面向公安系統的5G專網分類及部署研究

周德山，唐俊勝，王向龍，黃桂東，陳平聶（.中訊郵電咨詢設計院廣東分公司，廣東 廣州 50000；.中國聯通廣西分公司，廣西南寧 53008）

0 引言

5G是國家戰略，也是新基建的排頭兵。當疫情讓諸多社會公共服務幾乎停擺的時候，以5G、工業互聯網、大數據、人工智能等為代表的“新基建”撐起了另一片天空。在抗擊疫情與復工復產中，5G 支撐4K/8K超高清視頻、遠程醫療、VR/AR、無人機/車/船、機器人等應用提前進入“臨床試驗”，它的潛在能力與價值就這樣展現在公眾面前，人民和企業比以往其他時候更渴望擁抱5G［1］。

5G 最終要實現萬物智聯，這對網絡部署提出了重大挑戰，與此同時行業用戶渴望擁有一張自己獨立的專用網絡。從技術上講，3GPP 在制定5G 標準之初就考慮過政企客戶對專用網絡的需求，5G 的切片技術天然支撐虛擬專網的部署［2］，借助MEC 邊緣計算等技術實現政企客戶對專網的部署要求，實現低時延和大帶寬的業務訴求。

5G 專網在公安領域也有重要的應用［3-4］，公安用70年的時間帶動了安防行業的繁榮，安防行業在20年的時間內成就了海康等一大批知名企業，未來20 年，專網將大大地拓展公安對安防行業的訴求，將會成就更多的行業應用。5G 專網不僅保障公安的信息安全［5］，同時將極大提升公安系統執法辦案能力，更好的維護憲法和法律的尊嚴和權威，更有力地與各類違法犯罪作斗爭，鏟除奸邪，保障人民生命和財產安全，維護穩定團結的和諧局面。

1 專網的分類

創建具有統一連接性、優化服務和特定區域內安全通信方式的專用網絡，5G 專網具有天然的優勢，結合5G 通信自身具備的低時延、高速率和廣連接三大特征［6］，5G 專網具備信息安全性、網絡專有性及安全可靠性等特點。

專網的分類有很多種，隨著5G 切片技術標準的制定［7］，未來專網構建將更加靈活多樣，從技術發展來看，5G專網能滿足當前和未來企業智慧應用業務的各種需求。根據專網是否應用切片，公安專網可分為5G切片專網、獨享專網和自組網，5G 切片專網又根據核心網是否共用分為核心網獨享專網和核心網共享專網。

1.1 獨享專網

如圖1所示，使用專用頻段（不論運營商還是自有的頻譜），從基站、傳輸到客戶數據中心，全部獨自享用，打造一張端到端的專用網絡，最典型的應用是公安系統使用的350 MHz PDT專網。

優點是與公網完全隔離，網絡完全自主管控，可保障公安數據的絕對安全。

缺點也很明顯，就是建網的成本最高，一般小企業根本無法承擔；專網建成后運維成本也很高，需要企業培養一大批專業的運維人員；與公網隔離的專網產業生態鏈差，可供選擇的廠家較少，采購產品的議價能力差。

1.2 切片+核心網獨享專網

如圖2 所示，借助公網和切片技術組建專網，同時公安側部署私有的核心網和MEC，5G 的控制面消息和用戶面數據全部在公安內部流動保障用戶數據安全。

優點是自建私有核心網，網絡自主可控程度高，可保障公安數據相對較高的安全。

缺點就是與核心網共享模式相比，建設成本較高，運營和維護成本支出也是公安要考慮的。

1.3 切片+核心網共享專網

如圖2 所示，全部或部分共用運營商的核心網，控制面消息出公安內網與公網交互，用戶面數據不出企業，保障用戶數據安全。

圖1 獨享專網組網示意圖

圖2 切片+核心網獨享共享專網組網示意圖

優點是共享公網核心網，與公網相對隔離，安全等級較高，可保障公安數據的相對安全，同時降低了公安的運營維護成本。

缺點是信令面數據需要到公網，與運營商共用核心網，管理權限在運營商側。

1.4 自組網專網

如圖3 所示，在極端環境和外部條件惡劣的情況下，依靠單站或節點之間相互協作來完成網絡建立和維護，主要用于無運營商信號覆蓋地方、偏遠的山區或受災地區開展緊急救援和搜捕工作。

