鐘連峰，何航航，江明東，孟江濤，周燁挺，沈建平

（中國移動通信集團設計院有限公司 浙江分公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

隨著5G網(wǎng)絡的大力建設，5G的新特性也賦予了各垂直行業(yè)更廣闊的發(fā)展空間，促進垂直行業(yè)不斷數(shù)字化轉(zhuǎn)型。依托5G大寬帶、低時延、廣連接的接入能力，實現(xiàn)從滿足大眾化消費服務向工業(yè)領(lǐng)域賦能的進步提升，推動產(chǎn)業(yè)應用的技術(shù)革新和轉(zhuǎn)型升級，加速傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化進程。

1 5G網(wǎng)絡現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

目前，全國5G基站已經(jīng)建設超過70萬個，全國地級以上城市的密集城區(qū)基本已實現(xiàn)5G信號的連續(xù)覆蓋[1]?？焖侔l(fā)展的5G網(wǎng)絡技術(shù)推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)應用生態(tài)的逐步完善和相應5G終端設備的快速發(fā)展，而隨著5G網(wǎng)絡相關(guān)應用在垂直行業(yè)領(lǐng)域需求的銳增，差異化、多元化的5G垂直行業(yè)領(lǐng)域應用需求又推動了5G技術(shù)的快速發(fā)展和演進。

5G基站建設是我國新基建7大領(lǐng)域中的重要內(nèi)容，3大運營商快速大規(guī)模地部署5G基站為5G網(wǎng)絡在相關(guān)垂直行業(yè)領(lǐng)域的應用和快速發(fā)展奠定了基礎，5G+智慧教育、5G+車聯(lián)網(wǎng)、5G+醫(yī)療健康、5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等豐富的5G網(wǎng)絡技術(shù)應用場景不斷涌現(xiàn)。隨著5G網(wǎng)絡的不斷完善，5G網(wǎng)絡技術(shù)驅(qū)動垂直行業(yè)領(lǐng)域持續(xù)向數(shù)字化發(fā)展，需要5G網(wǎng)絡來承載更多的垂直行業(yè)應用需求。云網(wǎng)融合將云服務能力和5G網(wǎng)絡結(jié)合起來，可以依托5G網(wǎng)絡低時延高可靠、廣連接低功耗、高速度大寬帶的技術(shù)優(yōu)勢，滿足各行業(yè)客戶在同需求不同應用之間進行靈活配置。未來5G網(wǎng)絡將進一步深化云-網(wǎng)-端-業(yè)的一體化融合，更好地滿足toC和toB兩大用戶需求，實現(xiàn)從滿足大眾化消費服務向工業(yè)級賦能的提升，助力產(chǎn)業(yè)應用的技術(shù)革新，加速傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2 5G公網(wǎng)和專網(wǎng)概述

在生活中，人們通過手機瀏覽網(wǎng)頁、撥打電話等所使用的網(wǎng)絡都是公網(wǎng)（即公共通信網(wǎng)絡）。公網(wǎng)其實就是一個大家共同使用的公共網(wǎng)絡，不計其數(shù)的手機用戶都可以接入到同一個網(wǎng)絡，共享同樣的網(wǎng)絡設備和頻段資源。

5G專網(wǎng)從廣義上可以分為虛擬專網(wǎng)和物理專網(wǎng)兩種形式。其中虛擬專網(wǎng)面向普通行業(yè)，通過運營商公網(wǎng)切片提供網(wǎng)絡服務，邏輯上與面向大眾消費者的網(wǎng)絡相隔離。以網(wǎng)絡切片為框架，可按照行業(yè)需求產(chǎn)生多類型切片。虛擬專網(wǎng)側(cè)重網(wǎng)絡架構(gòu)的優(yōu)化，移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）、核心網(wǎng)部署方案按需靈活選擇，基站可同時服務于公網(wǎng)用戶和行業(yè)客戶。物理專網(wǎng)面向隔離度要求高、涉及國家民生的特許行業(yè)，而無線網(wǎng)在特定的需求場景下通過劃分專用頻段或建設相應專用基站的方式提供專用無線資源。核心網(wǎng)與公網(wǎng)完全獨立，對隔離度、網(wǎng)絡資源要求高，網(wǎng)絡架構(gòu)方案可根據(jù)隔離性需求靈活選擇，不依賴于公網(wǎng)。

相比于5G物理專網(wǎng)，5G虛擬專網(wǎng)更加切合5G網(wǎng)絡在垂直行業(yè)的應用。5G虛擬專網(wǎng)同樣可以為有垂直行業(yè)應用需求的客戶提供個性化、定制化的5G專網(wǎng)服務，相對于企業(yè)來說更具有網(wǎng)絡性能優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。

