方琰崴 李立平 陳亞權(quán)

【摘 ?要】

垂直行業(yè)應(yīng)用已成為5G快速發(fā)展的重要驅(qū)動力，為滿足垂直行業(yè)多樣化的2B應(yīng)用需求，電信運營商要在5G網(wǎng)絡(luò)中部署切片技術(shù)，按需分配網(wǎng)絡(luò)資源快速創(chuàng)建2B專網(wǎng)，與面向公眾的2C網(wǎng)絡(luò)協(xié)同。介紹了5G 2B專網(wǎng)的解決方案，分析了5G核心網(wǎng)功能部署的策略，闡述了切片協(xié)同設(shè)計和管理部署、能力開放、網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，提出了5G 2B專網(wǎng)的四種建設(shè)方案，展望了5G專網(wǎng)的未來發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】5G;2B;專網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)切片

[Abstract]

Vertical industry applications have become an important driving force for the rapid development of 5G. To meet the diversified requirements of 2B （To Business） applications in vertical industries， telecom operators need to deploy slicing technologies in 5G networks， allocate network resources on demand and quickly create 2B private network to collaborate with 2C （To Customer） public networks. This paper introduces the solution of 5G 2B private networks， analyzes strategy of 5G core network function deployment， expounds key technologies such as slicing collaborative design and management deployment， capability opening， network management and maintenance， proposes four construction solutions for 5G 2B private networks， and prospects future development of 5G private networks.

[Key words]5G; To Business; private network; network slice

0 ? 引言

2020年，5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度將大大加快。5G既面向公眾用戶提供傳統(tǒng)意義上的電信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，稱為2C（To Customer），同時還面向垂直行業(yè)，面向政企提供切片，如工業(yè)應(yīng)用、智能電網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智慧醫(yī)療、銀行、各種APP應(yīng)用等，這也稱為2B（To Business）。2B垂直行業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為重中之重，如何建設(shè)2B網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建完整的技術(shù)體系推動產(chǎn)業(yè)成熟，增強網(wǎng)絡(luò)能力，助力5G服務(wù)垂直行業(yè)用戶，和已有2C網(wǎng)絡(luò)共存和協(xié)同演進(jìn)，這已成為業(yè)界關(guān)注的重點問題。

1 ? 5G 2B專網(wǎng)解決方案

5G 2B專網(wǎng)和2C網(wǎng)絡(luò)可以分離建設(shè)或合一建設(shè)。如圖1所示的5G 2B和2C網(wǎng)絡(luò)分設(shè)方案，可減少耦合，利于快速建網(wǎng)、簡化規(guī)劃和運維，建設(shè)周期短，擴(kuò)容快。

在標(biāo)準(zhǔn)方面，當(dāng)前2C標(biāo)準(zhǔn)成熟，3GPP R15已滿足2C網(wǎng)絡(luò)eMBB（增強移動寬帶）場景商用要求，而2B超越標(biāo)準(zhǔn)，3GPP R16才能滿足2B網(wǎng)絡(luò)URLLC（低時延高可靠）及相關(guān)垂直行業(yè)商用要求。分設(shè)方案既能夠利用既有成果快速建網(wǎng)，又可滿足業(yè)務(wù)快速創(chuàng)新，適應(yīng)垂直行業(yè)發(fā)展。在切片安全隔離方面，分離建設(shè)能統(tǒng)一管理切片，快速開通，并針對切片能力差異化處理，而合一建設(shè)能夠應(yīng)對普通的行業(yè)應(yīng)用，但對于安全或隔離要求高的垂直行業(yè)則存在不足。在與外部平臺對接方面，分設(shè)方案中，2B平臺（計費、開通、管理）針對獨立建設(shè)的5G控制面/用戶面可以快速實現(xiàn)5G連接管理能力，而合設(shè)方案中，平臺對接對組網(wǎng)要求高，難度大，周期長。在業(yè)務(wù)開展方面，分設(shè)方案可有效隔離兩張網(wǎng)絡(luò)，靈活部署，快速建設(shè)和擴(kuò)容，而合設(shè)方案中，由于2B和2C網(wǎng)絡(luò)共享資源，任何需求都需兼顧2C網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性，復(fù)雜程度高。在業(yè)務(wù)開通方面，分設(shè)方案能夠做到2C/2B業(yè)務(wù)獨立互不影響，專網(wǎng)業(yè)務(wù)一點開通，全國各個省份都可以使用，而合設(shè)方案中，2B業(yè)務(wù)開通或更改可能需要在跨2B節(jié)點的多個切片上操作，操作點多，易出錯。在運維方面，分設(shè)方案可采取和4G相同的運維模式，集中運維，一點故障處理，響應(yīng)快速，而合一建設(shè)則與物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點或省份網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)元關(guān)系緊密，運維涉及多個部門，故障處理流程長，響應(yīng)慢。從安全可靠角度看，分設(shè)方案更優(yōu)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃簡單，配置簡單，維護(hù)界面清晰，故障定位迅速。

