基于安全隔离度的5G专网部署模式

王鑫　韩振东　严斌峰

【摘  要】运营商在5G时代需要提供差异化的定制网络来满足行业用户多元化的业务场景，首先对5G无线专网市场需求进行分析，随后介绍了5G无线专网频谱资源的三种分配方式，并分析了5G无线专网的部署应考虑到业务场景对安全隔离度的需求，最后总结得出，不同安全隔离度的专网部署模式以及网络架构都各有优缺点，也没有一种网络架构完全适合所有的情况，因此需要运营商根据行业用户对网络Qos的差异化需求以及业务特性进行精细化定制。

【关键词】5G;无线专网;频谱分配;安全隔离度;核心网

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.01.008        中图分类号：TN929.5

文献标志码：A        文章编号：1006-1010（2020）01-0044-04

引用格式：王鑫，韩振东，严斌峰. 基于安全隔离度的5G专网部署模式[J]. 移动通信， 2020，44（1）： 44-47.

0   引言

在5G万物智联的时代，垂直行业用户智能化、数字化转型升级将持续加速，行业用户对运营商网络服务的需求也与3G、4G时代有所不同：行业用户的生产园区或业务场景对无线网络的覆盖质量、时延、上行容量、数据保密性、网络控制权的要求均高于公共大网，不同的应用场景需要定制综合型、灵活便捷的移动蜂窝网络（无线专网）。因此，运营商在5G时代需要提供差异化的定制网络来满足行业用户多元化的业务场景。

1    5G无线专网市场需求分析

1.1  无线专网的分类

传统无线专网的实现方式可分为窄带物联网、Wi-Fi网络和专有频段LTE局域网。而5G无线专网的实现方式分为三类：一是提供专属网络设备的物理专网;二是划分逻辑资源的虚拟专网;三是前两类的混合组网。

5G物理专网指的是：行业业务需求与公网提供的能力差异大，需提供专有物理网络资源，如新建基站（特殊频段/特殊时隙配比）、单独优化空口和核心网元UPF下沉至园区。主要对标行业自由频率专网，适用于对安全隔离性、网络性能有极高需求的高价值客户，例如能源、工业制造等领域[1]。

5G虚拟专网指的是：行业业务的需求与公网业务差异小，核心网侧可以通过网络切片、MEC等方式按需灵活部署;公网接入网的基站可同时服务于公网用户和行业客户或仅需少量无线优化。此类虚拟专网主要对标Wi-Fi网络，适用于对网络性能要求不高、成本敏感的客户，如行业用户园区等。

5G混合专网的部署就是整合了虚拟专网以及物理专网。

1.2  行业用户对定制化专网的需求分析

行业用户对无线专网的需求呈现部署局域化以及网络能力定制化的特点[2]。例如在以下几类场景下，需要对网络能力、数据隔离、频谱资源以及部署成本等多个维度进行定制化设计。典型的专网业务对网络能力的需求总结如表1所示，每类专网场景对物理专网、虚拟专网以及混合专网都有一定的需求。

此外，金融、医疗、应急通信等其他行业用户对无线专网的需求也越来越旺盛，而5G无线网络具有大带宽、多连接、低时延、高安全性的技术特点，并且5G无线专网在技术演进、产业链规模化与其他网络兼容性等方面较传统无线专网具有一定的优势，因此未来5G无线专网的市场前景将非常广阔。

1.3  未来5G专网市场前景

預测预计未来3～5年内，进行无线专网部署的行业用户、园区数量将继续攀升，根据麦肯锡的调研报告，未来行业用户专网基站的需求量将是公网基站的2倍[3]。OVUM对RAN侧设备收入进行了预测判断：从2020年开始RAN侧设备市场份额将止跌回升，其中一部分重要因素是行业用户专网RAN设备需求急剧提升[4]，到2025年无线专网业务规模可达163亿美元，年均增长约45%[5]，如图1所示。

2   5G无线专网频谱分配方案

当前频谱资源愈发紧张，如何分配无线频谱资源是部署5G专网首要解决的问题。为了避免5G无线专网特定业务场景与公共大网的信号干扰，对于5G无线专网频谱资源的分配方式可以分为以下几类：

第一类是由电信运营商对频谱资源进行统一调配。行业用户5G专网可以与运营商公网共享频谱资源，或者运营商将公网频谱资源中的一部分单独划分给行业专网用户。此类频谱方案优势是运营商可以按需灵活调配资源，提高了频谱的利用率，同时也利于电信运营商带动整个产业链快速成熟。对于行业用户，由于该方案可以实现对空口资源最大化的复用，因此也将极大地节约了5G专网的建设及运维成本。

第二类是为行业用户颁发特定地频段用于特定场景的5G专网建设，行业用户在获得频谱使用许可后可以自主建网，无需与公共网络协调频谱资源。但是此类频谱方案的缺点较多：独立频谱需要定制专有的端网设备且后期网络运维成本较高;当专网业务处于闲置状态时那么频谱利用率比较低;如果对空口资源的规划欠佳可能会造成专网信号与公网信号之间的频率干扰。

最后一类是5G无线专网频谱采用非授权频段，这样可以避免与公网信号的干扰，表2列举了各国非授权频谱资源的情况。但此种频谱分配方式的缺点是产业链的成熟度较低，专网用户需要针对此类频谱定制芯片、模组或终端，并进行单独的网络运维、终端优化，不利于5G专网的快速部署。