3 5G公網(wǎng)和專網(wǎng)的融合部署方案

根據(jù)5G應用范圍，可以將行業(yè)應用場景歸為廣域場景和局域場景兩類。局域場景指業(yè)務限定在特定區(qū)域，如工廠、港口和家庭教育，此時不需要大范圍地業(yè)務移動性和連續(xù)性。而廣域場景則恰好相反，需要基于運營商的端到端公網(wǎng)資源實現(xiàn)廣覆蓋或高速移動的業(yè)務聯(lián)接，如車聯(lián)網(wǎng)。當前運營商5G公網(wǎng)建設仍然處于初期，覆蓋和連續(xù)性會加速完善。5G行業(yè)專網(wǎng)建設也可選擇局域場景優(yōu)先切入，解決局域網(wǎng)絡覆蓋，借助5G核心網(wǎng)滿足局域場景聯(lián)接+計算訴求，再逐步擴展到廣域場景。

3.1 5G公網(wǎng)和專網(wǎng)核心網(wǎng)融合部署方案

5G核心網(wǎng)網(wǎng)元功能虛擬化、網(wǎng)絡架構(gòu)服務化以及眾多5G專網(wǎng)技術(shù)的不斷突破，為5G專網(wǎng)在服務能力方面的智能化、定制化奠定堅實基礎。在不同行業(yè)及不同的應用場景中，5G公網(wǎng)和5G專網(wǎng)核心網(wǎng)可以融合部署。在核心網(wǎng)側(cè)，公網(wǎng)、專網(wǎng)共享核心網(wǎng)控制面資源池，通過切片進行不同程度的隔離，降低核心網(wǎng)建設成本和維護難度。

3.1.1 網(wǎng)絡切片虛擬專網(wǎng)部署方案

在網(wǎng)絡切片虛擬專網(wǎng)部署方案中，虛擬專網(wǎng)基于5G公網(wǎng)的物理網(wǎng)絡資源，通過網(wǎng)絡切片隔離出多個端到端的邏輯子網(wǎng)，在不增加物理資源的情況下為專網(wǎng)用戶提供端到端的網(wǎng)絡隔離服務[2]?；?G公網(wǎng)的部署，在5G公網(wǎng)覆蓋的范圍內(nèi)均可提供5G專網(wǎng)的覆蓋服務，且不需要重新進行新的5G物理網(wǎng)絡建設，只要進行相關(guān)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)配置即可，可以有效降低專網(wǎng)網(wǎng)絡的運營成本，提高運營效率。但基于切片的5G虛擬專網(wǎng)的服務等級協(xié)議（Service-Level Agreement，SLA）受限于5G公網(wǎng)的網(wǎng)絡設備配置，只能有限定制。5G公網(wǎng)的網(wǎng)絡質(zhì)量直接影響5G專網(wǎng)的網(wǎng)絡質(zhì)量，5G專網(wǎng)的網(wǎng)絡質(zhì)量只能得到有限保障。網(wǎng)絡切片虛擬專網(wǎng)使用運營商已有的5G公網(wǎng)資源，不受地理區(qū)域限制，適合需要大范圍部署的廣域場景。

3.1.2 邊緣UPF混合專網(wǎng)部署方案

對于需重點保障用戶面數(shù)據(jù)流、業(yè)務信息、控制信息全部本地留存的不出園區(qū)行業(yè)客戶，可選擇邊緣用戶面功能（User Plane Function，UPF）混合專網(wǎng)的核心網(wǎng)方案。在控制面共用5G公網(wǎng)資源，UPF下沉到專網(wǎng)行業(yè)用戶本地作為5G網(wǎng)絡與垂直行業(yè)的連接點，通過數(shù)據(jù)分流技術(shù)使端到端業(yè)務數(shù)據(jù)流量都在本地完成交互，實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)流量不出園區(qū)，降低網(wǎng)絡傳輸時延。由于UPF下沉到本地，使得端到端的業(yè)務數(shù)據(jù)在本地處理，因此有效降低了端到端的時延。根據(jù)專網(wǎng)用戶的實際需求，可靈活制定UPF的性能容量、硬件設備、功能模塊等，滿足不同行業(yè)的個性化定制需求。由于控制面共用5G公網(wǎng)的核心網(wǎng)，因此業(yè)務在切片管理和SLA等方面只能進行有限調(diào)整。邊緣平臺與UPF共同部署在行業(yè)用戶本地，行業(yè)應用通過邊緣平臺承載在5G網(wǎng)絡上。

3.2 5G公網(wǎng)和專網(wǎng)無線基站的融合部署方式

5G公網(wǎng)和專網(wǎng)無線基站的融合部署分為專網(wǎng)與公網(wǎng)之間RAN共享方案、專網(wǎng)與公網(wǎng)之間RAN和核心網(wǎng)控制面共享方案、公網(wǎng)和專網(wǎng)之間RAN和核心共享（端到端網(wǎng)絡切片）方案。

