李立平　李振東　方琰崴

【摘? 要】5G所具備的海量連接、高可靠、低時延等技術特性，高度契合專網(wǎng)的需求，可實現(xiàn)視頻直播、海量物聯(lián)網(wǎng)設備接入、無人駕駛、遠程醫(yī)療、智能制造等典型行業(yè)或政企專網(wǎng)應用。針對5G應用于專網(wǎng)市場，從5G專網(wǎng)獨立建設必要性、3GPP 5G NPN（Non-Public Network）技術最新進展和5G核心網(wǎng)2B（To Business）網(wǎng)絡建設策略三個方面分析5G核心側(cè)在行業(yè)/專網(wǎng)方向的發(fā)展與演進。以期5G在專網(wǎng)領域發(fā)揮更大的價值，促進“5G+行業(yè)”跨界合作形成良性循環(huán)。

【關鍵詞】5G;專網(wǎng);2B;垂直應用;網(wǎng)絡切片

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.03.002? ? ? ? 中圖分類號：TN929.5

文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2020）03-0008-06

引用格式：李立平， 李振東， 方琰崴. 5G專網(wǎng)技術解決方案和建設策略[J]. 移動通信， 2020，44（3）： 8-13.

The Technical Solutions and Construction Strategies for 5G Private Networks

LI Liping， LI Zhendong， FANG Yanwei

（ZTE Corporation， Nanjing 210012， China）

[Abstract]?The technical characteristics of 5G， such as massive connections， high reliability and low latency， are highly suitable for the requirements of private networks. Hence the typical private network applications can be realized for industries， government and enterprises， such as live broadcast， massive IoT device access， unmanned driving， telemedicine and intelligent manufacturing. For the application of 5G in the private network market， this paper analyzes the development and evolution of the 5G core side in the industry/private network directions from the three aspects of the independent construction necessity of 5G private networks， the latest developments in 3GPP 5G NPN （Non-Public Network） standard technologies and 5G core network 2B （To Business） network construction strategies. It is expected that 5G will play a greater value in the private network field and promote cross-border cooperation in "5G + industry" to form a virtuous circle.

[Key words]5G; private network; 2B; vertical application; network slice

0? ?引言

與2G/3G/4G不同，5G除了能夠滿足個人通信外，還能夠滿足多樣化垂直行業(yè)的專網(wǎng)通信建設需要，為未來的工業(yè)化應用奠定基礎，通信業(yè)內(nèi)對于專網(wǎng)通信已經(jīng)開展了深入和廣泛的研究。

相對于運營商運營的公眾通信網(wǎng)絡，NPN專網(wǎng)（Non-Public Network）技術整體落后1到2代，目前主流專網(wǎng)仍然是相當于2G的技術，僅有部分領域例如政務網(wǎng)廣泛引入基于4G的專網(wǎng)。專網(wǎng)的寬帶化需求與4G技術相結(jié)合，最終導致基于3G的專網(wǎng)技術退服。PDT（PDT， Police Digital Trunking）+LTE的“2G+4G”組網(wǎng)模式，成為國內(nèi)專網(wǎng)主要客戶公安專網(wǎng)的主流。但不同于前幾代移動通信技術，5G所具備的海量連接、高可靠、低時延等技術特性，高度契合專網(wǎng)的需求，可實現(xiàn)視頻直播、海量物聯(lián)網(wǎng)設備接入、無人駕駛、遠程醫(yī)療、智能制造等典型行業(yè)或政企應用。業(yè)內(nèi)預期，5G的80%，將應用在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)市場[1]。5G的應用場景豐富多樣，如何發(fā)揮5G更大的價值，促進“ 5G+行業(yè)”跨界合作形成良性循環(huán)，最終促進整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展都是業(yè)內(nèi)重點關注的問題，需要在網(wǎng)絡建設的同時進行分析、試驗[2]。

針對5G應用于專網(wǎng)市場，本文將從5G專網(wǎng)獨立建設必要性，3GPP 5G NPN技術最新進展和5G核心網(wǎng)2B（To Business）網(wǎng)絡建設策略三個方面分析5G核心側(cè)在行業(yè)/專網(wǎng)方向的發(fā)展與演進。

