如何部署5G專網(wǎng)

什么是5G專網(wǎng)？

5G專網(wǎng)，稱為local 5G network，或者private 5G network，指專用于特定行業(yè)或企業(yè)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。

區(qū)別于專網(wǎng)，今天我們使用的智能手機(jī)連接的2/3/4/5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)稱為公網(wǎng)。公網(wǎng)就是一個(gè)“公共場(chǎng)所”，數(shù)以億計(jì)的移動(dòng)用戶共享同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，同樣的頻段資源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

專網(wǎng)的概念并不陌生，早在2/3/4G時(shí)代就有了，比如鐵路專網(wǎng)、公共安全專網(wǎng)、軍用專網(wǎng)等。

進(jìn)入5G時(shí)代，專網(wǎng)將會(huì)越來越火。

這是因?yàn)?G的最大價(jià)值在于2B垂直行業(yè)市場(chǎng)，在于走進(jìn)各行各業(yè)。未來，工廠、園區(qū)、運(yùn)輸、醫(yī)院、油田、電網(wǎng)、港口等各行各業(yè)都可能擁有5G專網(wǎng)，以利用5G大帶寬、低時(shí)延、高可靠、多連接的網(wǎng)絡(luò)能力和邊緣計(jì)算，來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升生產(chǎn)效率。

既然5G專網(wǎng)這么重要，可怎樣部署呢？

本文來介紹一下5G專網(wǎng)的7大部署方案。

企業(yè)基于專網(wǎng)頻段獨(dú)立自建，與公網(wǎng)完全隔離

在解釋這張圖之前，我們先來了解一下5G網(wǎng)絡(luò)的組成。

簡化了講，5G網(wǎng)絡(luò)主要由UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB組成。

?UDM（統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理），管理用戶數(shù)據(jù)，包括用戶標(biāo)識(shí)、用戶簽約數(shù)據(jù)、鑒權(quán)數(shù)據(jù)等。

?5GC CP（5G核心網(wǎng)控制面），5G核心網(wǎng)控制面包括AMF、SMF等多種功能，本文簡化統(tǒng)稱為控制面，其主要負(fù)責(zé)處理連接管理、會(huì)話管理、移動(dòng)性管理，承載信令或控制消息。

?UPF（用戶面功能），指5G核心網(wǎng)的用戶面，承載數(shù)據(jù)流量，負(fù)責(zé)在無線接入網(wǎng)和Internet之間轉(zhuǎn)發(fā)流量、報(bào)告流量使用情況、QoS策略實(shí)施等。

?MEC（多接入邊緣計(jì)算），5G核心網(wǎng)用戶面UPF下沉與MEC可組成邊緣節(jié)點(diǎn)，將千里之外的云計(jì)算能力下沉到靠近數(shù)據(jù)源的邊緣，讓數(shù)據(jù)在本地就能實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和處理，從而可降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，更好的保護(hù)本地?cái)?shù)據(jù)的安全性和隱私性，使能各種5G專網(wǎng)應(yīng)用。

?gNB，就是5G基站。

如上圖所示，5G專網(wǎng)規(guī)模雖然遠(yuǎn)小于5G公網(wǎng)，但麻雀雖小五臟俱全，也由UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB組成。

上圖表示的5G專網(wǎng)部署方式是，垂直行業(yè)基于5G專網(wǎng)頻段，自建一張包括UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB的5G移動(dòng)專網(wǎng)，并與5G公網(wǎng)完全隔離。

所謂5G專網(wǎng)頻段，指決策者為垂直行業(yè)專門分配的5G頻段。有了5G專網(wǎng)頻段，意味著垂直行業(yè)在頻譜資源上不再受制于運(yùn)營商，而可以自建專網(wǎng)。

目前全球已有多個(gè)國家為垂直行業(yè)分配了5G專用頻段，或者稱為5G本地頻段，比如德國分配了3.7-3.8GHz，英國分配了3.8-4.2GHz頻段，日本分配了2575-2595MHz、28.2-28.3GHz、4.6-4.8GHz和28.3-29.1GHz頻段。

這種部署方式的優(yōu)點(diǎn)是：

?可保障企業(yè)數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全（因?yàn)橥耆c公網(wǎng)隔離）

?網(wǎng)絡(luò)時(shí)延低（從核心網(wǎng)到無線接入網(wǎng)都部署于本地，數(shù)據(jù)來回傳輸不過幾公里，當(dāng)然時(shí)延就低了）

?網(wǎng)絡(luò)自主可控（端到端的網(wǎng)絡(luò)都是自己建的，且與公網(wǎng)完全隔離，即使公網(wǎng)發(fā)生光纜被挖掘機(jī)挖斷、擁塞等情況，也毫不影響專網(wǎng)）

但缺點(diǎn)也很突出，主要是部署成本高，一般小企業(yè)根本無法承擔(dān)，且后期運(yùn)維成本也高，還得培養(yǎng)一批專業(yè)的運(yùn)維人員。

