分享五种不同的5G专网部署方案

以太网、Wi-Fi和LTE等技术已被广泛部署为专用网络技术解决方案，如今5G也已加入到这一组合中。IDC 预测，2024 年全球专用 5G 网络基础设施市场将达到 57 亿美元。预计到2028年，专用5G网络市场规模将达到142.8亿美元，2021年至2028年的复合年增长率将达到39.7%。



| 5G专网架构

5G专网的部署方案

3GPP标准定义了两种5G专网部署模式：SNPN和PNI-NPN。



| 集成的5G 专网 VS 独立的5G 专网

SNPN，就是“独立部署模式”

在没有网络运营商参与的情况下，企业独立部署从基站到核心网到云平台的整个5G网络，可以与运营商的5G公网隔离。这张网可以由企业自己建设，也可以由运营商建设。

PNI-NPN，就是“公网专用”

指企业可通过与运营商5G公网共享RAN，或者共享RAN 和控制平面、RAN 和核心网，或者端到端共享5G公网（端到端网络切片）的方式来部署5G专网；

下面列出了不同类型的扩展部署选项：

1.企业自建5G局域网（完全私有，本地5G频率，不共享）

企业在其场地（站点/建筑）内部署全套5G网络（gNB，UPF，5GC CP，UDM，MEC）。企业中的5G频率是本地5G频率，而不是移动运营商的授权频率。订阅和用户信息将直接由企业本地存储。企业自建5G局域网，可摆脱传统的有线局域网和无线局域网的烦恼。

2.移动运营商构建独立专用的 5G 局域网（完全私有、许可频率、不共享）

由移动运营商构建独立专用的 5G 局域网与方案1类似。唯一的区别是企业的 5G 局域网是移动运营商使用自己许可的5G频率构建和运营的。

3.公网和专网之间的RAN 共享

UDM、5GC CP 和 UPF 部署在企业内部，并与公共网络在物理上是隔离的，网络服务在本地处理。5G 基站 (gNB) 和频谱在公共和专用网络之间共享（也就是 RAN 共享）。

属于私有切片（专用网络）设备的数据流量被传递到企业中的私有UPF，属于公共切片（公用网络）的设备的数据流量交付给移动运营商的边缘云的UPF。换句话说，内部设备控制的数据、内部视频数据等之类的专用网络流量仅保留在企业中，而像语音和Internet之类的公共网络服务流量则被传输到移动运营商的网络。

尽管基站是在逻辑上而不是物理上分离的，但在RAN级别的私有网络中收集数据信息几乎是不可能的，因此企业中专有网络数据流量的安全性得到了保证。

4.公网和专网之间的RAN 和控制平面共享

企业中的5G基站（GNB）和移动运营商边缘云中的5GC CP、UDM在专用网络和公共网络之间共享（RAN和控制平面共享），私人专用的UPF、MEC内置于企业中。gNB、5gcp和udm在专用网和公用网之间逻辑上分隔，UPF和MEC在物理上分隔。专网（私有切片）和公网流量分别传输到企业的私有UPF和MNO边缘云的UPF。

属于私有切片（专用网络）设备的数据流量被传递到企业中的私有UPF，属于公共切片（公用网络）的设备的数据流量被传递到移动运营商边缘的UPF。专用网络设备和公用网络设备的控制平面功能（身份验证，移动性等）由移动运营商网络中的5GC CP和UDM执行。

5.公网和专网之间的RAN 和核心共享（端到端网络切片）

当gNB部署在企业内部，UPF和MEC只存在于移动运营商的边缘云中时，专用网和公网共享“逻辑上分离的5G RAN和核心”（GNB、UPF、5GC、MEC、UDM）（端到端网络切片）。

与UPF和MEC位于企业中的方案3、4不同，在这种情况下，企业中只有gNB。私有5G设备与Intranet（LAN）设备（PC或本地Intranet服务器）之间没有本地流量路径，因此流量必须到达运营商边缘云中的UPF，然后通过专线回到企业内部，与局域网设备进行通信。

