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隨著5G規模商用，利用5G實現生產方式智能化、數字化轉型的必要性愈發顯現，以5G專網的形式賦能行業數字化轉型在現實中被更加廣泛應用。 近兩年，有關5G網絡行業應用的需求不斷出現，部分煤礦、醫院、工業園區等紛紛向運營商提出建設5G行業專網，不同行業用戶其需求也各不相同，主要涵蓋以下幾方面：UPF下沉保證數據不出園，保障終端數據不泄露；5GC控制面下沉保證信令不出園，保障終端行為不泄露；行業生產不受運營商網絡調整的影響，比如網絡升級、割接等；網絡功能可靈活定制；專網可融入行業內部網絡，與外部物理隔離，保障行業內部網絡數據安全。 5G SA行業專網具有廣連接、大帶寬、低時延、安全性高等諸多優勢。同時，5G行業專網的部署范圍可根據區域設計，可面向封閉式的使用場景，如制造業園區、高校、醫院、礦山等；可滿足行業的個性化需求，對時延要求嚴苛、可靠性要求高、上行速率需求高、數據安全和隔離要求嚴格等，5G專網中的網絡切片、邊緣計算、SDN等技術可實現行業應用網絡靈活部署，實現自身的個性化服務；可為不同的行業應用場景就近部署算力并提供能力開放；5G專網可與現有IT網絡實現兼容互通，網絡能力、網絡技術可實現演進升級。因此，建設部署5G行業專網可滿足目前行業應用的各種需求。 5G行業專網建設部署 為了滿足行業應用的需求，目前，運營商在初始進行5G核心網建設時就已分別建設了面向to C（公眾客戶）和to B（行業應用）的兩張5G核心網。針對一些特殊的行業應用需求，如對網絡性能、數據的安全性及終端的移動性等有著個性化的特殊需求，運營商還需要在現有核心網的基礎上建設5G行業專網。5G行業專網總體架構如圖1所示。  圖1 5G行業專網總體架構 5G行業專網關鍵網絡功能如下。 UDM：用戶數據管理功能，實現對用戶的認證、授權、注冊、位置管理等。 AMF：接入和移動性管理功能，包括終端到核心網控制面接入點，實現接入管理和移動性管理等。 SMF：會話管理功能，實現IP地址分配和管理、策略控制、計費數據采集等。 UPF：用戶面管理功能，實現分組報文轉發、策略和QoS處理及使用量報告等。 根據目前行業應用需求的特點，5G行業專網的建設部署方式可分為以下三類。 1. 虛擬專網 在虛擬專網建設方案中，行業專網網元與運營商5G toB核心網網元共享，企業無獨享網元，核心網數據面網元UPF與企業內網建立專線連接。企業終端用戶簽約企業專用切片和定制的DNN(Data Network Name，數據網絡名稱）。用戶終端附著時，終端向基站發出的附著請求中攜帶切片標識或不攜帶切片標識，如果不攜帶切片標識，終端在附著過程中由核心網下發簽約的切片標識。企業終端向基站發送數據包，數據經過運營商傳輸設備及核心網數據面網元，最后由專線發送至企業內網。5G行業虛擬專網架構如圖2所示。  圖2 5G行業虛擬專網架構 網絡中的數據帶有加密和完整性保護，核心網數據面邏輯隔離，數據轉發過程中只經過運營商設備，不經過互聯網，同時數據面網元與企業內網對接可采用GRE、L2TP等隧道協議，有效保障行業數據的安全。 2. 混合專網 以5G數據分流技術為基礎，通過無線和控制面網元的靈活組合定制，為行業用戶構建一張大帶寬、低時延、數據不出園的基礎連接網絡。5G行業混合專網架構如圖3所示。 UPF、MEC下沉至企業的工廠、園區，可提供數據隔離、按需定制的5G專網服務，按需疊加行業應用所需的5G本地網應用，5G融合定位，低時延、高可靠等專網差異化增值業務。  圖3 5G行業混合專網架構 在該方案中，行業專網的信令面網元與運營商to B公眾網絡共用，新建企業獨享數據面網元UPF。UPF采取下沉至企業園區內機房的部署方式，通過N6接口與企業內網對接。企業終端簽約企業專用切片標識或者DNN，接入網絡時，信令面網元根據終端攜帶或簽約的切片標識、DNN以及終端所處位置，選擇企業獨享UPF，并將數據面承載建立在企業獨享UPF上。企業終端向基站發送數據包，基站將數據包發送至企業獨享UPF，此時訪問企業內網的數據轉發至企業內網。企業終端訪問公眾網絡的數據則有兩種可選方案。 一是由運營商的網絡出口訪問公眾網絡。企業獨享的UPF對接運營商網絡出口，數據包發送至UPF之后，UPF根據數據包訪問的目的地址進行路由選擇，或者將企業獨享的UPF兼作ULCL（Uplink Classifier，上行分類器）UPF，數據發送至企業獨享UPF后，該UPF進行上行數據分類，將非企業內網業務的數據分流至運營商公眾網絡UPF，再由運營商公眾網絡UPF轉發至運營商公眾網絡出口，如圖4所示。  圖4 5G行業混合專網架構之一 （運營商網絡出口訪問公眾網絡） 二是數據包發送至企業獨享UPF之后轉發至企業內網，數據從企業內的公眾網絡出口訪問公眾網絡，如圖5所示。  