一種面向園區的5G專網部署模式探索

宋 濤

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

1 5G專網簡介

1.1 5G專網的概念

所謂專網，是指在特定區域進行網絡覆蓋，面向特定用戶提供通信服務的專有網絡。專網不是5G時代的專有名詞，2G、3G、4G時代也曾有基于業務需要的少量部署。它是相對于公網而言的，公網的服務對象是公眾用戶，而專網的服務對象是特定用戶，是為特定用戶提供網絡通信服務的專用網絡。5G專用網絡則是為特定用戶提供5G網絡服務的，是在特定區域內具有統一連接性和安全通信方式的網絡，屬于局域網（Local Area Network，LAN）。

1.2 5G專網的特點

3GPP定義了5G網絡的3大場景，包括支持4K高清視頻等大流量的增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）業務場景、海量機器類通信（massive Machine Type of Communication，mMTC） 業 務 場 景以及無人駕駛和工業自動化等需要的低時延、高可靠 連 接（Ultra Reliable Low Latency Communication，URLLC）業務場景。但對用戶來說，并不總是同時需要這些業務特性[1]。此外，一些用戶希望能夠獲得對5G網絡盡可能大甚至全部的控制權、極高的可靠性、高度的安全性以及隱私性等，但公網想實現這些特定需求難度很大。

5G專網可以根據用戶的需求和成本等進行高度定制，可根據實施環境和應用類型提供等級不同的網絡配置，在可靠性、隱私性以及安全性等方面極具優勢[2]。5G專用網絡特征如圖1所示。

圖1 5G專用網絡特征

可用性是在某個考察時間段網絡可供用戶使用的時間占比，專網要求最大的可用性。可靠性是度量網絡性能好壞的指標，指在一定時間內傳輸一定量業務的能力，網絡覆蓋質量越好、容量越大，業務切換功能越強，可靠性越高。互通性要求網絡有一定的靈活性。服務質量是指利用各種基礎技術，為特定的網絡通信提供高質量服務的能力，具體指標包括延遲、丟包率以及抖動等[3-5]。安全性是指專網采用網絡隔離和身份驗證等多種方式來保護數據，甚至實現數據不出園區。

2 5G專網建設模式

5G標準還在不斷更新，網絡切片能力不斷向前發展，獨立性強的5G專網建設面臨的主要問題是頻譜獲取難。頻譜是一種有限資源，這類資源的使用需要得到國家相關部門的授權和審批。在專用頻譜獲取難度大的現實情況下，采用非授權頻譜和共享頻譜的方式作為部署專網的選擇。

2020年前，5G行業應用較少，產業鏈不成熟，但專網專用的網絡設備和終端價格都較高，因此國內對5G專網專頻的態度非常謹慎。另外，業內也在研究5G專網專頻的必要性和可行性，同時積極探索專網的具體部署模式。

目前，三大運營商都推出了自己的5G專網商用產品。中國電信發布了《中國電信5G定制網產品手冊》，其5G專網部署分為致遠、比鄰以及如翼3種模式；中國移動發布5G專網產品體系2.0，其5G專網分為優享、專享以及尊享3種模式；中國聯通則發布了《中國聯通5G行業專網白皮書》，其專網分為虛擬專網、混合專網以及獨立專網3種部署方式。3者的共同點是基于3GPP定義，產品標準化屬性強，且各自的定制專網分類也非常相似[6-8]。

仔細研究三大運營商的5G專網產品就會發現，雖然各自對其5G專網部署模式的命名不同，但都采用了相似的基本架構，使用了公用的5G頻譜，實際上部署模式分別是公網完全共享、與公網部分共享以及獨立部署，具體產品對應關系如表1所示。

表1 三大運營商5G專網模式

3 基于某運營商5G定制網的建設案例

3.1 項目背景

客戶為某公司研究中心，是山西省內一流的高科技科研院，原在省會，現將搬遷往新址，迫切需要在新址定制先進的5G網絡環境，以支撐其生產研發智能化，且滿足其基于5G的自動化控制等生產研發。

客戶需求技術參數層面要求實現端到端時延10 ms左右，連接數為500～10000，核心網實現雙活熱備，保障業務不中斷。專網專用要求數據不出園區，滿足園區內實驗室至園區互聯網數據中心（Internet Data Center，IDC）機房的數據交互，滿足網絡安全等保三級要求。此外還需滿足園區內辦公場和實驗室員工手機上網及通話等基本需求，滿足后續5G環境下的科研需求，提供專用基站及專用頻段匹配方案，避免后期同公網產生沖突。

3.2 整體建設方案

通過與客戶的反復溝通和討論，根據客戶的業務需求和預算計劃，本案例選擇獨立組網模式，分別對應三大運營商的尊享、如翼和獨立專網模式進行建設，按照客戶組網技術要求和覆蓋規模等，確定建設方案。用戶面功能（User Plane Function，UPF）下沉，暫不進行5GC下沉方案建設，后續根據業務具體需求進行建設。