此外，为企业中的5G设备提供5G应用服务的MEC位于移动运营商边缘云中。

5G专网VS网络切片

网络切片

客户需要多个端到端独立的逻辑网络，网络切片将一个物理网络端到端地分割成虚拟网络切片，每个切片都能够独立控制。每个切片可能拥有其他切片中未使用的专用资源（核心、接入和传输），因此可以对其进行优化以满足 5G 生态系统的不同性能要求。

运营商可以创建多个切片，例如 RAN、核心和传输切片。每个单独的域都有一个控制器、RAN 控制器、核心控制器、传输控制器和端到端编排器。

国际电信联盟（ITU）开发了三种使用场景，随后被3GPP采用为三个标准化网络切片。5G专网将为每个使用场景生成一组网络切片，如下图所示。

 

eMBB（增强型移动宽带）切片

要求为用户提供高吞吐量，适合对延迟不太敏感的突发流量。

URLLC（超可靠低延迟通信）切片

适合自动驾驶汽车、AR/VR等应用程序，这些应用程序具有非常严格的往返延迟时间（RTT）。其中一些是任务关键型的应用程序，需要高度的可靠性。

mMTC（大规模机器类型通信）切片

适合需要连接大量设备的物联网等服务，这些设备本质上可能不需要极高的传输速度或低延迟。

客户（例如本田）信息娱乐部分的端到端网络切片的逻辑流程如下图所示，网络切片服务级别协议 (SLA) 的预算为 10 Mb/s。



| 端到端网络切片的逻辑流程

客户门户向运营商发送请求，运营商使用其网络切片蓝图（模板）来生成网络切片配置文件。之后会经历各种分解，触发网络中的各种动作。

向NFV编排器 (NFVO) 发送请求，NFVO正在创建虚拟 RAN和/或虚拟核心；

向 RAN 控制器发出请求以创建 RAN 切片；

向5G核心控制器发送创建核心切片的请求；

向传输切片控制器发出请求，以创建该控制器、RAN 和核心之间的连接；

最后，缝合所有这些切片，为特定客户创建一个端到端网络切片。

企业决定选择网络切片还是5G专网在很大程度上将取决于技术的成本、成熟度和信任度。

专用5G网络即服务 (5G-NaaS)

专用 5G 网络即服务 (5G-NaaS) 是网络编排器之上的API，它允许具有适当 IT 技能的第三方客户要求根据其业务需求调整特定的网络服务。它开发了可供企业客户访问的定制模板，以指定位置、持续时间、QoS、补充服务等方面的各种要求。

供应商的 5G-NaaS 模型可能是“零资本支出”，它是一个完整的托管解决方案，使 MNO 和 MSP 能够快速、安全地向企业提供专用 5G 网络服务，如下图所示。

 

5G-NaaS可以将客户从供应商的锁定中解放出来，提供更大的灵活性、有竞争力的价格、经济高效的扩展以及更快的创新，从而显着降低成本。5G-NaaS 供应商可以帮助企业体验运营商级专用 5G 网络，以低延迟、高带宽、端到端安全性和增强的覆盖范围运行其关键任务应用程序。它们还可以跨多个企业站点提供安全、快速的移动性。

5G专网开源项目

随着5G不断发展，出现了诸如Magma core、srsRAN 、Aether等开源项目。下文讨论了用于构建针对用户设备 (UE) 的开源 RAN 的各种开源项目。

Magma core

Magma是由Meta 开发并开源给Linux基金会的开源移动核心网项目，旨在帮助电信运营商快速，轻松地部署移动网络。可通过提供以软件为中心的分布式移动数据包核心和用于自动化网络管理的工具来实现这一目标。这种容器化的网络功能与移动网络的现有后端集成在一起，可轻松在网络边缘启动新服务。



Magma 具有三个主要组成部分：

接入网关：接入网关 (AGW) 提供网络服务和策略实施，它可以与现有的、未经修改的商业无线电硬件配合使用。

Orchestrator： Orchestrator 是一项云服务，提供简单一致的方式来安全地配置和监控无线网络。Orchestrator 可以托管在公有/私有云上，可通过该平台获取的指标查看无线用户的分析和流量。

