基于5G通信切片技術的區域應急解決方案探討

洪濤涌

（江蘇基久網絡科技有限公司第八分公司，江蘇南京，210000）

0 前言

5G技術由于低延時、高容量連接以及高速傳輸的特性，被認為是新一代信息、通信以及人工智能技術的基礎支持技術。在新的時代要求下，海量連接對網絡承載延時、容量、組網便捷性等方面的需求更加緊迫。當出現區域通信緊張時需要及時采用一定的應急方法進行處理?；?G通信切片技術作為作為提升通信小區的通信質量的關鍵技術，成為區域應急通信解決方法基礎技術。對此本文，在現有的3GPP標準定義下的非公共網絡的協議復雜、部署難度大的背景下，提出一種新的切片改進方案，從而為區域應急通信提供技術支持。

1 5G移動通信概述

1.1 5G通信技術概述

5G作為當前新一代的通信技術，相比第四代通信技術在通信速率和通信帶寬等方面有著顯著的優勢。從當前揭露的數據信息可知，5G通信的典型應用場景為超密集組網、低時延高可靠通信現場、M2M通信、D2D通信、高頻通信以及頻譜共享等應用場景。超密集組網的設計為超大規模的連接，如城市物聯網系統等提供了技術支持，能夠提供數以億計的通信網絡節點，為城市智慧生態打造提升足夠的拓展能力。高效的通信體系實現了低延時的設計，整個通信延時在1毫秒以內，為城市無人駕駛領域的發展、城市物聯網設計提供了可靠技術解決方案。M2M、D2D方式的通信，提升了通信組網的靈活度，接入網絡方式顯得更加靈活多變，優化的網絡路由鏈接，在提升網絡信息極速傳輸的體驗同時也保障了通信可靠無障礙效果。高頻帶的應用，降低了傳統頻帶資源的復用程度，延緩了頻帶資源緊張的局面。此外高頻帶意味著寬帶寬，高容量，為實現高效高容量通信過程提供便捷優勢。頻譜共享提升了頻帶資源的利用率，為進一步優化頻帶資源提供可靠的技術途徑。

1.2 通信網絡切片技術概述

通信網絡切片設計是當前網絡進行接洽的關鍵技術。當前最為典型的切片方案即為基于OTN 技術的 5G 網絡切片方案。這一方案主要依托集光纖配線單元交叉flex技術是實現網絡切片處理，然后在flex處理后的網絡切片支持下實現動態無損變換集光纖配線單元flex帶寬，從而實現各種不同的個性化網絡業務需求。實現切片過程在，主要分為軟切片和硬切片兩類。以后者為例，可知其業務功能主要涉及如下：（1）依托集光纖配線單元k通道實現切換管理，從而避免各切片干擾。（2）硬切片和MPLSVPN業務之間的連接。（3）控制面實現硬切片路由獨立，從而以實現各通道獨立路由控制目的。

2 區域應急通信場景需求分析

2.1 臨時性的應急通信網絡構建場景

通常在某一區域出現人員大量聚集，如大型聚會、節日慶?；顒?、大型賽事活動等，這樣導致公用網絡中在短時間內實現了業務流量的急劇增加，造成網絡的嚴重擁堵，由此造成網絡通信災難。通常在這些場景，通信運營商往往會采用應急通信車或室內分布系統構建區域性非公共網絡以實現應急通信處理。當然這種臨時性的舉措即可滿足當前對現場的調度通信需求同時也可為該區域聚集的用戶提供臨時性的通信保障，從而以最大可能降低通信線路擁堵問題。對于這一網絡應急通信場景而言，其需求相對緊急且高。而從建設成本和用途之間的平衡而言，其需要依托公共網絡實現網絡接入設備投入的降低，降低可能的成本。此外對于這一臨時性網絡架構而言，相比公共網絡而言其相對構建簡單，那么從安全性和網內資源保障而言，需要對專業用戶優先保障。

2.2 永久性應急通信網絡構建場景

永久性的應急網絡構建主要是對象為大型企業、通信運營商的內部專業人員之間的通信。作為一種補充性的通信網絡架構，其需要獨立于公共網絡，進行獨立管控，由此實現對外網之間的安全隔離，這種設計網絡在企業內部進行商業秘密的保護有著關鍵意義。相較于公共網絡而言，其對應的安全隔離性能需求高，并且同時實現成本控制，并且易于維護，由此為專業用戶提供可靠的內部交流網絡。當然這類網絡需要和外網直接有著非常迅捷的切換，從而在外網和該類型網絡之間進行有效切換，實現網絡能力的互補，從而降低網絡建設成本。

3 當前非公共網絡解決方案

3.1 3GPP標準方案

非公共網絡是對當前公共網絡的一種補充，其主要已從而協議就是3GPP。根據3GPP定義可知，其主要有如下兩類網絡類型：

（1）獨立組網NPN網絡SNPN：該類型不需要依附于傳統的公共陸地移動網絡PLMN，此網絡為SNPN專屬運營商進行運行管理。而NPN網絡可以依托PLMN的識別號和網絡識別號來聯合構建一個SNPN網絡，對訂購該網絡服務的用戶配置SUPI和訂閱信息，并在終端和核心網絡端進行存儲管理。在初次接入或小區重選環節，5G通信基站需對自身支持的網絡識別號和PLMN進行廣播，其對訂閱用戶接入SNPN小區，并對其身份進行鑒權。