1? ?5G行業(yè)專網(wǎng)獨立建設的必要性

5G技術本身可以提供2C（To Customer）或者2B（To Business）服務，隨著個人通信消費能力飽和（受限于人口紅利、需求等），2C市場增長放緩，2B企業(yè)用戶將取代2C個人消費者，成為5G應用的主角[3]。如果2C和2B網(wǎng)絡合一建設，則實際是公網(wǎng)而不是專網(wǎng)，因兩者服務對象、業(yè)務內(nèi)容等均有很多不同，合建會有很多不利之處，單獨建設5G 2B行業(yè)專網(wǎng)，則能為行業(yè)用戶提供差異化的服務，進一步拓展5G業(yè)務領域。

運營商在通信網(wǎng)絡建設方面有著豐富的經(jīng)驗和技術優(yōu)勢，可以滿足傳統(tǒng)業(yè)務及互聯(lián)網(wǎng)類用戶的基礎通信需求。如表1所示，行業(yè)或企業(yè)專網(wǎng)用戶主要集中在比大眾消費者對性能和安全要求比較高的行業(yè)[4]，例如工業(yè)生產(chǎn)、公共安全、交通運輸?shù)龋?C網(wǎng)絡不能滿足行業(yè)或企業(yè)專網(wǎng)用戶的多樣需求，尤其是在企業(yè)業(yè)務的靈活開通、按需服務等方面與2B網(wǎng)絡存在較大差距。

2B與2C業(yè)務對多個維度的差異性決定了2B網(wǎng)絡最好單獨建設，如圖1所示：

2B/2C網(wǎng)絡解耦分建，隔離了2B網(wǎng)絡的功能的快速迭代對2C網(wǎng)絡的影響，同時也簡化網(wǎng)絡規(guī)劃，維護界面清晰，故障定位迅速。當然，分建對無線有要求，需要無線側(cè)同時對接2B和2C兩張核心網(wǎng)[5]。5G 2B網(wǎng)絡技術實現(xiàn)規(guī)范化和標準化在3GPP中對應于NPN網(wǎng)絡解決方案。

2? ?3GPP NPN解決方案架構(gòu)

NPN，即非公共網(wǎng)絡，是區(qū)別于電信運營商公網(wǎng)，為特定用戶/組織提供服務的網(wǎng)絡，在3GPP協(xié)議TS23.501的定義中，非公共網(wǎng)絡有以下兩種類型：

（1）獨立組網(wǎng)的NPN網(wǎng)絡SNPN（Stand-alone NPN，獨立專網(wǎng)），該網(wǎng)絡不依賴于公網(wǎng)（PLMN網(wǎng)絡），由SNPN運營商運營（非運營商的網(wǎng)絡，例如政府專網(wǎng)、企業(yè)專網(wǎng)）。

（2）非獨立組網(wǎng)的NPN網(wǎng)絡PNI-NPN（Public network integrated NPN，集成于公網(wǎng)的專網(wǎng)），該網(wǎng)絡依賴于公網(wǎng)（比如5G網(wǎng)絡），由傳統(tǒng)運營商運營[6]。

對于PNI-NPN，如果只使用 R15中定義的網(wǎng)絡切片[7]，則無法進行訪問控制，需要啟用CAG（Closed Access Group，受限訪問組）去阻止未授權(quán)終端接入[8]。

不論是SNPN還是PNI-NPN，NPN都可以實現(xiàn)端到端的資源隔離，為垂直行業(yè)或特定群體用戶提供專屬接入，限制非授權(quán)終端接入專屬基站或頻段，保障客戶通信資源獨享，所以NPN可以和行業(yè)應用比如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進行很好的融合，并且可以為局域網(wǎng)（LAN，Local Area Network）業(yè)務提供支持，滿足一些企業(yè)、學校等園區(qū)對于可靠且穩(wěn)定的私有網(wǎng)絡需求。

2.1? SNPN技術解決方案

（1）SNPN解決方案架構(gòu)

SNPN是基于5G獨立建設的專網(wǎng)，所以還是采用5G基本架構(gòu)，但因SNPN網(wǎng)絡不依賴PLMN公網(wǎng)，SNPN 5G核心網(wǎng)和PLMN公網(wǎng)的5G和核心網(wǎng)之間不能進行互操作，為了保證SNPN UE能夠從SNPN接入PLMN，或者UE從PLMN 5G公網(wǎng)接入SNPN，SNPN重用了“Untrusted non-3GPP access”架構(gòu)來保證專網(wǎng)UE可以通過SNPN的用戶面訪問PLMN 5G的業(yè)務，或者通過PLMN 5G的用戶面訪問SNPN的業(yè)務[9]，如圖2和圖3所示。

