5G 2B專網解決方案和關鍵技術

方琰崴 李立平 陳亞權

【摘 ?要】

垂直行業應用已成為5G快速發展的重要驅動力，為滿足垂直行業多樣化的2B應用需求，電信運營商要在5G網絡中部署切片技術，按需分配網絡資源快速創建2B專網，與面向公眾的2C網絡協同。介紹了5G 2B專網的解決方案，分析了5G核心網功能部署的策略，闡述了切片協同設計和管理部署、能力開放、網絡管理維護等關鍵技術，提出了5G 2B專網的四種建設方案，展望了5G專網的未來發展。

【關鍵詞】5G;2B;專網;網絡切片

[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網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度將大大加快。5G既面向公眾用戶提供傳統意義上的電信網絡服務，稱為2C（To Customer），同時還面向垂直行業，面向政企提供切片，如工業應用、智能電網、車聯網、智慧醫療、銀行、各種APP應用等，這也稱為2B（To Business）。2B垂直行業發展已經成為重中之重，如何建設2B網絡，構建完整的技術體系推動產業成熟，增強網絡能力，助力5G服務垂直行業用戶，和已有2C網絡共存和協同演進，這已成為業界關注的重點問題。

1 ? 5G 2B專網解決方案

5G 2B專網和2C網絡可以分離建設或合一建設。如圖1所示的5G 2B和2C網絡分設方案，可減少耦合，利于快速建網、簡化規劃和運維，建設周期短，擴容快。

在標準方面，當前2C標準成熟，3GPP R15已滿足2C網絡eMBB（增強移動寬帶）場景商用要求，而2B超越標準，3GPP R16才能滿足2B網絡URLLC（低時延高可靠）及相關垂直行業商用要求。分設方案既能夠利用既有成果快速建網，又可滿足業務快速創新，適應垂直行業發展。在切片安全隔離方面，分離建設能統一管理切片，快速開通，并針對切片能力差異化處理，而合一建設能夠應對普通的行業應用，但對于安全或隔離要求高的垂直行業則存在不足。在與外部平臺對接方面，分設方案中，2B平臺（計費、開通、管理）針對獨立建設的5G控制面/用戶面可以快速實現5G連接管理能力，而合設方案中，平臺對接對組網要求高，難度大，周期長。在業務開展方面，分設方案可有效隔離兩張網絡，靈活部署，快速建設和擴容，而合設方案中，由于2B和2C網絡共享資源，任何需求都需兼顧2C網絡的安全可靠性，復雜程度高。在業務開通方面，分設方案能夠做到2C/2B業務獨立互不影響，專網業務一點開通，全國各個省份都可以使用，而合設方案中，2B業務開通或更改可能需要在跨2B節點的多個切片上操作，操作點多，易出錯。在運維方面，分設方案可采取和4G相同的運維模式，集中運維，一點故障處理，響應快速，而合一建設則與物聯網節點或省份網絡/網元關系緊密，運維涉及多個部門，故障處理流程長，響應慢。從安全可靠角度看，分設方案更優，網絡規劃簡單，配置簡單，維護界面清晰，故障定位迅速。

在建網和運維成本上，分設方案所需投入高于合設方案，無線需要對接兩張核心網，核心網網元總數有所增加。綜合考慮，一般推薦采用分設方案。

2 ? 5G 2B專網關鍵技術

2.1 ?5G核心網功能的部署

如表1所示，在2B和2C網絡建設中，可以針對5G核心網各網絡功能的特點采取不同的部署模式。

由于終端攜帶切片標識且2C終端渠道復雜，無線根據終端切片標識直接路由到2C AMF，2C網絡的AMF兼做默認AMF，將未攜帶或加密切片標識的2B用戶重定向到2B網絡AMF，再進行處理。在整個流程中，必須將2B和2C網絡的NSSF、NRF共享，確保用戶接入正確的網絡，并保存和訪問2C/2B切片信息。

2.2 ?切片協同設計和管理部署

（1）多切片的劃分和協同

在5G切片劃分上，需要針對2C和2B網絡的不同進行處理。在5G 2C網絡中，電信運營商提供面向公眾用戶的大網切片，按省份建設，每個省份一個切片實例。在5G 2B網絡中，電信運營商面向政企提供切片，如工業控制、智能電網、車聯網、智慧醫療、銀行、各種APP應用等，同樣也是按省份建設，但需要考慮行業要求、SLA（服務等級）需求、成本、資源等多種因素進行切片實例部署，數量不限。