Federation网关：Federation网关通过标准的3GPP接口与现有的MNO组件集成MNO核心网与Magma。它充当 Magma AGW 和运营商网络之间的代理，并促进核心功能，例如身份验证、数据计划和策略执行，以保持现有MNO网络和扩展后的Magma网络之间的统一。

5G OpenRAN

OpenRAN (开放无线接入网络)使用开放、可互操作的接口和协议来部署专用 5G 移动网络。与传统 RAN 相比，它提供了更高的灵活性，并提供了另一种部署网络的方式，保证了供应商竞争、多供应商互操作性、降低运营成本以及整个 RAN 的安全性。

 

OpenRAN 主要强调供应商中立的软件和硬件，使用社区开发的标准和开放接口，使 MSP 能够将一个提供商的RAN与另一提供商的 RAN 应用程序一起使用。5G专网的部署对可用频谱、处理硬件、空间、环境等有独特的要求。OpenRAN 解决方案可根据企业用例和部署环境选择多供应商硬件和软件。

OpenRAN包括三个主要元件，即RU、DU和CU。这些元素之间的接口是OpenRAN的重点。

ONFAether

Aether是由ONF推出的，第一个用于企业 5G 连接边缘云即服务的开源平台。Aether汇集了各种开源组件，通过无线频谱提供连接性即服务，如CBRS和授权的4G或5G。

 

Aether构建在CORD和ONOS平台上，运行在编排好的Kubernetes环境中。Aether分解了CORD，并将必要的元素放在边缘或公有云中，然后通过云提供商的API将它们连接起来。Aether还使用ONF的移动核心（OMEC）将用户和控制平面分布在边缘和中心云上。OMEC提供控制平面在远程边缘位置控制多个用户平面（以提供边缘云即服务部署）的能力。

除了专用4G/5G连接外，Aether更大的愿景是边缘云服务平台。基于不同服务质量的4G/5G连接，Aether可以在错综复杂的工业互联网环境中给不同的业务或设备提供边缘云服务。与现有的Wi-Fi服务相比，Aether的设计目标是基于4G/5G连接，提升网络连接的可靠性、容量和安全性，同时无缝支持市场上主流云提供商的边缘服务的部署，例如AWS和Google Cloud等。

ETSIOSM

OSM是欧洲电信标准协会 (ETSI) 领导下的由运营商驱动的开源MANO社区项目，旨在共同创新、创建并提供与ETSI NFV密切配合的MANO堆栈，OSM的愿景是提供满足商业NFV网络需求的生产环境的开源MANO堆栈。

 

ETSI NFV 提出了一种架构，让 MNO 以自动化、高性能和弹性的方式虚拟化网络功能。这些用例与 5G 专网相关，OpenStack在大多数实现中充当虚拟化基础设施管理器(VIM)。OSM和ONAP等开源项目可通过5G网络交付的高带宽、高容量和超低延迟，帮助跨不同站点的专有网络服务。5G-Transformer 是一个基于 OSM 的开源项目，通过为医疗、汽车、媒体等垂直业务提供编排和切片，将网络切片引入传输网络。这些基于 OSM 的项目展示了 5G 技术在 NFV 上的实际业务用例。

srsRAN

srsRAN 由 Software Radio Systems (SRS) 开发，是一个开源的 SDR 4G/5G 软件套件，具有 UE 和 eNodeB/gNodeB 应用，可以与第三方核心网络解决方案一起使用，以建立完整的端到端移动无线网络。

 

srsRAN在基于linux的操作系统上作为应用程序运行，并提供具有高速性能和移动连接的标准LTE网络接口。

srsRAN 套件包括：

srsUE ：全栈 SDR 4G/5G-NSA UE 应用程序

srsENB ：全栈 SDR 4G eNodeB 应用程序

srsEPC ：具有 MME、HSS 和 S/P-GW 的轻量级 4G 核心网络实现

审核编辑：刘清