面向垂直行业的5G NSA网络端到端解决方案探索

王群青（中国联通浙江分公司，浙江 杭州 310051）

0 前言

5G 时代，人类将进入一个万物都能够发现、倾听、感知的智能世界。传统的汽车、制造业、健康等各个行业，也将因为5G 变得更加智能化、自动化和互联网化。5G 作为全新的连接架构将成为推动大多数行业变革的基础，并将对人们的日常生活和整个商业发展产生深远影响。5G 发展已经成为我国国家战略的重要组成部分。

1 浙江联通5G试验网及行业应用试点

浙江联通作为国家发改委5G 规模建网及应用示范工程建设单位之一，早在2018 年初率先启动了5G试验网络方案制定及业务探讨工作，成立5G专项工作小组，积极推动5G网络技术与垂直行业应用的深度融合，发挥中国联通“云管边端业”一体化优势，打通前端市场需求、产品创新和落地工作。

1.1 浙江联通5G试验网情况

目前已经冻结的5G 标准分为NSA 和SA 2 种组网方式，为实现快速建网，中国联通在5G 建网初期选择NSA架构，后期向SA架构演进。

浙江联通于2018 年4 月底完成5G NSA 虚拟化核心网部署，5 月上旬开通第1 套5G 基站，支撑517 电信日浙江联通5G 发布会VR 演示。组织进行现网EPC NSA 升级改造，杭州率先在全国打通首个4G/5G 融合局点5G First Call，推动杭州5G 连片区域覆盖建设，为5G 友好用户体验城市做好准备。同时进行SA 试验网络部署，验证一套NR 基站NSA 和SA 双栈性能、网络切片测试、LTE异厂家区域行业应用站点快速部署等。

图1 示出的是浙江联通5G 规模组网和应用示范工程核心网组网图。

截至2019 年5 月，杭州已开通5G 站点300 多个，覆盖武林商圈、钱江新城、萧山机场等口碑及标志性场景，以及吉利研究院、萧山信息港、邵逸夫医院等行业重点客户。

1.2 5G行业应用试点开展情况

5G时代，网络业务重点从2C转移到2B，行业应用成为5G 发展的关键点。浙江联通在新媒体、车联网、智慧医疗、智能制造、智慧能源等行业场景进行了5G创新应用的探索。

在“5G+新媒体”方面，2018 年9 月杭州·云栖大会上，5G网络与阿里云联合首次进行广播级5G+8K视频直播展示；与浙江广电集团深入合作，2019年4月开展2050 大会5G+媒体直播车联合报道，推出5G+4K 移动背包应用，满足多类型节目制作形态的需求。

在“5G+智能制造”方面，与嘉兴恒美制衣厂、杭私时装集团有限公司合作打造5G透明工厂，将服装智能制造与MEC边缘计算技术融合。

在“5G+车联网”方面，联合吉利汽车研究院、华为在杭州湾共同打造基于5G+边缘云的V2X智能驾驶应用，打造业界首个基于5G MEC 边缘云的智能驾驶示范标杆。

在“5G+智慧医疗”方面，邵逸夫医院基于5G 网络的移动查房终端，移动影像阅片“秒”看，已经应用于部分科室及病房中，4K 高清会议直播系统，与邵逸夫5G网络直通，进行远程手术示教、跨院区高清视频会议、远程会诊等。

2 5G NSA网络局限性

2.1 NSA和SA组网方式

NSA 和SA的组网主要区别在于NSA 是将5G的控制信令锚定在4G 基站上；SA 方案是5G 基站直接接入5G核心网，控制信令完全不依赖4G网络。

图1 浙江联通5G规模组网和应用示范工程核心网组网图

NSA 标准下无需新建核心网，新建5G 基站通过4G 基站接入4G 核心网或5G 核心网。5G 和4G 无需互操作，可同时在4G 和5G 网络发起业务，5G 终端需同时接入4G网络，支持4G/5G双链接。

图2示出的是5G SA和NSA典型组网部署方式。

图2 5G SA和NSA典型组网部署方式

SA 组网需要新建5G 基站和5G 核心网，5G 和4G之间采用互操作方式，5G终端无需同时接入4G网络。

NSA 和SA 方案各有优缺点，SA 是未来发展方向。NSA架构更早冻结，产品也相对更成熟；NSA架构可以借助目前建设成熟的4G 网络扩大5G 覆盖范围，初期采用NSA 以达到快速建网的目标。但是NSA 架构必须改动4G 现网，5G 基站设备的4G 锚点基站必须同一厂家。

2.2 NSA组网下应用局限性

在应用方面，NSA 早期主要提供高带宽业务，即eMBB 的5G 场景，如高清视频、AR/VR 等业务。5G SA网络进一步实现行业对无线技术要求更严苛的场景，uRLLC 业务要求DL 和UL 的时延为0.5 ms，比如完全自动驾驶、工业控制等超低时延场景。同时，5G SA 网络所具有的切片作为其特有的一种功能和技术手段，将保障特殊行业如电力、公安的业务隔离和QoS 保障等场景。SA 架构透过灵活弹性的网络切片，为不同应用程序提供订制化的网络功能，并引入相关新功能和新业务，加速垂直行业市场推出差异化的创新服务与商业模式。