根據業務需求，采用獨享式UPF進行部署，基于省級5GC進行信令承載，基于園區級UPF進行專網數據承載。下沉部署園區邊緣UPF，實現本地數據在園區內分流卸載，滿足業務更低時延以及客戶明確的數據管控需求。某客戶5G定制專網具體網絡結構如圖2所示。

圖2 某客戶5G定制專網架構

業務流程如下：（1）控制信令，信令通過園區5G基站和園區UPF與運營商公網的新舊址5GC SA核心節點進行控制（出園區網絡，僅涉及5G網絡移動設備信令控制管理）；（2）業務數據，本方案采取5G網絡專網建設方案，輕量級UPF下沉部署在企業機房內，同時下沉STN A設備至園區附近運營商機房，園區內輕量級UPF和5G基站下掛在同一個STN A設備下，實現整體業務數據僅在園區內路由，控制在園區中，滿足園區數據大帶寬、低時延以及高可靠的要求[9]。

3.3 UPF建設方案

本項目UPF覆蓋范圍包括園區內的各類5G終端，所有園區內數據流僅在園區內路由，本期新建1套UPF，使用UPF-N6接口對接園區內網，保證數據不出園區。根據前期項目調研，本期工程滿足500端ToB集約用戶規模，終端類型全部為5G-SA類型。時延要求滿足端到端小于20 ms，總吞吐量要求小于10 Gb/s，5G ToB終端的承載數為500端，需支持后期平滑擴容。

本方案中UPF采用獨享方式進行部署，為用戶提供5G數據服務。部署位置為園區內部，由客戶選定已有機房。設備方面，考慮到投資，本案例中選用運營商自研的輕量級UPF產品。該產品配置最大支持10 Gb/s的處理能力，UPF設備掛接承載網、連接基站、大網5GC，可以滿足用戶需求。

為實現對UPF專網設備的采集與管理，本案例中新建1套UPF網管系統，配置2臺網管服務器主機和2臺網管交換機，實現網元告警管理、版本升級、性能數據查詢、日志管理以及資源配置管理等。此外，在園區機房部署1套獨享型UPF，UPF使用裸纖的方式就近接入STN-A設備，通過STN網絡實現與5GC互通。UPF與園區內網之間通過N6接口訪問，部署1對防火墻實現定制專網和企業內網的隔離。防火墻和企業內網開通光纖直連鏈路，UPF通過防火墻接入企業內網[10]。

3.4 承載網建設方案

承載網的需求取決于無線側，本次5G覆蓋方案無線側共規劃新增1臺BBU。為了接入園區新增BBU，在園區數據機房新增1端STN A1設備，通過雙10G鏈路上聯至運營商現有STN網絡。采用光纜承載設備間的數據鏈路、園區內研發樓、新能源入網檢測室、節能環保檢測室、特高壓實驗室，外部網絡之間采用光纜連接，保障大容量數據的安全連接。

園區內，樓與樓之間的光纜采用管道方式敷設，可最大限度地保障業務的安全。在園區內每層樓的豎井中設置1個分纖點，使用光纖分纖箱下帶業務。樓內光纜采用豎井、橋架敷設方式，分纖箱至用戶點全部采用暗管敷設，做到完全隱蔽。

3.5 無線網建設方案

該園區包括1棟研發樓、1棟新能源入網檢測室、1棟節能環保檢測室以及1棟特高壓實驗室。考慮到5G頻段較高，室外覆蓋室內無法滿足覆蓋效果，因此本實施案例中5G無線網覆蓋方案采用新型有源室分技術針對性覆蓋，有源室分系統主要由基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）、匯聚單元以及安裝于天花板、墻面等位置的微型射頻拉遠端單元組成。BBU與匯聚單元之間采用光纖連接，匯聚單元與微型射頻拉遠端單元之間采用光電復合纜連接，微型射頻拉遠端單元實現射頻信號處理與發射功能。采用有源室分覆蓋方式可實現室內99%以上有效覆蓋。

4 運營模式

運營商與園區合作建設5G定制網絡，滿足該科研園區科研工作及員工使用。室外信號覆蓋由公網負責，室內信號覆蓋及實驗室5G環境搭建由園區出資，運營商負責承建及后續維護。運營商還免費為客戶優化4G網絡及語音網絡，包括室外基站建設和室內分布建設，確保園區員工可同時享受4G和5G網絡，可平滑從4G過渡到5G。此外運營商與用戶簽訂5G戰略合作協議，成立5G聯合實驗室，共同開展5G環境下的應用開發，共同發布5G科研成果，并在各自領域推廣應用。

5 結 論

目前，全國5G網絡建設已延伸至市縣，相對于2G、3G、4G通信時代，5G發揮技術優勢的主要陣地應是ToB領域，其核心作用在于對傳統行業賦能。截止目前，雖然行業內還沒有革命性的應用出現，但在今后，尤其是在新基建政策的影響下，5G行業應用將有巨大的發展空間。三大運營商推出5G定制專網方案正當其時，有理由相信，5G定制專網將是未來一兩年內的熱點，將帶來通信行業乃至信息化行業的大發展。