在建網(wǎng)和運維成本上，分設(shè)方案所需投入高于合設(shè)方案，無線需要對接兩張核心網(wǎng)，核心網(wǎng)網(wǎng)元總數(shù)有所增加。綜合考慮，一般推薦采用分設(shè)方案。

2 ? 5G 2B專網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 ?5G核心網(wǎng)功能的部署

如表1所示，在2B和2C網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，可以針對5G核心網(wǎng)各網(wǎng)絡(luò)功能的特點采取不同的部署模式。

由于終端攜帶切片標(biāo)識且2C終端渠道復(fù)雜，無線根據(jù)終端切片標(biāo)識直接路由到2C AMF，2C網(wǎng)絡(luò)的AMF兼做默認(rèn)AMF，將未攜帶或加密切片標(biāo)識的2B用戶重定向到2B網(wǎng)絡(luò)AMF，再進(jìn)行處理。在整個流程中，必須將2B和2C網(wǎng)絡(luò)的NSSF、NRF共享，確保用戶接入正確的網(wǎng)絡(luò)，并保存和訪問2C/2B切片信息。

2.2 ?切片協(xié)同設(shè)計和管理部署

（1）多切片的劃分和協(xié)同

在5G切片劃分上，需要針對2C和2B網(wǎng)絡(luò)的不同進(jìn)行處理。在5G 2C網(wǎng)絡(luò)中，電信運營商提供面向公眾用戶的大網(wǎng)切片，按省份建設(shè)，每個省份一個切片實例。在5G 2B網(wǎng)絡(luò)中，電信運營商面向政企提供切片，如工業(yè)控制、智能電網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智慧醫(yī)療、銀行、各種APP應(yīng)用等，同樣也是按省份建設(shè)，但需要考慮行業(yè)要求、SLA（服務(wù)等級）需求、成本、資源等多種因素進(jìn)行切片實例部署，數(shù)量不限。

用戶可能兼有2C用戶和2B用戶屬性，因此兩個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同部署非常重要。在單用戶多切片場景下，AMF、UDM/UDR、PCF共享部署，用戶可以同時接入多個切片，如運營商2C切片和行業(yè)2B切片，用戶可同時享受多個切片業(yè)務(wù)，如玩網(wǎng)絡(luò)游戲的同時，打5G VoNR電話、瀏覽網(wǎng)頁并能夠通過簽約信息變更，在多切片中動態(tài)遷移。在這種場景下，共享PCF也便于設(shè)置NSSP（網(wǎng)絡(luò)切片選擇）策略，實現(xiàn)APP在切片之間動態(tài)遷移。在單實例多類型場景下，多個切片類型共享同一個切片實例，進(jìn)行切片實例匯聚，這適用于低隔離、低成本的行業(yè)應(yīng)用，如多家視頻網(wǎng)站都有高清視頻業(yè)務(wù)，SLA也類似，采用切片實例匯聚并用S-NSSAI（單網(wǎng)絡(luò)切片選擇輔助信息）區(qū)分統(tǒng)計數(shù)據(jù)，兼顧企業(yè)運營靈活性與網(wǎng)絡(luò)切片劃分的簡單性，降低資源消耗，節(jié)約運營成本。而對于特定的2B行業(yè)應(yīng)用或企業(yè)特定的切片需求，則需要部署專用的切片實例，采用單實例單類型模式。