用戶可能兼有2C用戶和2B用戶屬性，因此兩個網絡的協同部署非常重要。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2B切片，用戶可同時享受多個切片業務，如玩網絡游戲的同時，打5G VoNR電話、瀏覽網頁并能夠通過簽約信息變更，在多切片中動態遷移。在這種場景下，共享PCF也便于設置NSSP（網絡切片選擇）策略，實現APP在切片之間動態遷移。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，進行切片實例匯聚，這適用于低隔離、低成本的行業應用，如多家視頻網站都有高清視頻業務，SLA也類似，采用切片實例匯聚并用S-NSSAI（單網絡切片選擇輔助信息）區分統計數據，兼顧企業運營靈活性與網絡切片劃分的簡單性，降低資源消耗，節約運營成本。而對于特定的2B行業應用或企業特定的切片需求，則需要部署專用的切片實例，采用單實例單類型模式。

（2）2B典型業務切片部署

5G 2B的典型業務可以分為eMBB、mMTC、URLLC等三類，這三類2B業務的切片部署有比較大的區別。

2B eMBB切片面向政企提供大帶寬，如視頻監控、醫療影像、機器視覺、AR/VR等。在面向人的2B切片場景下，AMF/UDM/PCF控制面網元等與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。根據行業對安全性要求的不同，切片部署也不同：對于通用行業的2B eMBB切片，可共享AMF/UDM/PCF，UPF根據行業或SLA需求疊加新的切片，不同行業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，2B eMBB切片獨立部署AMF/UDM/PCF等。

2B mMTC切片面向低隔離度要求、低成本要求的業務，提供類似4G的大眾化普通物聯網服務，如穿戴設備、家庭監控、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網業務。可集中管理物聯網卡數據、策略數據。如圖2所示，eMTC/NB-IoT/mMTC類業務可按大區/省份部署實例，AMF/SMF/UPF可以在大區集中部署，大區內省份間共享UDM/UDR/AUSF/PCF。

2B URLLC切片面向超低時延的業務，時延通常要求1 ms～10 ms，如工業自動化、智能制造、遠程控制、電網差動保護等。組網可共享AMF/PCF/UDM，把UPF部署在邊緣數據中心，位置在市、縣甚至工業園區等。但對于時延要求嚴格同時還對安全性有高要求的2B業務，如飛機制造、差動保護等，可獨立部署AMF/PCF/UDM等網元。

某些特殊業務比如遠程駕駛、遠程手術等，同時需要低時延和高帶寬，在需要低時延切片進行控制的同時，也需要高帶寬的切片協同回傳視頻。這種場景往往要求一個切片實例同時支持eMBB和URLLC。在組網上，可以構建兩個全獨立的切片，部署雙UE、雙核心網，也可以同一個UE同時接入多個切片，核心網共享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網絡可根據切片SLA參數組合設計和部署不同的網絡切片，滿足各行業的需求，這些參數包括切片類型、覆蓋區域、安全隔離、數據接入方式、E2E時延、可用性、切片共享方式等。在網絡切片管理方面，建議2C和2B網絡合一建設NSMF，統一規劃切片標識，避免沖突。核心網和無線的NSSMF分別提供核心網、無線子切片的設計、部署、指標監控。相同業務/切片模板集中設計，節省人力，便于統一切片管理。共享切片管理系統，按需下載業務/切片模板。提升業務部署速度，加速業務創新和推廣，也使得運營商的不同區域公司能夠共享創新成果。在建設初期，電信運營商可不建設NSMF，暫用設備廠商的切片管理系統，利于快速開展業務，后續逐步完善運營商企業標準，建設集中切片管理系統。

2.3 ?能力開放和網絡管理維護

5G 2B專網需要考慮全網集中建設面向行業的中心API網關，以提供開放能力。一方面，API網關面向千變萬化的2B行業用戶，定制化需求多，集中建設API網關能夠快速滿足2B APP的需求。另一方面，API網關通過NEF匯聚5GC的網絡能力，NEF通過Nnef接口得到各個NF的能力，NEF提供的網絡能力標準化程度高，能夠與多個NF對接，適合與NF同廠家部署，快速支持業務。如果在不同區域，由不同廠家提供5GC設備，那么建議選擇5GC與NEF同廠家部署，通過API GW統一對外提供網絡能力。