5G NSA 核心网EPC+不支持网络切片技术，5G eMBB业务要求DL和UL空口时延为4 ms，在低时延业务和网络功能定制化方面存在应用局限性。

为了满足现阶段车辆远程操控、远程医疗等eMBB 低时延业务需求，在目前NSA 组网下，浙江联通考虑通过建设MEC 边缘云、选择合适的承载网络等手段，以达到组网端到端时延小、安全可靠的目的，例如针对吉利研究院智能驾驶、邵逸夫医院移动查房和远程手术直播示教、广电集团新媒体5G+4K 大型演播厅录制、5G 背包等典型垂直行业应用的需求，与客户平台网络的对接，分别采用了新建MEC、利用现有VPDN网络和云专线3种方式实现业务支撑。

3 5G+MEC组网及业务测试

3.1 吉利研究院5G网络部署

2018 年，浙江联通联合智网科技与浙江吉利研究院达成5G 战略合作协议，共同在吉利杭州湾院区、杭州湾试车场开展基于5G 网络环境的业务场景研究与验证，包括4G/5G 与LTE-V 协同通信、车云通信、车路协同等，共同制定技术演进路线、验证场景设计以及产品实施论证。

2018 年9 月，宁波联通首次开通5G 基站“慈溪吉利整车中心”和“慈溪吉利研发大楼”，覆盖杭州湾吉利研究院园区内的测试道路。

在无线基站建设的同时，三方多次进行MEC 边缘云的建设和业务搭载方式讨论，以确定目标方案、业务测试内容和分阶段性工作计划。最终确定采用5G MEC，部署在研究院附近的杭州湾模块局机房，一期通过业务本地分流方式对接吉利私有云，二阶段MEC 开放PaaS 能力，移植现有私有云应用并开发新功能，对接同机房内城域网SR设备访问吉利公有云。

3.2 5G MEC接入网络设计

图3示出的是杭州湾模块局5G MEC组网示意图。

图3 杭州湾模块局5G MEC组网示意图

MEC 边缘云为华为DGW 设备，实际为SAE-GW设备U 面，C 面使用杭州5G 试验NSA 核心网设备。MEC 采用最新版本的NFV 架构，具备边缘云跨层解耦、业务聚合、能力开放等特性，满足核心网计费及安全需要。

由于全国首次采用该解决方案，浙江联通和华为团队共同探索，自定义边缘DC 内外部的接口和IP 网络规划设计，使其既适合现有承载网规范，又便于快速开通，满足吉利的时间要求。

MEC 与移动网内部接口：通过MEC EOR 直连IPAN（采用10GE），疏通Sxa/Sxb/Sxm 接口（对接GWC）和S1-U/S1-MME 接口。由于C-U 分离的Sxa 等接口需要在杭州核心网和宁波IPRAN 承载贯穿，该接口使用4G-RAN VPN 和对应IP地址段，根据C面、U面所处位置分配不同区域IP地址。

MEC 对外接口：Gi 接口初期直连吉利研究院私有云，后期对接城域网SR设备访问吉利公有云。

车联网本地业务流、Internet 业务流和终端激活信令流程如图4所示。

3.3 业务测试

2018 年12 月24 日，5G MEC 与吉利私有云对接成功，提供3 台5G CPE1.0 终端，用于研究院智能驾驶测试车内。经过双方联合测试，并进行无线优化调整，5G 网络+MEC 下的端到端平均时延为8 ms 左右，达到客户一阶段测试时延需求目标，代表全国首套5G 网络+MEC的成功落地应用。

通过逐段路由测试，8 ms 时延分布大致如图5 所示。

3.4 解决方案成果

使用GW-U 作为MEC 部署，由于华为CPE 产品不支持多APN 激活，MEC 基站下车联网以外的业务，不能设置路由送回省中心核心网出口，即同一个GW-C下挂GW-U 之间没有定义规范接口。使用公网只能通过模块局到城域网接入点出公网，不利于公众业务的管理。向设备厂家提出CPE 上支持多APN 激活的版本需求，2019 年7 月CPE2.0 完成开发，并在吉利研究院现场测试验证，支持公网私网灵活访问。

图4 吉利研究院5G业务路由示意图

图5 8 ms时延分布

另外，在5G MEC 部署中，发现华为vEPC VRF 设置机制不适合C-U分离场景。控制面CGW与DGW 信令面交互的Sx接口与Gn/S5等接口不能分开使用不同的VPN，试点方案中Sx 数据通过现有4G_RAN VPN 上行到省中心核心网，导致核心网通信云内部VPN 需要修改调整。而若CN VPN 下沉到IPRAN 接入，存在安全隐患。向华为研发反馈该问题并要求Sx 接口独立设置，华为研发进行了修改，后续建设的宁波通信云已经按新机制设置了独立Sx VPN，以便于灵活部署U 面下沉和MEC节点。