（2）2B典型業(yè)務(wù)切片部署

5G 2B的典型業(yè)務(wù)可以分為eMBB、mMTC、URLLC等三類，這三類2B業(yè)務(wù)的切片部署有比較大的區(qū)別。

2B eMBB切片面向政企提供大帶寬，如視頻監(jiān)控、醫(yī)療影像、機(jī)器視覺、AR/VR等。在面向人的2B切片場景下，AMF/UDM/PCF控制面網(wǎng)元等與2C切片共享，并可與2C切片同時接入，采用Group B或C部署方式。在面向物的2B切片場景下，AMF/UDM/PCF等與2C切片分離。根據(jù)行業(yè)對安全性要求的不同，切片部署也不同：對于通用行業(yè)的2B eMBB切片，可共享AMF/UDM/PCF，UPF根據(jù)行業(yè)或SLA需求疊加新的切片，不同行業(yè)可以共享或者獨立部署切片;對于安全性要求比較高的行業(yè)，2B eMBB切片獨立部署AMF/UDM/PCF等。

2B mMTC切片面向低隔離度要求、低成本要求的業(yè)務(wù)，提供類似4G的大眾化普通物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，如穿戴設(shè)備、家庭監(jiān)控、智能表計類、煙感、門禁類。在這種場景下，一個切片實例可承載多種物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)?？杉泄芾砦锫?lián)網(wǎng)卡數(shù)據(jù)、策略數(shù)據(jù)。如圖2所示，eMTC/NB-IoT/mMTC類業(yè)務(wù)可按大區(qū)/省份部署實例，AMF/SMF/UPF可以在大區(qū)集中部署，大區(qū)內(nèi)省份間共享UDM/UDR/AUSF/PCF。

2B URLLC切片面向超低時延的業(yè)務(wù)，時延通常要求1 ms～10 ms，如工業(yè)自動化、智能制造、遠(yuǎn)程控制、電網(wǎng)差動保護(hù)等。組網(wǎng)可共享AMF/PCF/UDM，把UPF部署在邊緣數(shù)據(jù)中心，位置在市、縣甚至工業(yè)園區(qū)等。但對于時延要求嚴(yán)格同時還對安全性有高要求的2B業(yè)務(wù)，如飛機(jī)制造、差動保護(hù)等，可獨立部署AMF/PCF/UDM等網(wǎng)元。

某些特殊業(yè)務(wù)比如遠(yuǎn)程駕駛、遠(yuǎn)程手術(shù)等，同時需要低時延和高帶寬，在需要低時延切片進(jìn)行控制的同時，也需要高帶寬的切片協(xié)同回傳視頻。這種場景往往要求一個切片實例同時支持eMBB和URLLC。在組網(wǎng)上，可以構(gòu)建兩個全獨立的切片，部署雙UE、雙核心網(wǎng)，也可以同一個UE同時接入多個切片，核心網(wǎng)共享AMF/UDM等，這對UE和基站要求較高，且需支持多切片同時接入。