集中建設運維管理系統，分開管理2C、2B兩張網絡。不但可以節約投資、避免管理系統重復建設，有效降低成本，還可以資源聚焦，有助于專注于建設強大智能化運維平臺，提升全網運維自動化水平。集中運維還有助于集中化網絡監控、節省人力，優化運維策略、安全策略，快速復制到全網，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專網建設方案

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

3.1 ?非獨立組網的PNI-NPN方案

（1）三種組網方案

在方案一中，核心數據中心部署UDM/AUSF/PCF/SMF/AMF/NRF/NSSF，僅UPF下沉到邊緣數據中心，邊緣數據中心可不需要虛擬化改造。控制面集中維護，用戶面分散到各個地市維護，也不需要特殊號段，在和4G網絡的互通上，UPF即融合節點，沒有特殊要求。用戶根據切片信息選擇對應UPF。

在方案二中，核心數據中心部署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據中心，SMF需部署安全和容災方案。核心數據中心的網元集中維護，而SMF/UPF在地市維護，不需要特殊號段。在和4G網絡的互通上，增加S5接口。用戶移動跨邊緣DC時，需開啟N16a接口進行不同邊緣數據中心的SMF之間互通。此時，UE可以訪問2C網絡。2C網絡和2B網絡之間如無互操作，則需額外對接N7、N10、N11、Nnrf、N40接口，如兩網有互操作，則還需要增加SMF/I-SMF間接口。

在方案三中，UDM/AUSF/PCF/NRF/NSSF部署在核心數據中心，AMF/SMF/UPF下沉到虛擬化改造后的邊緣數據中心，AMF/SMF需部署安全和容災方案。核心數據中心的網元集中維護，而AMF/SMF/UPF在地市維護，同樣不需要特殊號段。在和4G網絡的互通上，增加N26、S5接口。用戶移動跨邊緣數據中心時，也需開啟N16a接口。此時，UE不需要訪問2C網絡。2C網絡和2B網絡之間如有互操作，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，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對其標準化尚在制定階段，異廠家不能互通。方案一中，SMF與UPF拉遠，只能選擇同廠家的SMF和UPF。方案二、三中，核心數據中心與邊緣數據中心可以實現異廠家部署，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，業界在不斷努力。中國移動在2020年初啟動了Open UPF面向行業的5G UPF及N4接口開放合作伙伴計劃，并在3月份發布了《面向垂直行業的N4解耦UPF設備規范》和《面向垂直行業的N4接口規范》兩項規范，同時發布《5G Open UPF白皮書》。規范以R15版本為基礎，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，保證基本業務正常進行，推薦支持UL/CL分流等12類功能，滿足不同垂直行業的定制化需求，并可根據需求不斷迭代增加。這能夠滿足邊緣數據中心用戶側UPF輕量化、低成本和靈活的部署需求。

3.2 ?獨立組網的SNPN方案

方案四是典型的SNPN組網，IMS部署在核心數據中心，5G核心網下沉到邊緣數據中心，邊緣數據中心進行虛擬化改造，5G核心網要跨數據中心實現容災，需特定號段和2C網絡互通。服務化接口封裝于N32接口（SEPP之間）互通，控制面實現安全隔離。下沉5GC的獨立維護和4G的物聯網類似。在和4G網絡的互通上，增加N26、S5接口。在計費方面，可以連接本地計費系統。這種全封閉場景適合行業大客戶場景。

需要整網統籌用戶的號段分配、設計和管理切片，需要考慮在2C網絡和2B網絡同覆蓋場景下，UE選擇網絡的問題，并確保UE離開該邊緣數據中心的覆蓋區域時的業務連續性，確保UE離開該邊緣數據中心覆蓋區域時，仍然可以順利訪問2C網絡。

對于工業園區內2B網絡的移動企業終端用戶，園區內企業專網用戶號段必須是運營商公共網絡的號段的子集。在園區范圍內可接入企業專網，在企業園區外可接入運營商公共網絡。非園區移動企業終端用戶，在園區內可允許或限制接入運營商公共網絡。