UE（User Equipment，用戶終端）從NPN側(cè)接入后直接在UE和NPN CN之間建立NPN PDU Sessions。UE上配置了公網(wǎng)N3IWF地址/域名，UE通過NPN PDU Sessions和公網(wǎng)N3IWF建立安全連接，UE在該連接內(nèi)，向公網(wǎng)CN請求建立公網(wǎng)PDU session。UE和公網(wǎng)CN之間的PDN session的NAS信令和用戶數(shù)據(jù)，都是封裝在UE和通過NPN PDU Sessions和公網(wǎng)N3IWF建立安全連接。

UE從5G公網(wǎng)接入SNPN，訪問SNPN業(yè)務的架構(gòu)，和上面類似。UE接入公網(wǎng)后需要建立公網(wǎng)PDU session。UE上配置了SNPN N3IWF地址/域名，UE通過公網(wǎng)PDU Sessions和SNPN N3IWF建立安全連接。UE在該連接內(nèi)，向SNPN CN請求建立NPN PDU session。UE和NPN CN之間的NPN PDN session的NAS信令和用戶數(shù)據(jù)，都是封裝在UE和通過公網(wǎng) PDU Sessions和SNPN N3IWF建立安全連接中。

在有無線覆蓋的前提下，選擇哪種接入方式，取決于UE實現(xiàn)或配置。事實上，如果UE是dual radio的，這兩種方式都可以采用。

（2）NPN方案關鍵技術

1）定義SNPN網(wǎng)絡標識

在3GPP R16中，協(xié)議定義了PLMN ID+NID（Net-work Identifier）作為SNPN網(wǎng)絡標識，這里的PLMN是5G網(wǎng)絡，用于SNPN的PLMN ID不需要是唯一的，保留給專用網(wǎng)絡使用的PLMN ID可以是通用值，比如（MCC）999。NID有2種分配模式：一種是自分配（Self-assignment），SNPN自己分配NID，但是有全球不唯一的風險;第二種方式是協(xié)同分配（Coordinated assignment），協(xié)同分配又包含兩種選項，NID全球唯一，或者PLMN ID + NID全球唯一[10]。

2）SNPN網(wǎng)絡標識的配置，廣播及網(wǎng)絡選擇

一個簽約了SNPN服務的UE需要支持SNPN Access

Mode，配置為SNPN Access Mode的UE只能通過SNPN接入網(wǎng)絡，而未配置為SNPN Access Mode的UE則可以執(zhí)行PLMN公網(wǎng)比如5G網(wǎng)絡選擇流程。其中SNPN Access Mode的配置方式（激活、去激活等）是由UE來實現(xiàn)的。UE配置相應的一個或多個由PLMN ID+NID組合標識的SNPN的簽約者標識符SUPI（Subscriber Identifier）和憑證，同時此簽約需要對應存儲在網(wǎng)絡簽約中。

在初始接入和小區(qū)重選過程中，NG-RAN通過SIB（System Information Block）消息為UE廣播小區(qū)駐留、重傳、鏈路建立等所需的若干參數(shù)，對SNPN網(wǎng)絡還需要廣播自身支持的所有的PLMN ID和每個PLMN ID相關聯(lián)的NID列表，配置了SNPN Access Mode的UE可以根據(jù)自己的配置PLMN ID+NID信息選擇可接入的SNPN小區(qū)，核心網(wǎng)根據(jù)UE的簽約信息對UE的身份進行鑒權(quán)。

4? ?結(jié)束語

通過對公專網(wǎng)2C、2B多方面的比較，5G 2B行業(yè)專網(wǎng)很有必要區(qū)分2C公網(wǎng)進行獨立建設，以支撐需求豐富的5G行業(yè)應用場景。5G 2B行業(yè)專網(wǎng)已經(jīng)基本具備提供SNPN或PNI-NPN兩種專網(wǎng)建設方案的能力。

5G 2B行業(yè)專網(wǎng)切片B2B模式比垂直行業(yè)/企業(yè)專網(wǎng)更具有技術優(yōu)勢，并且切片的一網(wǎng)多用共享特性使得切片的成本更優(yōu)，5G 2B行業(yè)專網(wǎng)將逐步融合傳統(tǒng)專網(wǎng)，基于切片形成5G 2B行業(yè)專網(wǎng)與傳統(tǒng)專網(wǎng)的互補，充分結(jié)合雙方的優(yōu)勢，共同為行業(yè)用戶提供特定的高可靠和高安全性的定制化服務。

參考文獻：

[1]? ? ? 鄔賀銓. 5G時代將是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，大批“獨角獸”企業(yè)將崛起[J]. 智能城市， 2017（5）： 22-24.

