性管理，承載信令及控制消息。

UPF是5G核心網(wǎng)的用戶面功能，承載數(shù)據(jù)流量，負(fù)責(zé)在無線網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)之間轉(zhuǎn)發(fā)流量、統(tǒng)計(jì)流量使用情況、QoS策略實(shí)施等。

MEC即多接入邊緣計(jì)算，將UPF下沉與MEC組成邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，將原本需要通過遠(yuǎn)距離云計(jì)算解決的問題，下沉至數(shù)據(jù)邊緣，使得數(shù)據(jù)在本地就可以完成處理或存儲(chǔ)，縮短了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，同時(shí)大量數(shù)據(jù)計(jì)算存儲(chǔ)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(wǎng)絡(luò)的核心功能之一，也是5G專網(wǎng)重要功能之一。

gNB即5G基站。

5G專網(wǎng)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(wǎng)絡(luò);另一種是運(yùn)營商基于自建的5G公網(wǎng)幫助企業(yè)建設(shè)各自的專網(wǎng)。本文主要針對(duì)第二種類型進(jìn)行探討。其主要部署方式即為以上各網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)能力。

2.1授權(quán)頻段共享構(gòu)建專網(wǎng)

運(yùn)營商授權(quán)頻段共享幫助客戶構(gòu)建專網(wǎng)，與公網(wǎng)完全隔離，該模式下，運(yùn)營商授權(quán)一定的頻譜資源給企業(yè)，部署5G網(wǎng)絡(luò)需要的各個(gè)網(wǎng)元，建設(shè)客戶自有的5G專網(wǎng)，如圖1。

該專網(wǎng)可以因?qū)＞W(wǎng)與公網(wǎng)完全隔離，保障了客戶數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全。大部分網(wǎng)元都是本地部署，使得網(wǎng)絡(luò)時(shí)延低于其他模式。同時(shí)該網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立組建，不與公網(wǎng)連接，其網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)客戶需求任意自主擴(kuò)容、改建，不受運(yùn)營商公網(wǎng)的限制。但缺點(diǎn)也很突出，因其獨(dú)立建設(shè)全部網(wǎng)元導(dǎo)致建設(shè)成本高，且無論是運(yùn)營商代維或客戶自行維護(hù)，運(yùn)維成本相對(duì)較高。

2.2 RAN側(cè)共享模式

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

這種部署方式中，通過公網(wǎng)與專網(wǎng)的核心網(wǎng)設(shè)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(shè)備的數(shù)據(jù)流，分別接入專網(wǎng)的UPF或公網(wǎng)的UPF，讓分別屬于專網(wǎng)與公網(wǎng)的數(shù)據(jù)流，歸屬到其相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中去。例如某園區(qū)內(nèi)的智慧類業(yè)務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)信息等相關(guān)數(shù)據(jù)通過專網(wǎng)處理及存儲(chǔ);而客戶工作人員的個(gè)人手機(jī)的語音、上網(wǎng)等數(shù)據(jù)流仍由公網(wǎng)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(cè)收集網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息存在相當(dāng)大的難度，因此能夠保證客戶數(shù)據(jù)的安全性，同樣也具備網(wǎng)絡(luò)時(shí)延低的功能。雖然在RAN側(cè)進(jìn)行了共享，但其他網(wǎng)元仍需自建，建設(shè)、維護(hù)成本任相對(duì)較高。

2.3? RAN側(cè)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(wǎng)元進(jìn)行共享。關(guān)于控制面功能的共享即為專網(wǎng)與公網(wǎng)的處理連接、會(huì)話、移動(dòng)性管理，承載信令及控制消息以及數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理均由公網(wǎng)中的網(wǎng)元完成，如圖3。

在這種部署方式下，5G基站（gNB），5GC CP 和 UDM專網(wǎng)與公網(wǎng)公用，邏輯上分離，而UPF和MEC則在物理上也是分離的。網(wǎng)絡(luò)中的5G基站（gNB）和UPF通過N2和N4接口連接5GC CP，因此客戶內(nèi)部數(shù)據(jù)流的處理和存儲(chǔ)都在公網(wǎng)完成，企業(yè)的數(shù)據(jù)安全性會(huì)相對(duì)差一點(diǎn)。但用戶面的UPF和MEC部署在客戶內(nèi)部，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延低的功能能夠繼續(xù)得到保障。該類部署與RAN側(cè)共享一樣，因?yàn)橛脩裘鎁PF和MEC部署在客戶內(nèi)部，可以應(yīng)用于URLLC超低時(shí)延的場景，適用于大型倉儲(chǔ)物流園區(qū)、港口實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車自動(dòng)運(yùn)輸、機(jī)器人運(yùn)輸?shù)取?/p>

2.4公網(wǎng)與專網(wǎng)端到端共享

該模式下共享運(yùn)營商公網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)和公用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際是基于5G公網(wǎng)的端到端通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)切出的一個(gè)“子網(wǎng)絡(luò)”，如圖4。