運(yùn)營商基于公網(wǎng)頻段幫助企業(yè)建設(shè)獨(dú)立專網(wǎng)，與公網(wǎng)完全隔離

與第一種部署方式相似，主要差別在于采用的頻率資源不是5G專網(wǎng)頻段，而是運(yùn)營商的5G頻段。

比如，目前中國移動(dòng)擁有的5G頻段為2515-2675MHz和4800-4900MHz，基于這種部署方式，中國移動(dòng)就可以用4800-4900MHz頻段為某油田部署一張與中國移動(dòng)5G公網(wǎng)完全隔離的一張5G專網(wǎng)。

專網(wǎng)與公網(wǎng)之間RAN共享

企業(yè)專網(wǎng)依然部署UDM、5GC CP、UPF和MEC，但5G基站（gNB）與公網(wǎng)共享。

在這種部署方式下，無線數(shù)據(jù)流量在5G基站上實(shí)現(xiàn)分流，屬于公網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量將傳送到公網(wǎng)UPF，而屬于專網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量則傳送到專網(wǎng)UPF。

換句話講，比如工廠里的傳感器和超高清攝像頭等，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將保留在企業(yè)內(nèi)部；而企業(yè)員工的智能手機(jī)上網(wǎng)、看視頻等數(shù)據(jù)流量則通過公網(wǎng)傳輸。

這種部署方式的優(yōu)點(diǎn)與第一種和第二種有相同之處，都能保證企業(yè)數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全和網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延。不同的是，由于共享RAN，企業(yè)可節(jié)省一些部署成本和維護(hù)成本。

專網(wǎng)與公網(wǎng)之間RAN和控制面共享

不僅5G基站（gNB）與公網(wǎng)共享，而且控制面也與5G公網(wǎng)共享。

所謂控制面共享，就是專網(wǎng)和公網(wǎng)的控制面功能（身份驗(yàn)證、移動(dòng)性管理等）均由公網(wǎng)中的5GC CP和UDM執(zhí)行。

在這種部署方式下，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5GC CP，企業(yè)專網(wǎng)里的設(shè)備的用戶信息也存儲(chǔ)在運(yùn)營商的5G公網(wǎng)里，而不是存儲(chǔ)在企業(yè)內(nèi)部。因此，在數(shù)據(jù)安全性和隱私保護(hù)方面可能會(huì)差一點(diǎn)。

但由于MEC和UPF仍然部署于企業(yè)內(nèi)部，仍然可以保障網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延。

公網(wǎng)與專網(wǎng)端到端共享

從UDM、5GC CP、UPF、MEC到5G基站，包括控制面和用戶面，5G專網(wǎng)與公網(wǎng)端到端共享。

實(shí)際就是端到端網(wǎng)絡(luò)切片。基于5G公網(wǎng)，為5G專網(wǎng)端到端切出一個(gè)“切片子網(wǎng)絡(luò)”。

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(luò)切片能力。而低時(shí)延保障取決于運(yùn)營商的邊緣云（UPF和MEC）的部署位置。如果運(yùn)營商的邊緣云的位置離企業(yè)很近，那么網(wǎng)絡(luò)時(shí)延也就很低。

N3 LBO

LBO，Local Break-out，本地疏導(dǎo)。

先來解釋一下網(wǎng)絡(luò)中的新設(shè)備MEC DP，即MEC的數(shù)據(jù)面，它負(fù)責(zé)在無線接入網(wǎng)及核心網(wǎng)之間提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流量的本地卸載。

MEC DP具備對(duì)N3 GTP數(shù)據(jù)流的解析處理能力，比如，MEC DP對(duì)來自基站的GTP分組數(shù)據(jù)包的目標(biāo)IP地址進(jìn)行解析，如果IP數(shù)據(jù)包是本地流量，則將其路由到內(nèi)部專網(wǎng)。因此，通過MEC DP，可以將公網(wǎng)流量和專網(wǎng)流量分開，從而保障專網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全。

但為什么不直接像第4種部署方式一樣，在企業(yè)專網(wǎng)中部署UPF呢？

因?yàn)閁PF太貴。UPF的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MEC DP。

因此，N3 LBO部署方式有利于減少企業(yè)部署專網(wǎng)的成本。

F1 LBO

這里得先解釋一下5G基站（gNB）的架構(gòu)。

5G基站劃分為CU、DU和RU三部分：

CU，中央單元，處理RRC、PDCP等高層協(xié)議，負(fù)責(zé)非實(shí)時(shí)的配置和控制決策。

DU，分布式單元，處理對(duì)實(shí)時(shí)性較高的層2功能和部分物理層功能。

RU，天線單元，指部分物理層和RF、天線部分。

其中，CU可采用云化部署方式，可以與核心網(wǎng)UPF和MEC融合部署。DU/RU通過F1接口連接CU。

不難看出，F(xiàn)1 LBO與N3 LBO的差別在于，5G基站采用了CU與DU、RU分離的架構(gòu)，其中CU與UPF和MEC部署于運(yùn)營商的邊緣云中，而DU/RU部署于企業(yè)內(nèi)部，這樣一來，專網(wǎng)流量不再是通過N3接口而是通過F1接口至邊緣云。