2B網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)切片SLA參數(shù)組合設(shè)計和部署不同的網(wǎng)絡(luò)切片，滿足各行業(yè)的需求，這些參數(shù)包括切片類型、覆蓋區(qū)域、安全隔離、數(shù)據(jù)接入方式、E2E時延、可用性、切片共享方式等。在網(wǎng)絡(luò)切片管理方面，建議2C和2B網(wǎng)絡(luò)合一建設(shè)NSMF，統(tǒng)一規(guī)劃切片標(biāo)識，避免沖突。核心網(wǎng)和無線的NSSMF分別提供核心網(wǎng)、無線子切片的設(shè)計、部署、指標(biāo)監(jiān)控。相同業(yè)務(wù)/切片模板集中設(shè)計，節(jié)省人力，便于統(tǒng)一切片管理。共享切片管理系統(tǒng)，按需下載業(yè)務(wù)/切片模板。提升業(yè)務(wù)部署速度，加速業(yè)務(wù)創(chuàng)新和推廣，也使得運營商的不同區(qū)域公司能夠共享創(chuàng)新成果。在建設(shè)初期，電信運營商可不建設(shè)NSMF，暫用設(shè)備廠商的切片管理系統(tǒng)，利于快速開展業(yè)務(wù)，后續(xù)逐步完善運營商企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)集中切片管理系統(tǒng)。

2.3 ?能力開放和網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)

5G 2B專網(wǎng)需要考慮全網(wǎng)集中建設(shè)面向行業(yè)的中心API網(wǎng)關(guān)，以提供開放能力。一方面，API網(wǎng)關(guān)面向千變?nèi)f化的2B行業(yè)用戶，定制化需求多，集中建設(shè)API網(wǎng)關(guān)能夠快速滿足2B APP的需求。另一方面，API網(wǎng)關(guān)通過NEF匯聚5GC的網(wǎng)絡(luò)能力，NEF通過Nnef接口得到各個NF的能力，NEF提供的網(wǎng)絡(luò)能力標(biāo)準(zhǔn)化程度高，能夠與多個NF對接，適合與NF同廠家部署，快速支持業(yè)務(wù)。如果在不同區(qū)域，由不同廠家提供5GC設(shè)備，那么建議選擇5GC與NEF同廠家部署，通過API GW統(tǒng)一對外提供網(wǎng)絡(luò)能力。

集中建設(shè)運維管理系統(tǒng)，分開管理2C、2B兩張網(wǎng)絡(luò)。不但可以節(jié)約投資、避免管理系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)，有效降低成本，還可以資源聚焦，有助于專注于建設(shè)強大智能化運維平臺，提升全網(wǎng)運維自動化水平。集中運維還有助于集中化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、節(jié)省人力，優(yōu)化運維策略、安全策略，快速復(fù)制到全網(wǎng)，集中管控版本，安全、快速上線新版本，大大提升運維效率。

3 ? 5G 2B專網(wǎng)建設(shè)方案

圖3是5G 2B專網(wǎng)的四種典型建設(shè)方案，這四種建設(shè)方案在3GPP中都定義為NPN（Non-Public Network，非公用網(wǎng)絡(luò)）。方案一、二、三，屬于非獨立組網(wǎng)的NPN網(wǎng)絡(luò)PNI-NPN（Public Network Integrated NPN，公眾網(wǎng)絡(luò)集成NPN），與5G網(wǎng)絡(luò)以及其他PLMN網(wǎng)絡(luò)耦合，通常由電信運營商進(jìn)行運營。方案四屬于SNPN（Standalone NPN，獨立NPN），通常由政府、企業(yè)獨立運營。

3.1 ?非獨立組網(wǎng)的PNI-NPN方案

（1）三種組網(wǎng)方案

在方案一中，核心數(shù)據(jù)中心部署UDM/AUSF/PCF/SMF/AMF/NRF/NSSF，僅UPF下沉到邊緣數(shù)據(jù)中心，邊緣數(shù)據(jù)中心可不需要虛擬化改造?？刂泼婕芯S護(hù)，用戶面分散到各個地市維護(hù)，也不需要特殊號段，在和4G網(wǎng)絡(luò)的互通上，UPF即融合節(jié)點，沒有特殊要求。用戶根據(jù)切片信息選擇對應(yīng)UPF。

