5G公网和专网的融合部署

钟连峰，何航航，江明东，孟江涛，周烨挺，沈建平

（中国移动通信集团设计院有限公司 浙江分公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

随着5G网络的大力建设，5G的新特性也赋予了各垂直行业更广阔的发展空间，促进垂直行业不断数字化转型。依托5G大宽带、低时延、广连接的接入能力，实现从满足大众化消费服务向工业领域赋能的进步提升，推动产业应用的技术革新和转型升级，加速传统产业的数字化进程。

1 5G网络现状及发展趋势

目前，全国5G基站已经建设超过70万个，全国地级以上城市的密集城区基本已实现5G信号的连续覆盖[1]。快速发展的5G网络技术推动了相关产业应用生态的逐步完善和相应5G终端设备的快速发展，而随着5G网络相关应用在垂直行业领域需求的锐增，差异化、多元化的5G垂直行业领域应用需求又推动了5G技术的快速发展和演进。

5G基站建设是我国新基建7大领域中的重要内容，3大运营商快速大规模地部署5G基站为5G网络在相关垂直行业领域的应用和快速发展奠定了基础，5G+智慧教育、5G+车联网、5G+医疗健康、5G+工业互联网等丰富的5G网络技术应用场景不断涌现。随着5G网络的不断完善，5G网络技术驱动垂直行业领域持续向数字化发展，需要5G网络来承载更多的垂直行业应用需求。云网融合将云服务能力和5G网络结合起来，可以依托5G网络低时延高可靠、广连接低功耗、高速度大宽带的技术优势，满足各行业客户在同需求不同应用之间进行灵活配置。未来5G网络将进一步深化云-网-端-业的一体化融合，更好地满足toC和toB两大用户需求，实现从满足大众化消费服务向工业级赋能的提升，助力产业应用的技术革新，加速传统产业的数字化转型。

2 5G公网和专网概述

在生活中，人们通过手机浏览网页、拨打电话等所使用的网络都是公网（即公共通信网络）。公网其实就是一个大家共同使用的公共网络，不计其数的手机用户都可以接入到同一个网络，共享同样的网络设备和频段资源。

5G专网从广义上可以分为虚拟专网和物理专网两种形式。其中虚拟专网面向普通行业，通过运营商公网切片提供网络服务，逻辑上与面向大众消费者的网络相隔离。以网络切片为框架，可按照行业需求产生多类型切片。虚拟专网侧重网络架构的优化，移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）、核心网部署方案按需灵活选择，基站可同时服务于公网用户和行业客户。物理专网面向隔离度要求高、涉及国家民生的特许行业，而无线网在特定的需求场景下通过划分专用频段或建设相应专用基站的方式提供专用无线资源。核心网与公网完全独立，对隔离度、网络资源要求高，网络架构方案可根据隔离性需求灵活选择，不依赖于公网。

相比于5G物理专网，5G虚拟专网更加切合5G网络在垂直行业的应用。5G虚拟专网同样可以为有垂直行业应用需求的客户提供个性化、定制化的5G专网服务，相对于企业来说更具有网络性能优势和成本优势。

3 5G公网和专网的融合部署方案

根据5G应用范围，可以将行业应用场景归为广域场景和局域场景两类。局域场景指业务限定在特定区域，如工厂、港口和家庭教育，此时不需要大范围地业务移动性和连续性。而广域场景则恰好相反，需要基于运营商的端到端公网资源实现广覆盖或高速移动的业务联接，如车联网。当前运营商5G公网建设仍然处于初期，覆盖和连续性会加速完善。5G行业专网建设也可选择局域场景优先切入，解决局域网络覆盖，借助5G核心网满足局域场景联接+计算诉求，再逐步扩展到广域场景。

3.1 5G公网和专网核心网融合部署方案

5G核心网网元功能虚拟化、网络架构服务化以及众多5G专网技术的不断突破，为5G专网在服务能力方面的智能化、定制化奠定坚实基础。在不同行业及不同的应用场景中，5G公网和5G专网核心网可以融合部署。在核心网侧，公网、专网共享核心网控制面资源池，通过切片进行不同程度的隔离，降低核心网建设成本和维护难度。

3.1.1 网络切片虚拟专网部署方案

在网络切片虚拟专网部署方案中，虚拟专网基于5G公网的物理网络资源，通过网络切片隔离出多个端到端的逻辑子网，在不增加物理资源的情况下为专网用户提供端到端的网络隔离服务[2]。基于5G公网的部署，在5G公网覆盖的范围内均可提供5G专网的覆盖服务，且不需要重新进行新的5G物理网络建设，只要进行相关网络数据配置即可，可以有效降低专网网络的运营成本，提高运营效率。但基于切片的5G虚拟专网的服务等级协议（Service-Level Agreement，SLA）受限于5G公网的网络设备配置，只能有限定制。5G公网的网络质量直接影响5G专网的网络质量，5G专网的网络质量只能得到有限保障。网络切片虚拟专网使用运营商已有的5G公网资源，不受地理区域限制，适合需要大范围部署的广域场景。