圖5 5G行業混合專網架構之二 （企業內公眾網絡出口訪問公眾網絡） 3. 獨立專網 利用5G組網、切片和邊緣計算等技術，采用專有設備，為行業用戶構建一張增強帶寬、低時延、物理封閉的基礎連接網絡，實現用戶數據與公眾網絡數據完全物理隔離，且不受公眾網絡影響。 在獨立專網中，數據面網元以及部分或全部信令面網元下沉獨享。結合信令面網元的不同部署方式，本方案可以細分為兩種。 一是核心網控制面部分下沉。在園區下沉獨享AMF、SMF網元，用戶在運營商to B公眾網絡UDM及PCF簽約，原則上UDM、PCF網元可不下沉，如圖6所示。  圖6 5G行業獨立專網架構之一（控制面部分下沉） 二是核心網信令面完全下沉。在園區下沉AMF、SMF、UDM、PCF網元，對于控制面完全下沉，核心網本地獨立新建，其中，UDM、PCF對接運營商的物聯網平臺，由平臺負責用戶管理，進行開銷戶等處理，如圖7所示。  圖7 5G行業獨立專網架構之二（控制面全部下沉） 獨享的信令面網元可按需部署在企業園區內。核心網給企業終端簽約專屬切片標識和DNN，企業終端接入網絡時，基站會根據切片標識將信令發送至企業專享信令面網元，信令面網元會根據簽約的切片標識和DNN，將數據面承載建立在企業獨享UPF上。終端發送的數據包轉發方式與混合專網一致，采取單節點部署或者異機房容災等，數據面和信令面均與公眾網絡隔離。 上述3種部署方式各有優劣，適合不同類型的行業應用，實際部署時應根據具體應用場景選擇合適的方式進行建設。 3種部署方案對比分析 5G虛擬專網適用于廣域場景，以及對時延和帶寬等SLA有差異化需求的場景；或者對數據安全有一定要求，需要與公眾網絡數據隔離的場景。該模式無新建網元，可實現快速上線，資源分配方式靈活，建設成本低。 5G混合專網適用于開放的園區場景，提供增強帶寬、低時延、數據不出園的基礎連接網絡。企業獨享UPF下沉，減少由于數據轉發節點過多導致的時延增加；保證行業資源占用，同時減少行業專網業務對運營商網絡的沖擊；可滿足企業數據不出園區需求，增加了企業數據的安全性；可根據企業需求開放專享UPF的數據調度能力以及數據承載的QoS調度能力，滿足企業一定的定制化需求。 5G獨立專網適用于獨立封閉企業園區場景，構建一張增強帶寬、低時延、物理封閉的基礎連接網絡，實現用戶數據與公眾網絡數據完全隔離，且不受公眾網絡變化影響。UPF行業用戶專用獨享；數據面、信令面均與公眾網絡嚴格隔離；核心網內的能力可更大限度地開放給行業；可滿足行業更多的定制化需求；數據面與信令面的網元可異廠家設備組網，給予運營商和企業更多的產品選擇權；行業對網絡的自主可控完全掌握在自己手中。 綜上所述3種方案各有優劣，適用場景也各不相同。在進行行業專網建設時要充分考慮行業的需求和應用場景，以及運營商的運維管理成本和難度，選擇合適的行業專網部署方案。 5G時代行業應用呈現出多元化、復雜化、個性化的趨勢，5G為垂直行業的網絡建設提供了更為豐富的方案選擇，5G專網可為行業應用拓展大帶寬、高可靠、低時延、海量物聯等豐富的應用場景，同時可提供更強的數據隱私保護、應用數據的安全隔離、靈活可控和穩定的連接性能。隨著5G網絡標準的進一步完善，以及產品的進一步成熟，5G行業專網在垂直行業的應用前景也會越來越廣，讓越來越多的企業享受到5G網絡帶來的優質服務，助各行各業數字化轉型。 5G與行業深度融合，5G專網的應用發展已進入深水區，在打造各種可喜成果的同時，5G專網發展仍面臨諸多挑戰，從標準、設備、終端到業務的5G專網產業鏈正在快速發展但尚未成熟，需要產業鏈積極開展融合探索。 為保持5G良好的發展勢頭，推動5G專網產業融合創新發展，構建新發展格局，由中國工信出版傳媒集團主辦，北京信通傳媒有限責任公司·通信世界全媒體承辦的“2023 5G專網融合創新發展論壇”將于4月23日在京舉辦。 以“5G應用揚帆遠航 專網賦能數智未來”為主題的 “2023 5G專網融合創新發展論壇” 將于4月23日9:00-12:00 在北京唯實酒店召開。 聚焦5G專網規模發展面臨的挑戰，匯聚行業協會組織、運營商、軟硬件和行業集成商、芯片模組廠商、設備商等產業鏈上下游，共商共議，進一步培育應用場景，深挖商業模式，共創5G生態繁榮，奮楫數字經濟主航道！ 會議同期，還將發布“5G專網優秀解決案例與實踐成果”，精彩不容錯過！ 4月23日，讓我們共赴一場5G之約~ *本文刊載于《通信世界》 總第918期 2023年4月25日 第8期 原文標題：《5G SA行業專網建設部署研究》 END 作者：陜西聯通 席曉 責編/版式：王鶴迦 審核：舒文瓊 監制：劉啟誠 |
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