由于5G 2B專網無法提供全業務，如語音和短信，而2C網絡和2B網絡統一設計切片后，用戶可根據切片ID選擇不同切片所屬網絡。IMS部署在核心數據中心，數據業務在邊緣數據中心終結，提供基于5GC Home Routed方式的語音業務，或在工業園區內提供基于Wi-Fi的語音業務。

2B網絡可采用4.9G無線頻率，通過無線區分選擇不同網絡，不允許UE跨區域移動，并在其他邊緣數據中心中，部署該切片的實例，和UE歸屬的切片實例實現互通。基于該切片業務連續性需求，可選擇合適的SSC Mode（Session and Service Continuity Mode，會話和服務連續模式），如采用SSC Mode1，由歸屬地UPF提供數據出口。

4 ? 結束語

運營商需要根據業務發展模式，合理選擇5G 2B專網的建設方案，一般采取分步部署的方式。在建設初期，可以采取方案一，僅UPF下沉到企業、工業園或者行業的邊緣數據中心，此時可以部署專用U面和智能網卡，有效降低成本。隨著業務的開展，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專網業務成熟期，可以采用方案四，5G核心網整體下沉到邊緣數據中心，做到專網的專用。不過，也可以根據業務發展規模、成熟度和投資情況，直接從方案二、方案三開始建設，甚至直接采用方案四建設。

切片的靈活調度、一網多用等特性使得網絡建設和運營的成本得到降低。和傳統企業專網相比，5G 2B專網模式更具有技術優勢和成本優勢。5G 2B專網將與傳統模式的其他專網在一段時期內共存，并逐步融合。運營商可以充分結合二者的特點，取長補短，為垂直行業用戶提供服務。

參考文獻：

[1] ? ?方琰崴. 面向云化的電信運營轉型方案、關鍵技術和發展策略[J]. 信息通信技術， 2018（2）： 58-65.

[2] ? ?陸威，方琰崴，陳亞權. URLLC超低時延解決方案和關鍵技術[J]. 移動通信， 2020，44（2）： 8-14.

[3] ? ?李立平，張文超，趙文賢. 5G業務解決方案及發展展望[C]//廣東通信青年論壇. 廣州： 移動通信， 2019： 15-26.

[4] ? ?陳亞權，姬慶發，方琰崴，等. 5G核心網用戶數據演進方案[J]. 移動通信， 2020，44（1）： 58-62.

[5] ? 3GPP. 3GPP TS 23.501： 5G; System Architecture for the 5G System V16.3.0[S]. 2019.

[6] ? ?ETSI. ETSI GS NFV 001： Network Functions Virtualisation （NFV）; Use Cases[S]. 2013.

[7] ? 3GPP. Technical Specification Group Services and System Aspects; System Architecture for the 5G System; Stage 2; Release 15[S]. 2017.

[8] ? ?3GPP. 3GPP TS 29.275： Technical Specification Group Core Network and Terminals; Proxy Mobile IPv6 （PMIPv6） based Mobility and Tunneling protocols; Stage 3 Release 15[S]. 2018.

[9] ? ?3GPP. 3GPP TS 23.112： NAS Functions related to MS in Idle mode Release 10[S]. 2016.

[10] ? ?王全. 端到端5G網絡切片關鍵技術研究[J]. 數字通信世界， 2018（3）： 52-53.

[11] ? 方琰崴，陳亞權. 基于虛擬化的電信云網絡安全解決方案[J]. 移動通信， 2018，42（12）： 1-7.

[12] ? ?方琰崴. 5G核心網安全解決方案[J]. 移動通信， 2019，43（10）： 19-25.

[13] ? 李立平，李振東，方琰崴. 5G專網技術解決方案和建設策略[J]. 移動通信， 2020，44（3）： 8-13.

[14] ? 孫悅，龍彪，王慶揚. 非公用網絡在工業互聯網中的部署方案探討[J]. 移動通信， 2020， 44（1）： 33-37.

[15] ? ?中國移動. 面向垂直行業的N4解耦UPF設備規范[Z]. 2020.

[16] ? ?中國移動. 面向垂直行業的N4接口規范[Z]. 2020.

[17] ? ?方琰崴. 移動通信中基于IMS的Voice over Wi-Fi解決方案研究[J]. 移動通信， 2016，40（8）： 36-42.

[18] ? 方琰崴，周俊超. 5G語音解決方案和關鍵技術[C]//5G網絡創新研討會（2019）. 北京： 移動通信， 2019： 73-80.