3.1.2 边缘UPF混合专网部署方案

对于需重点保障用户面数据流、业务信息、控制信息全部本地留存的不出园区行业客户，可选择边缘用户面功能（User Plane Function，UPF）混合专网的核心网方案。在控制面共用5G公网资源，UPF下沉到专网行业用户本地作为5G网络与垂直行业的连接点，通过数据分流技术使端到端业务数据流量都在本地完成交互，实现业务数据流量不出园区，降低网络传输时延。由于UPF下沉到本地，使得端到端的业务数据在本地处理，因此有效降低了端到端的时延。根据专网用户的实际需求，可灵活制定UPF的性能容量、硬件设备、功能模块等，满足不同行业的个性化定制需求。由于控制面共用5G公网的核心网，因此业务在切片管理和SLA等方面只能进行有限调整。边缘平台与UPF共同部署在行业用户本地，行业应用通过边缘平台承载在5G网络上。

3.2 5G公网和专网无线基站的融合部署方式

5G公网和专网无线基站的融合部署分为专网与公网之间RAN共享方案、专网与公网之间RAN和核心网控制面共享方案、公网和专网之间RAN和核心共享（端到端网络切片）方案。

3.2.1 专网与公网之间RAN共享

5G公网和专网共同使用同一套5G无线基站（gNB）设备，RAN共享，如图1所示。

图1 专网与公网之间RAN共享

UDM、5GCCP、UPF以及MEC部署在企业中，并与公网在物理上隔离。在这种模式下，5G网络数据在5G无线基站上实现数据分流，归属于5G公网的数据流量直接传送到5G公网UPF，归属于5G专网的流量数据则直接流转到专网UPF。该部署模式的优势在于能保障企业数据的低时延和安全性。同时由于共享RAN，企业可节约维护成本和部署成本。

3.2.2 专网与公网之间RAN和核心网控制面共享

5G公网和专网共同使用同一套5G无线基站（gNB）设备，而且同时与5G公网共享控制面，如图2所示。

图2 专网与公网之间RAN和核心网控制面共享

所谓控制面共享，就是5G公网和5G专网的控制面功能（包括移动性管理、身份验证等）都是由5G公网中的5GCCP和UDM执行。在这种模式下，企业专网的gNB和UPF分别由N2和N4接口连接5G公网的5GCCP，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，数据的安全性和隐私保护方面可能会差一点[3]。但由于MEC和UPF部署于企业内部，因此仍然可以保障网络低时延。

3.2.3 公网和专网之间RAN和核心共享（端到端网络切片）

专网和公网共用同一套5G无线基站设备和UDM、5GCCP、UPF、MEC，包括控制面和用户面，5G专网与公网端到端共享，如图3所示。

图3 公网和专网之间RAN和核心共享（端到端网络切片）

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。

4 5G公网和专网融合部署的优势

5G物理专网需要企业独立自建一套5G无线基站及核心网网络，虽然可以保障企业数据的绝对安全，但存在用户规模过小、成本过高的问题，且后期运维成本也高，还得培养一批专业的运维人员，只适用于部分企业部署[4]。5G虚拟专网可以通过网络切片技术基于5G公网的物理网络资源使用网络切片技术隔离出多个端到端的逻辑子网，在不增加物理资源的情况下为客户提供端到端的网络隔离服务，在满足客户定制化需求的同时更具备低成本优势。通过5G专网和5G公网深度的融合，在5G行业专网研发过程中运营商与客户共同打磨、共同成长，从而实现网络范式、服务模式、研发方式3方面的创新[5]。在网络范式上按需组合部署，在服务模式上满足不同客户的个性化需求，在研发方式上采用联合研发模式与产业共同迭代研发。通过赋能垂直行业的应用运营及商业模式创新，实现5G专网产品化以及端到端的流程拉通。

5 结 论

加快发展5G网络并推进5G基站建设、技术发展、安全保障以及应用推广，充分发挥5G网络的带动作用和规模效应，推动经济平稳快速发展。5G不仅是网络技术的变革，也是运营商商业模式的变革，逐步从面向大众的上网、语音等服务拓展到面向企业的垂直行业领域。在面对垂直行业领域不同的业务需求时，需通过灵活构建不同的网络来应对，根据不同领域的特点选择不同的网络覆盖方案。通过5G公网和5G专网的融合部署，根据企业的个性化需求和商业模式合理地降低5G专网的运营成本和部署成本。