3   5G无线专网部署方案

未来5G网络能力的趋势是向网元虚拟化、架构开放化、编排智能化方向发展，这为5G无线专网服务能力的灵活化、定制化提供了有力的技术保障。5G专网的部署方案需要考虑网络时延、安全隔离度、网络可靠性、网络带宽、上下行配比、峰值速率等重点因素。可以根据安全隔离度的需求将专网部署方案分为以下3类。

3.1  高安全隔离的专网部署方案

安全隔离要求高的专网需要保证工业数据不出园区，典型的应用场景是工业园区自动化管控场景，在不考虑成本的情况下，核心网的部署方案可以采取网元完全独立全封闭的模式，即在工业园区内可部署整个5G核心网，包含AMF、SMF、UPF、UDM等网元。由于工业园区自动化控制需要保证时延，因部署园区专网部署方案可以省去AUSF等网元。

对于接入网，工业园区的不同设备可以根据不同的业务需求，通过园区5G专属基站或者公网基站分别接入到封闭的园区专网以及公共大网。工业自动化控制场景下的园区专网部署方案如图2所示。由于工业自动化控制的应用场景对于上行速率也有一定的要求，因此可以对园区专属的接入RAN侧设备进行帧结构的灵活配置，这样可以进一步提升网络的Qos保障性能，保证上下行速率配比，例如采用1：3（DSUUU）的帧结构可保证上行理论峰值达到570 Mbit.·s-1，此速率相当于公网传输能力的3倍。

3.2  中等安全隔离的专网部署方案

对于安全隔离要求相对较低且需兼顾考虑网络建设、运维成本的场景，核心网的部署方案可以采取接入网元及会话网元与公共大网共享，UPF（用户数据转发）下沉至工业园区的模式，此类场景的典型应用是园区视频监控场景。由于控制面的时延要求不高，因此AMF以及SMF网元可以部署在公网DC中;基于接入管控和会话管理的要求，可与公共大网对应的网元共享也可单独部署;如果用户數据的保密性不高，那么UDM以及数据管理可部署在公共大网的DC中;基于客户的数据管控要求，可与公共大网对应的网元共享也可单独部署;由于视频媒体数据不能离开特定园区，业务就近接入，因此只需将UPF网元下沉部署在园区即可。接入网的方案可以根据建网成本敏感度进行定制化部署：行业用户可以与公共大网共享无线RAN侧基站，也可通过自建无线RAN侧设备的模式实现终端设备快速接入、视频数据本地闭环管理。

视频监控场景下的园区专网部署方案如图3所示。

3.3  低安全隔离的专网部署方案

对于安全隔离没有明确的需求且对网络建设、运维成本较为敏感的专网场景，核心网的部署方案只需单独将UPF以及独立的媒体网元下沉在距离用户较近的位置即可，控制网元可以按需共享，如果有视频等多媒体内容分发的需求还可以在关键路由节点配有CDN服务器。适合此类安全隔离度的专网场景是现场直播，其专网部署方案如图4所示。

综上所示，不同安全隔离度的专网部署模式以及网络架构都各有优缺点，也没有一种网络架构完全适合所有的情况，因此需要运营商根据行业用户对网络Qos的差异化需求以及业务特性进行精细化定制。

4   结束语

5G专网承诺了更好的隐私、数据安全、可控性和无线网络性能，甚至还可以可为行业用户提供更多的数字化创新功能。作为开启万物智联部署的关键一步，企业将越来越多地部署5G专网[6]。在5G网络发展的初期，端到端网络切片技术及产品尚未成熟，电信运营商应该发挥频谱资源、网络建设及运维等优势，通过为行业用户提供定制化专网服务来探索与垂直行业的融通与创新，从而在2B侧培育新的收入增长点，实现从简单的网络容量提供商到创新的数字服务合作伙伴的转型。

参考文献：

[1]    数字经济网. 5G专网为行业提供优质网络服务[EB/OL]. （2019-10-10）[2019-12-07]. http：//www.cnmoii.com/itsm/2019-10-10/1786.html.

[2]    中国移动研究院. 中国移动5G行业无线专网研究报告[EB/OL]. （2019-11-11）[2019-12-07]. http：//labs.chinamobile.com/.

[3]    麦肯锡. 2020中国专网通信行业全景调研与投资前景调研报告[R]. 2017.

[4]    OVUM. Vendors Plan Expansion of Addressable LTE Market to Enterprises[EB/OL]. （2019-03-18）[2019-12-07]. https：//ovum.informa.com/resources/product-content/ran-vendor-market-update-2018-spt002-000141.

[5]   ABI Research. US $2.9 Billion Market Opportunities for LTE Vendors in Mining Sector[EB/OL]. （2017-07-17）[2019-10-10].  https：//www.abiresearch.com/market-research/service/freight-transportation-logistics/.

[6]     郑伟5G专网将成企业未来网络战略的重要组成[EB/OL]. （2019-09-11）[2019-12-07]. https：//m.zol.com.cn/article/7267568.html.

作者简介

王鑫（orcid.org/0000-0001-9124-6054）：工程师，硕士毕业于英国约克大学，现任中国联合网络通信有限公司研究院国际标准专家，GSMA-UEX终端用户体验性能评测组主席，研究方向为终端用户体验、5G终端、5G专网等。

韩振东：高级工程师，硕士毕业于清华大学，现任中国联合网络通信集团智能网络中心高级项目经理，研究方向为5G专网产品及解决方案、5GC网络自动化/智能化解决方案等。

严斌峰：高级工程师，博士后毕业于清华大学，现任中国联合网络通信有限公司研究院终端与智能卡研究中心主任，研究方向为终端与智能卡标准技术、终端人工智能应用、终端基础软件研发等。