這種部署方式中，客戶各類數(shù)據(jù)的完全性、私密性均取決于運(yùn)營商公網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)切片能力。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延的功能主要取決于運(yùn)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(dú)就近部署UPF和MEC，以保證網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。該類部署方式下，同一個(gè)5G基站（gNB）接入的專用或公用設(shè)備，通過RAN側(cè)、核心網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切片，分別通過邏輯專網(wǎng)分離傳輸。該模式的優(yōu)點(diǎn)是建網(wǎng)成本低、維護(hù)成本由運(yùn)營商負(fù)責(zé)，同時(shí)可以快速建網(wǎng)，有利于短期內(nèi)部署并實(shí)施應(yīng)用。

2.5 N3 LBO

LBO即Local Break-out，本地疏導(dǎo)，該模式為韓國SK Telecom案例。在專網(wǎng)中引入了MEC DP即MEC的數(shù)據(jù)面和MEC應(yīng)用，運(yùn)營商的MEP將流量規(guī)則發(fā)送到MEC DP。MEC DP負(fù)責(zé)在無線RAN側(cè)及核心網(wǎng)之間提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流量的本地處理，如圖5。

MEC DP具備對(duì)N3 GTP數(shù)據(jù)流的解析處理能力，如MEC DP將5G基站（gNB）的GTP數(shù)據(jù)包的目標(biāo)IP地址進(jìn)行解析，其IP數(shù)據(jù)包是專網(wǎng)數(shù)據(jù)流或公網(wǎng)數(shù)據(jù)流，再將其路由轉(zhuǎn)至相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中，從而保障專網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全。該方式采用MEC DP的方式替代傳統(tǒng)的UPF是因?yàn)镸EC DP的建設(shè)造價(jià)遠(yuǎn)低于UPF，有利于減少建設(shè)成本。同時(shí)在數(shù)據(jù)流的安全性、私密性以及網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(jù)接入功能;處理實(shí)時(shí)性較高的二層功能;處理RRC、PDCP等高層協(xié)議，負(fù)責(zé)非實(shí)時(shí)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(gòu)。其中RU/DU部署在企業(yè)，CU部署在運(yùn)營商邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)側(cè)。因此專網(wǎng)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(yùn)營商5G基站的是否采用CU分離方式。

3.廣電5G專網(wǎng)部署

3.1廣電5G專網(wǎng)思路

廣電5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)起步較晚，沒有網(wǎng)絡(luò)迭代更新負(fù)擔(dān)，廣電5G切片專網(wǎng)建設(shè)應(yīng)循序漸進(jìn)、統(tǒng)籌規(guī)劃。初期從低確定性的切片應(yīng)用開始建設(shè)和商用推廣，逐步向端到端確定性網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)商用初期產(chǎn)品的應(yīng)用到垂直行業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用需求。廣電擁有700M的黃金頻段，應(yīng)充分利用其廣覆蓋、高上行速率、低時(shí)延的優(yōu)勢結(jié)合5G移動(dòng)切片專網(wǎng)大力拓展行業(yè)客戶、催生新型業(yè)務(wù)、提高網(wǎng)絡(luò)價(jià)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(duì)5G網(wǎng)絡(luò)切片專網(wǎng)表現(xiàn)出極大的熱情，廣電5G應(yīng)借此培育創(chuàng)新業(yè)務(wù)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

3.2 廣電5G專網(wǎng)部署選擇

針對(duì)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(shí)現(xiàn)效果僅略優(yōu)于第二種方式，同時(shí)對(duì)于廣電5G網(wǎng)絡(luò)，頻譜資源是最寶貴的資源，授權(quán)頻譜、出租頻譜的方式不利于長遠(yuǎn)發(fā)展。方式二、三、四各有特色，可以針對(duì)不同的客戶需求、客戶等級(jí)采用相應(yīng)的方式部署：方式二適用于重要的黨政機(jī)關(guān)、公安、應(yīng)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(jī)場車站、大型工業(yè)園區(qū)、物流倉儲(chǔ)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(wǎng)的方式，迅速占領(lǐng)市場用戶。方式五、六所采用的技術(shù)尚未在國內(nèi)推廣，目前階段不建議在業(yè)務(wù)應(yīng)用中推廣。

結(jié)語

5G切片專網(wǎng)對(duì)于廣電業(yè)務(wù)是一個(gè)重要的突破口，建設(shè)企業(yè)專網(wǎng)即能降低大規(guī)模建網(wǎng)的建設(shè)成本，同時(shí)又能快速提升建網(wǎng)效益，形成良性循環(huán)。同時(shí)針對(duì)不同的企業(yè)客戶類型，結(jié)合實(shí)際情況，采用不同的部署方式，為專網(wǎng)用戶提供最優(yōu)的方案。

參考文獻(xiàn)

[1]劉亞利.5G網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)邊緣計(jì)算的應(yīng)用展望[J].中國新通信，2018-12-05.

[2]吳曉芳.產(chǎn)業(yè)垂直應(yīng)用加速發(fā)展或帶動(dòng)5G專網(wǎng)需求爆發(fā) [N].通信信息報(bào)，2020-05-06.

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

作者簡介：畢仲益（1973-），男，重慶云陽，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部總經(jīng)理;蔣軼（1981-），男，江蘇溧陽，副所長。