在方案二中，核心數(shù)據(jù)中心部署AMF/UDM/AUSF/PCF/NRF/NSSF，而SMF與UPF一起下沉到虛擬化改造后的邊緣數(shù)據(jù)中心，SMF需部署安全和容災(zāi)方案。核心數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)元集中維護(hù)，而SMF/UPF在地市維護(hù)，不需要特殊號段。在和4G網(wǎng)絡(luò)的互通上，增加S5接口。用戶移動跨邊緣DC時，需開啟N16a接口進(jìn)行不同邊緣數(shù)據(jù)中心的SMF之間互通。此時，UE可以訪問2C網(wǎng)絡(luò)。2C網(wǎng)絡(luò)和2B網(wǎng)絡(luò)之間如無互操作，則需額外對接N7、N10、N11、Nnrf、N40接口，如兩網(wǎng)有互操作，則還需要增加SMF/I-SMF間接口。

在方案三中，UDM/AUSF/PCF/NRF/NSSF部署在核心數(shù)據(jù)中心，AMF/SMF/UPF下沉到虛擬化改造后的邊緣數(shù)據(jù)中心，AMF/SMF需部署安全和容災(zāi)方案。核心數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)元集中維護(hù)，而AMF/SMF/UPF在地市維護(hù)，同樣不需要特殊號段。在和4G網(wǎng)絡(luò)的互通上，增加N26、S5接口。用戶移動跨邊緣數(shù)據(jù)中心時，也需開啟N16a接口。此時，UE不需要訪問2C網(wǎng)絡(luò)。2C網(wǎng)絡(luò)和2B網(wǎng)絡(luò)之間如有互操作，還需要增加AMF和AMF之間、SMF/I-SMF間的接口。

在計費方面，方案一中N4接口拉遠(yuǎn)對UPF上報用量給SMF有一定影響，方案二、方案三中，CHF和SMF之間的N40接口拉遠(yuǎn)，但由于計費上報頻率不高，時延是毫秒級別，對這三種方案在計費上的影響，都可以忽略。

（2）N4接口的解耦

SMF與UPF之間的N4接口，3GPP對其標(biāo)準(zhǔn)化尚在制定階段，異廠家不能互通。方案一中，SMF與UPF拉遠(yuǎn)，只能選擇同廠家的SMF和UPF。方案二、三中，核心數(shù)據(jù)中心與邊緣數(shù)據(jù)中心可以實現(xiàn)異廠家部署，但SMF與UPF通常推薦融合部署，類似4G的SAE-GW。

對于N4接口的解耦，業(yè)界在不斷努力。中國移動在2020年初啟動了Open UPF面向行業(yè)的5G UPF及N4接口開放合作伙伴計劃，并在3月份發(fā)布了《面向垂直行業(yè)的N4解耦UPF設(shè)備規(guī)范》和《面向垂直行業(yè)的N4接口規(guī)范》兩項規(guī)范，同時發(fā)布《5G Open UPF白皮書》。規(guī)范以R15版本為基礎(chǔ)，同時引入R16個別重要信元，制定功能分級分類，要求UPF必須支持14類最小功能集，保證基本業(yè)務(wù)正常進(jìn)行，推薦支持UL/CL分流等12類功能，滿足不同垂直行業(yè)的定制化需求，并可根據(jù)需求不斷迭代增加。這能夠滿足邊緣數(shù)據(jù)中心用戶側(cè)UPF輕量化、低成本和靈活的部署需求。

3.2 ?獨立組網(wǎng)的SNPN方案

方案四是典型的SNPN組網(wǎng)，IMS部署在核心數(shù)據(jù)中心，5G核心網(wǎng)下沉到邊緣數(shù)據(jù)中心，邊緣數(shù)據(jù)中心進(jìn)行虛擬化改造，5G核心網(wǎng)要跨數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)容災(zāi)，需特定號段和2C網(wǎng)絡(luò)互通。服務(wù)化接口封裝于N32接口（SEPP之間）互通，控制面實現(xiàn)安全隔離。下沉5GC的獨立維護(hù)和4G的物聯(lián)網(wǎng)類似。在和4G網(wǎng)絡(luò)的互通上，增加N26、S5接口。在計費方面，可以連接本地計費系統(tǒng)。這種全封閉場景適合行業(yè)大客戶場景。