優點是在公網覆蓋不到的地方，快速組網，保障通信。

缺點是帶寬受限，安全性和保密性差，節點設備的能源有限導致工作持續時間有限。

2 公安5G專網構建

2.1 公安5G 專網業務需求分析

隨著互聯網、移動互聯網、物聯網等新技術的快速發展［8-9］，人群行為也越來越多樣化，信息傳播方式與途徑更加復雜且迅速，這一切都要求公共系統也必須加快新技術應用才能滿足新形勢下的公共安全需求，網絡帶寬、速率、時延等問題都在制約著公安的應急響應能力［10］。

如圖4 所示，公安的業務種類需求繁多，利用5G+大數據+人工智能，端到端構建滿足視頻回傳、實時分析、巡控處置、智慧聯動等業務需求的智能專網，兼容海量終端，支撐智慧安防、無人執法、實景指揮等創新警務賦能場景應用落地，具有十分重要的意義。

2.2 公安5G 專網安全分析

5G 帶來巨大變革的同時，其安全性受到政府、行業的高度關注，尤其是公安系統，對專網安全要求更為嚴格［11］。

隨著國家網絡安全法和等保2.0 相關標準的頒布［12］，國家明確實行等級保護制度，網絡運營者應按等級保護要求開展網絡安全建設。因此5G 專網的建設需系統性考慮接入側、MEC、核心承載、切片、外部互聯網等環節的威脅，端到端統籌考慮安全體系的構建。如圖5所示，針對5G網絡的威脅，結合等保2.0 三級要求，公安專網需要從終端、接入、核心承載及公安內網構建端到端的安全體系。

圖3 自組網專網組網示意圖

圖4 5G專網賦能公安業務需求

圖5 公安專網安全體系建設

2.3 公安5G專網建設方案

公安體系的終端種類豐富，采用切片+核心網獨享專網［13］的方式，需要公安部署3 家運營商多個不同廠家的核心網，目前接入公安專網的多以攝像頭類產品為主，對于網絡的需求基本上就是圖像數據的傳輸，因此不必建設獨享的核心網。

運營商最寶貴的是頻譜資源［14］，頻譜資源的帶寬畢竟有限，而切片［15］占用了運營商寶貴的帶寬資源，行業用戶長時間占用必然會付出較高的成本代價，因此每個行業需要結合業務場景，分時間、分地段、分場景選擇使用切片，同時根據具體的業務需求，必要時選擇無線、承載和核心網切片中1 段或2 段來滿足業務需求。

如圖6所示，正常狀態下，警用終端可以向普通正常用戶一樣，使用默認切片，終端分別接入中國移動和中國電信/中國聯通基站，通過相應運營商的公用核心網，5G 普通終端通過I 類網接入移動信息網進而接入公安信息網，警用終端通過VPDN 直接接入公安信息網和視頻專網。

圖6 5G警用及普通終端日常接入示意圖

圖7 5G警用及普通終端重保接入示意圖

重保/臨時緊急狀態下，如圖7 所示，對5G 警用終端相關業務開啟切片專網承載方式，運營商通過切片管理平臺在無線側對5G 警用終端進行QoS保障，核心網側通過邏輯的警用專用UPF 切片方式進行邏輯隔離，通過VPDN 直接接入公安信息網和視頻專網；共享專網（切片）方式部署靈活簡單，可在緊急狀態下最大限度保障特殊業務場景。

3 結束語

為了解決差異化業務與建網成本之間的矛盾，5G專網成為必然選擇。網絡切片基于強大的虛擬化技術，在一張5G的物理網絡基礎上切分出多個虛擬的端到端網絡，構成一張張專用網絡，支持各種類型服務的不同特征需求，切片間的彼此隔離增強了網絡安全性，借助于MEC 技術，實現業務邊緣處理，滿足低時延和大帶寬的業務需求，因此，5G 專網不僅在公安領域，還會在其他行業領域中的發揮更大作用。