时延方面，由于目前尚未有5G 模组产品，采用CPE 方式，驾驶车内终端到CPE 的Wi-Fi 浪费1 ms 时延。基站和MEC之间、MEC到吉利防火墙之间时延占比较大，相比设备标称值，还有优化提升的空间。

4 5G+VPDN企业专网方案

4.1 邵逸夫5G未来医院设计

落后地区及农村的医疗资源贫乏，城市大医院人满为患，而小医院、社区医院门可罗雀，通过信息化技术革新来缓解这些医疗资源紧缺和分布不均的问题，是目前医疗行业的一个明确需求。

而随着生活水平提高，健康的干预治疗会逐步前移，医院信息化也会逐步从以医院为中心变成以病患为中心，提供咨询、预防、饮食干预、检查预约新型健康服务。

邵逸夫医院利用中国联通5G 网络和数据中心大力拓展医联体（分院）、医共体等医疗协同、资源下沉，基于云计算、大数据、AI、物联网建立以人为中心的新型医疗健康数据中心，全面提升互联网+医疗能力。达到以下目标。

a）在院内外随时随地处理办公和医疗业务。

b）移动阅片、审片，影像科医生不再限制在医院内，把时间留给病患。

c）基于4K/VR 等技术，手术示教、远程手术指导、远程会诊等，将医疗资源下沉，提高工作效率。

d）医共体内医院打通院间数据，集中使用同一信息系统，统一登录、管理，业务统一发放上线，跨院区影像信息调阅快速、流畅，真正做到人财物的大统一。

未来邵逸夫医院5G 网络全覆盖，助以MEC、云计算、大数据、网络切片等最新技术，实现端和平台的最短连接，最高保障的业务QoS，全业务工作流移动化，达到行云流水的极致业务体验，无处不在的灵活快速办公。

4.2 邵逸夫一阶段5G网络部署方案

按业务诉求和网络成熟相匹配原则，邵逸夫5G未来医院分阶段有序推进。一阶段选取本院、分院、医联体、医共体下医院的部分场景，进行5G 网络和业务部署。2018 年底，浙江联通首次使用5G 数字化室分产品在邵逸夫医院内部安装调测。

表1示出的是邵逸夫5G项目一阶段基站规划。

表1 邵逸夫5G项目一阶段业务基站规划

一阶段首先实现基于5G网络的移动护理业务、远程会诊、手术直播示教业务。移动护理业务要求终端访问邵逸夫内部数据中心，要求网络私网对接，端到端安全性高；远程会诊和手术直播采用4K 高清设备，时延要求为20～100 ms。

图6 示出的是智慧医疗典型业务时延带宽分布图。

通过对上述业务分析，结合杭州5G核心网机房位置，暂不需要MEC 部署到边缘，只需要保证带宽实现高效安全私网业务互通。利用现有VPDN 网络资源，设置行业APN GRE 隧道+专线实现专网访问，是一种能够快速建设而且低成本投入的解决方案。浙江联通现网VPDN 网络由LNS、AAA、接入网络组成，与移动网GW 建立GRE 隧道或L2TP 隧道实现业务网络的安全可控。

图6 智慧医疗典型业务时延带宽分布图

4.3 5G移动护理业务实现

邵逸夫移动护理业务基于内网访问，终端采用PDA 等，安装应用软件，访问部署在本地数据中心的业务。由于目前5G还处于试商用阶段，相关终端及模组尚未规模商用，本次工程采用将5G 信号转为Wi-Fi连接的方式，支持原有PDA 的连接及应用。以楼层为单位部署CPE 设备，CPE 设备连接5G 网络，并将5G 信号转换为Wi-Fi 及固定网络信号，下挂POE 交换机+AP，解决AP 的取电问题。AC 管理平台部署在本地数据中心，基于统一管理系统，同一个账号，全区（含其他院区）实现无缝切换，漫游。一网多用支持多租户网络应用，新业务场景分钟级上线。形成Wi-Fi 专网，云化，集中化，简便易维护。具体网络图如图7所示。

图7 邵逸夫移动护理业务路由示意图

远期采取5G终端，如PAD、手机或者物联网终端，直接接入5G 网络，基于MEC 路由到本地数据中心，进一步降低时延，提高网络安全性。

5 结束语

从上述案例部署和应用效果看，5G网络部署MEC边缘云能很好满足现阶段低时延大带宽业务需求，如果5G MEC 部署仅实现分流功能，短期看存在实施方案复杂、工期较长、投资较大的问题，但引入边缘云会带来n种业务拓展机会。而通过5G NSA+VPDN 网络到客户私有平台的方案，适用于时延有一定要求但不是特别高的专网场景，同时也充分利旧现有VPDN 网络资源，是一种实用型解决方案。

具体的5G行业应用项目中，需要结合带宽时延需求、网络资源情况以及业务发展方向等因素，提供不同时延和带宽的量化指标对应的解决方案，在不断实践中提升按需定制化能力。秉持“联通5Gn让未来生长”的信念，定制n个5G 网中专网，让n无限延伸，为合作伙伴提供更为广阔的行业应用试验场景，推进5G应用孵化及产业升级。