需要整網(wǎng)統(tǒng)籌用戶的號段分配、設(shè)計和管理切片，需要考慮在2C網(wǎng)絡(luò)和2B網(wǎng)絡(luò)同覆蓋場景下，UE選擇網(wǎng)絡(luò)的問題，并確保UE離開該邊緣數(shù)據(jù)中心的覆蓋區(qū)域時的業(yè)務(wù)連續(xù)性，確保UE離開該邊緣數(shù)據(jù)中心覆蓋區(qū)域時，仍然可以順利訪問2C網(wǎng)絡(luò)。

對于工業(yè)園區(qū)內(nèi)2B網(wǎng)絡(luò)的移動企業(yè)終端用戶，園區(qū)內(nèi)企業(yè)專網(wǎng)用戶號段必須是運營商公共網(wǎng)絡(luò)的號段的子集。在園區(qū)范圍內(nèi)可接入企業(yè)專網(wǎng)，在企業(yè)園區(qū)外可接入運營商公共網(wǎng)絡(luò)。非園區(qū)移動企業(yè)終端用戶，在園區(qū)內(nèi)可允許或限制接入運營商公共網(wǎng)絡(luò)。

由于5G 2B專網(wǎng)無法提供全業(yè)務(wù)，如語音和短信，而2C網(wǎng)絡(luò)和2B網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一設(shè)計切片后，用戶可根據(jù)切片ID選擇不同切片所屬網(wǎng)絡(luò)。IMS部署在核心數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在邊緣數(shù)據(jù)中心終結(jié)，提供基于5GC Home Routed方式的語音業(yè)務(wù)，或在工業(yè)園區(qū)內(nèi)提供基于Wi-Fi的語音業(yè)務(wù)。

2B網(wǎng)絡(luò)可采用4.9G無線頻率，通過無線區(qū)分選擇不同網(wǎng)絡(luò)，不允許UE跨區(qū)域移動，并在其他邊緣數(shù)據(jù)中心中，部署該切片的實例，和UE歸屬的切片實例實現(xiàn)互通?；谠撉衅瑯I(yè)務(wù)連續(xù)性需求，可選擇合適的SSC Mode（Session and Service Continuity Mode，會話和服務(wù)連續(xù)模式），如采用SSC Mode1，由歸屬地UPF提供數(shù)據(jù)出口。

4 ? 結(jié)束語

運營商需要根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展模式，合理選擇5G 2B專網(wǎng)的建設(shè)方案，一般采取分步部署的方式。在建設(shè)初期，可以采取方案一，僅UPF下沉到企業(yè)、工業(yè)園或者行業(yè)的邊緣數(shù)據(jù)中心，此時可以部署專用U面和智能網(wǎng)卡，有效降低成本。隨著業(yè)務(wù)的開展，可以按照方案二、方案三逐步下沉SMF、AMF，提高專用NF占比。在2B專網(wǎng)業(yè)務(wù)成熟期，可以采用方案四，5G核心網(wǎng)整體下沉到邊緣數(shù)據(jù)中心，做到專網(wǎng)的專用。不過，也可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)模、成熟度和投資情況，直接從方案二、方案三開始建設(shè)，甚至直接采用方案四建設(shè)。

切片的靈活調(diào)度、一網(wǎng)多用等特性使得網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營的成本得到降低。和傳統(tǒng)企業(yè)專網(wǎng)相比，5G 2B專網(wǎng)模式更具有技術(shù)優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。5G 2B專網(wǎng)將與傳統(tǒng)模式的其他專網(wǎng)在一段時期內(nèi)共存，并逐步融合。運營商可以充分結(jié)合二者的特點，取長補短，為垂直行業(yè)用戶提供服務(wù)。

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