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如何部署5G专网

2020年02月20日 12:08 次阅读

什么是5G专网?

5G专网,称为local 5G network,或者private 5G network,指专用于特定行业或企业的移动通信网络。

区别于专网,今天我们使用的智能手机连接的2/3/4/5G移动通信网络称为公网。公网就是一个“公共场所”,数以亿计的移动用户共享同一个网络,同样的频段资源和网络设备。

专网的概念并不陌生,早在2/3/4G时代就有了,比如铁路专网、公共安全专网、军用专网等。

进入5G时代,专网将会越来越火。

这是因为5G的最大价值在于2B垂直行业市场,在于走进各行各业。未来,工厂、园区、运输、医院、油田、电网、港口等各行各业都可能拥有5G专网,以利用5G大带宽、低时延、高可靠、多连接的网络能力和边缘计算,来实现数字化转型,提升生产效率。

既然5G专网这么重要,可怎样部署呢?

本文来介绍一下5G专网的7大部署方案。

企业基于专网频段独立自建,与公网完全隔离

如何部署5G专网

在解释这张图之前,我们先来了解一下5G网络的组成。

简化了讲,5G网络主要由UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB组成。

•UDM(统一数据管理),管理用户数据,包括用户标识、用户签约数据、鉴权数据等。

•5GC CP(5G核心网控制面),5G核心网控制面包括AMF、SMF等多种功能,本文简化统称为控制面,其主要负责处理连接管理、会话管理、移动性管理,承载信令或控制消息。

•UPF(用户面功能),指5G核心网的用户面,承载数据流量,负责在无线接入网和Internet之间转发流量、报告流量使用情况、QoS策略实施等。

•MEC(多接入边缘计算),5G核心网用户面UPF下沉与MEC可组成边缘节点,将千里之外的云计算能力下沉到靠近数据源的边缘,让数据在本地就能实现存储和处理,从而可降低网络时延,更好的保护本地数据的安全性和隐私性,使能各种5G专网应用。

•gNB,就是5G基站。

如上图所示,5G专网规模虽然远小于5G公网,但麻雀虽小五脏俱全,也由UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB组成。

上图表示的5G专网部署方式是,垂直行业基于5G专网频段,自建一张包括UDM、5GC CP、UPF、MEC和gNB的5G移动专网,并与5G公网完全隔离。

所谓5G专网频段,指决策者为垂直行业专门分配的5G频段。有了5G专网频段,意味着垂直行业在频谱资源上不再受制于运营商,而可以自建专网。

目前全球已有多个国家为垂直行业分配了5G专用频段,或者称为5G本地频段,比如德国分配了3.7-3.8GHz,英国分配了3.8-4.2GHz频段,日本分配了2575-2595MHz、28.2-28.3GHz、4.6-4.8GHz和28.3-29.1GHz频段。

这种部署方式的优点是:

•可保障企业数据的绝对安全(因为完全与公网隔离)

•网络时延低(从核心网到无线接入网都部署于本地,数据来回传输不过几公里,当然时延就低了)

•网络自主可控(端到端的网络都是自己建的,且与公网完全隔离,即使公网发生光缆被挖掘机挖断、拥塞等情况,也毫不影响专网)

但缺点也很突出,主要是部署成本高,一般小企业根本无法承担,且后期运维成本也高,还得培养一批专业的运维人员。

运营商基于公网频段帮助企业建设独立专网,与公网完全隔离

如何部署5G专网

与第一种部署方式相似,主要差别在于采用的频率资源不是5G专网频段,而是运营商的5G频段。

比如,目前中国移动拥有的5G频段为2515-2675MHz和4800-4900MHz,基于这种部署方式,中国移动就可以用4800-4900MHz频段为某油田部署一张与中国移动5G公网完全隔离的一张5G专网。

专网与公网之间RAN共享

如何部署5G专网

企业专网依然部署UDM、5GC CP、UPF和MEC,但5G基站(gNB)与公网共享。

在这种部署方式下,无线数据流量在5G基站上实现分流,属于公网的数据流量将传送到公网UPF,而属于专网的数据流量则传送到专网UPF。

换句话讲,比如工厂里的传感器和超高清摄像头等,产生的数据将保留在企业内部;而企业员工的智能手机上网、看视频等数据流量则通过公网传输。

这种部署方式的优点与第一种和第二种有相同之处,都能保证企业数据的绝对安全和网络低时延。不同的是,由于共享RAN,企业可节省一些部署成本和维护成本。

专网与公网之间RAN和控制面共享

如何部署5G专网

不仅5G基站(gNB)与公网共享,而且控制面也与5G公网共享。

所谓控制面共享,就是专网和公网的控制面功能(身份验证、移动性管理等)均由公网中的5GC CP和UDM执行。

在这种部署方式下,企业专网的gNB和UPF分别由N2和N4接口连接5G公网的5GC CP,企业专网里的设备的用户信息也存储在运营商的5G公网里,而不是存储在企业内部。因此,在数据安全性和隐私保护方面可能会差一点。

但由于MEC和UPF仍然部署于企业内部,仍然可以保障网络低时延。

公网与专网端到端共享

如何部署5G专网

从UDM、5GC CP、UPF、MEC到5G基站,包括控制面和用户面,5G专网与公网端到端共享。

实际就是端到端网络切片。基于5G公网,为5G专网端到端切出一个“切片子网络”。

在这种部署方式下,用户信息和数据流量的安全性取决于网络切片能力。而低时延保障取决于运营商的边缘云(UPF和MEC)的部署位置。如果运营商的边缘云的位置离企业很近,那么网络时延也就很低。

N3 LBO

如何部署5G专网

LBO,Local Break-out,本地疏导。

先来解释一下网络中的新设备MEC DP,即MEC的数据面,它负责在无线接入网及核心网之间提供数据转发通路,实现数据流量的本地卸载。

MEC DP具备对N3 GTP数据流的解析处理能力,比如,MEC DP对来自基站的GTP分组数据包的目标IP地址进行解析,如果IP数据包是本地流量,则将其路由到内部专网。因此,通过MEC DP,可以将公网流量和专网流量分开,从而保障专网数据的安全。

但为什么不直接像第4种部署方式一样,在企业专网中部署UPF呢?

因为UPF太贵。UPF的成本远远高于MEC DP。

因此,N3 LBO部署方式有利于减少企业部署专网的成本。

F1 LBO

如何部署5G专网

这里得先解释一下5G基站(gNB)的架构。

5G基站划分为CU、DU和RU三部分:

CU,中央单元,处理RRC、PDCP等高层协议,负责非实时的配置和控制决策。

DU,分布式单元,处理对实时性较高的层2功能和部分物理层功能。

RU,天线单元,指部分物理层和RF、天线部分。

其中,CU可采用云化部署方式,可以与核心网UPF和MEC融合部署。DU/RU通过F1接口连接CU。

不难看出,F1 LBO与N3 LBO的差别在于,5G基站采用了CU与DU、RU分离的架构,其中CU与UPF和MEC部署于运营商的边缘云中,而DU/RU部署于企业内部,这样一来,专网流量不再是通过N3接口而是通过F1接口至边缘云。
责任编辑;zl

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