[2]? ? ?李立平，張文超，趙文賢. 5G業(yè)務解決方案及發(fā)展展望[C]//廣東通信青年論壇優(yōu)秀論文專刊. 廣州： 移動通信， 2019： 15-26.

[3]? ? 中信建投. 5G應用之全球趨勢前瞻：應用與流量齊飛[R]. 2019.

[4]? ? ?楊紅梅，趙勇. 5G安全風險分析及標準進展[J]. 中興通訊技術， 2019（4）： 2-5.

[5]? ? 3GPP. 3GPP TS38.300： Technical Specification Group Radio Access Network; NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2， （Release 15）[S]. 2019.

[6]? ? ?3GPP.? 3GPP TS23.501： 5G; System Architecture for the 5G System， （16.3.0）[S]. 2019.

[7]? ? 3GPP. 3GPP TS38.300： Technical Specification Group Radio Access Network; NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2， （Release 15）[S]. 2019.

[8]? ? 3GPP. 3GPP TS29.503： 5G; 5G System; Unified Data Management Services; Stage 3 （Release 15）[S]. 2019.

[9]? ? 3GPP. 3GPP TS29.275： Technical Specification Group Core Network and Terminals; Proxy Mobile IPv6 （PMIPv6） based Mobility and Tunneling protocols; Stage 3 （Release 15）[S]. 2018.

[10]? ?3GPP. 3GPP TS23.112： NAS Functions related to MS in Idle mode， （Release 10）[S]. 2016.

[11]? ? 李立平，王衛(wèi)斌，方琰崴. 面向業(yè)務體驗的5G核心網(wǎng)演進分析及建設方案[C]//5G網(wǎng)絡創(chuàng)新研討會（2019）論文集. 廣州： 移動通信， 2019： 294-301.

[12]? ?魏垚，謝沛榮. 網(wǎng)絡切片標準分析與進展現(xiàn)狀[J]. 移動通信， 2019，43（4）： 25-30.

[13]? 方琰崴. 5G核心網(wǎng)安全解決方案[J]. 移動通信， 2019，43（10）： 19-25.

[14]? ?中興通訊. 首個5G網(wǎng)絡切片商城[J]. 智能城市， 2019（21）： 18.

[15]? ?陳淑平，劉海舟，常培. 互聯(lián)網(wǎng)+時代構(gòu)建面向業(yè)務創(chuàng)新的能力開放生態(tài)體系研究[J]. 郵電設計技術， 2019（1）： 58-62. ★

作者簡介

李立平（orcid.org/0000-0002-9236-5466）：工程師，碩士畢業(yè)于南京航空航天大學信息學院計算機應用與技術專業(yè)，現(xiàn)任中興通訊股份有限公司電信云與核心網(wǎng)產(chǎn)品線產(chǎn)品規(guī)劃總監(jiān)，發(fā)表論文及媒體專訪十多篇，獲專利十多項，研究方向為電信云及核心網(wǎng)組網(wǎng)方案和關鍵技術。

李振東：工程師，博士畢業(yè)于南京大學計算機系計算機軟件與理論專業(yè)，現(xiàn)任中興通訊股份有限公司無線經(jīng)營部標準團隊高級標準預研工程師，獲專利三十多項，向3GPP國際標準提交提案超過200篇，研究方向為3GPP 5G標準制定。

方琰崴：高級工程師，碩士畢業(yè)于南京航空航天大學信息學院數(shù)字通信專業(yè)，現(xiàn)任中興通訊股份有限公司電信云與核心網(wǎng)產(chǎn)品線產(chǎn)品規(guī)劃總工、產(chǎn)品市場總監(jiān)，發(fā)表論文四十余篇，獲多項專利，研究方向為電信云與核心網(wǎng)的組網(wǎng)和關鍵技術。