3.2.1 專網(wǎng)與公網(wǎng)之間RAN共享

5G公網(wǎng)和專網(wǎng)共同使用同一套5G無線基站（gNB）設備，RAN共享，如圖1所示。

圖1 專網(wǎng)與公網(wǎng)之間RAN共享

UDM、5GCCP、UPF以及MEC部署在企業(yè)中，并與公網(wǎng)在物理上隔離。在這種模式下，5G網(wǎng)絡數(shù)據(jù)在5G無線基站上實現(xiàn)數(shù)據(jù)分流，歸屬于5G公網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量直接傳送到5G公網(wǎng)UPF，歸屬于5G專網(wǎng)的流量數(shù)據(jù)則直接流轉(zhuǎn)到專網(wǎng)UPF。該部署模式的優(yōu)勢在于能保障企業(yè)數(shù)據(jù)的低時延和安全性。同時由于共享RAN，企業(yè)可節(jié)約維護成本和部署成本。

3.2.2 專網(wǎng)與公網(wǎng)之間RAN和核心網(wǎng)控制面共享

5G公網(wǎng)和專網(wǎng)共同使用同一套5G無線基站（gNB）設備，而且同時與5G公網(wǎng)共享控制面，如圖2所示。

圖2 專網(wǎng)與公網(wǎng)之間RAN和核心網(wǎng)控制面共享

所謂控制面共享，就是5G公網(wǎng)和5G專網(wǎng)的控制面功能（包括移動性管理、身份驗證等）都是由5G公網(wǎng)中的5GCCP和UDM執(zhí)行。在這種模式下，企業(yè)專網(wǎng)的gNB和UPF分別由N2和N4接口連接5G公網(wǎng)的5GCCP，企業(yè)專網(wǎng)里的設備的用戶信息也存儲在運營商的5G公網(wǎng)里，而不是存儲在企業(yè)內(nèi)部，數(shù)據(jù)的安全性和隱私保護方面可能會差一點[3]。但由于MEC和UPF部署于企業(yè)內(nèi)部，因此仍然可以保障網(wǎng)絡低時延。

3.2.3 公網(wǎng)和專網(wǎng)之間RAN和核心共享（端到端網(wǎng)絡切片）

專網(wǎng)和公網(wǎng)共用同一套5G無線基站設備和UDM、5GCCP、UPF、MEC，包括控制面和用戶面，5G專網(wǎng)與公網(wǎng)端到端共享，如圖3所示。

圖3 公網(wǎng)和專網(wǎng)之間RAN和核心共享（端到端網(wǎng)絡切片）

在這種部署方式下，用戶信息和數(shù)據(jù)流量的安全性取決于網(wǎng)絡切片能力，而低時延保障取決于運營商的邊緣云（UPF和MEC）的部署位置。如果運營商的邊緣云的位置離企業(yè)很近，那么網(wǎng)絡時延也就很低。

4 5G公網(wǎng)和專網(wǎng)融合部署的優(yōu)勢

5G物理專網(wǎng)需要企業(yè)獨立自建一套5G無線基站及核心網(wǎng)網(wǎng)絡，雖然可以保障企業(yè)數(shù)據(jù)的絕對安全，但存在用戶規(guī)模過小、成本過高的問題，且后期運維成本也高，還得培養(yǎng)一批專業(yè)的運維人員，只適用于部分企業(yè)部署[4]。5G虛擬專網(wǎng)可以通過網(wǎng)絡切片技術(shù)基于5G公網(wǎng)的物理網(wǎng)絡資源使用網(wǎng)絡切片技術(shù)隔離出多個端到端的邏輯子網(wǎng)，在不增加物理資源的情況下為客戶提供端到端的網(wǎng)絡隔離服務，在滿足客戶定制化需求的同時更具備低成本優(yōu)勢。通過5G專網(wǎng)和5G公網(wǎng)深度的融合，在5G行業(yè)專網(wǎng)研發(fā)過程中運營商與客戶共同打磨、共同成長，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡范式、服務模式、研發(fā)方式3方面的創(chuàng)新[5]。在網(wǎng)絡范式上按需組合部署，在服務模式上滿足不同客戶的個性化需求，在研發(fā)方式上采用聯(lián)合研發(fā)模式與產(chǎn)業(yè)共同迭代研發(fā)。通過賦能垂直行業(yè)的應用運營及商業(yè)模式創(chuàng)新，實現(xiàn)5G專網(wǎng)產(chǎn)品化以及端到端的流程拉通。

5 結(jié) 論

加快發(fā)展5G網(wǎng)絡并推進5G基站建設、技術(shù)發(fā)展、安全保障以及應用推廣，充分發(fā)揮5G網(wǎng)絡的帶動作用和規(guī)模效應，推動經(jīng)濟平穩(wěn)快速發(fā)展。5G不僅是網(wǎng)絡技術(shù)的變革，也是運營商商業(yè)模式的變革，逐步從面向大眾的上網(wǎng)、語音等服務拓展到面向企業(yè)的垂直行業(yè)領(lǐng)域。在面對垂直行業(yè)領(lǐng)域不同的業(yè)務需求時，需通過靈活構(gòu)建不同的網(wǎng)絡來應對，根據(jù)不同領(lǐng)域的特點選擇不同的網(wǎng)絡覆蓋方案。通過5G公網(wǎng)和5G專網(wǎng)的融合部署，根據(jù)企業(yè)的個性化需求和商業(yè)模式合理地降低5G專網(wǎng)的運營成本和部署成本。