（2）非獨立組網NPN網絡PNI-NPN：該網絡由一般運營商進行運營，可訂閱PLMN網絡并依附于其網絡功能來實現同PLMN網絡之間 的有效切換。PNI-NPN網闊依托PLMN進行NPN網絡服務，其采用5G通信網絡的切換技術，實現一個或者多個網絡切片的分配來進行非公共網絡之間的接入。然而網絡切片對未授權的終端在網絡切片區域接入網絡的情況缺乏約束，由此可以選擇閉合接入組CAG來進行接入控制。CAG由PLMN識別號和CAG識別號來聯合構建，從而啟動CAG小區用訂閱用戶接入。在初次接入或小區重選環節，5G通信基站需對自身支持的網絡識別號和PLMN進行廣播，未配置CAG的用戶可根據CAG表選擇性接入，而配置了CAG的用戶則根據自身其CAG許可表選擇接入的CAG小區進行網絡接入，核心網對接入用戶身份進行鑒權。

3.2 當前方案不足分析

根據當前3GPP的標準模型的實踐可知，針對復雜的應急通信場景，其需要進行如下處理：（1）PLMN運營商對NPN服務來管理NPN網絡切片；（2）PLMN對NPN進行集成管理時，需非公共網絡單元融入公共網絡之中，而公共網絡需要支持選擇非公共網絡單元，并支持二者網絡單元之間的上下文同步；（3）CAG根據小區級別分組，UE需根據其策略進行關聯基站的接入，這顯著提升了部署成本。

4 基于網絡切片的改進方案

4.1 整體方案架構

本文針對上述3GPP標準化方案存在的缺陷進行分析研究，構建基于網絡切片管理改進的方案。本文方案的基本思想即終端用戶通過構建的應急通信基站實現對PLMN網絡的接入，而接入的基站則根據接入用戶關聯會話提供的網絡切片信息進行檢查，來辨別其接入網絡類型，并對其支持類型進行決策。當支持非公共網絡訪問，則需建立該支持網絡的會話機制，并將后續的會話數據到引導支持的網絡通道之中，從而是西安網絡切換，整個方案如圖1所示。相比3GPP標準化方案，本文方案存在如下優點：（1）PLMN網絡不需要重新配置；（2）對于5G基站而言只需要對會話切片信息進行支持網絡的識別，并進行會話引導和關聯匹配，實現軟切換，降低設備投入。

圖1 整體方案架構

4.2 切片規劃

根據配置，非公共網絡和公共網絡通過同一個DNN切片識別號來部署支持多個關聯的切片。而基站側實現對上述兩個網絡的連接，并在會話過程中判斷切片是否一致來確定切片流量的屬性，從而實現網絡的切換和接入管理。

4.3 配置規劃

配置規劃主要涵蓋非公共網絡的RAN配置和5G核心網關聯的非公共網絡配置：

（1）非公共網絡RAN配置

配置命令：ran npn endpointor x.x.x.x來將該網絡AMF進行關聯配置，用戶匹配該網絡所轉發的報文，若從該關聯地址獲取報文則表示來自該非公共網絡。

（2）5G核心網關聯的非公共網絡配置

配置切片、DNN以及服務連續SSC模式并提供給5G通信基站，并由后者構建PDU會話，并同時建立會話和消息。此外新增消息NG NPN SETUP 通過消息響應將其傳輸到5G通信基站，從而構建TA粒度，從而實現對用戶訪問的限制。

4.4 基站消息

基站消息主要涉及UE RRC設置、會話創建、會話修改、會話釋放、基站切換、網絡側尋呼。

（1）UERRC設置：RRCSetup Complete消息將UE的5G-S-TMSI和支持S-NSSAI傳輸到基站，并通過基站尋呼，以此構建用戶和切片之間的聯系。

（2）會話創建：依托標準流程，用戶構建基于公共網絡的會話，基站對該會話進行支持類型識別，符合支持需求，則建立非公共網絡會話，并對后續流量進行轉移。

（3）會話修改：接入用戶依托標準流程接入公共網絡修改會話，并通過基站偵聽來重新建立非公共網絡會話。

（4）會話釋放：接入用戶依托標準流程接入網絡后，基站側則對會話的網絡識別話進行上下文判斷，如果其支持非公共網絡則建立會話釋放機制流程進行釋放。

（5）基站切換：為體現非公共網絡的優勢，非公共網絡不會涉及跨非公共網絡網絡切換，對于邊緣非公共網絡的AMF和5G核心網會話則可支持多個UPF，并進行直接的跨網連接即可。

（6）網絡側尋呼：在非公共網絡側的下行數據觸發的尋呼機制而言，5G通信基站則需要記錄尋呼的TMSI，并提取paging消息中UE信息，然后通過對其上下文分析，獲取其TA list對下一級網絡發起尋呼，后續網絡在尋呼觸發后通過對公共網絡的會話激活再來激活非公共網絡，從而實現網絡側的尋呼流程。

5 結語

本文立足于5G通信網絡基礎，針對3GPP標準的應急通信解決方案的不足，提出一種基于切片技術的改進方案，并對該方案的部署細節進行的深入分析，從而為當前的區域應急通訊提供技術支持。