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姓名：韩保锋、学历：本科、 研究方向：核心网的技术演进和性能提升、网络架构和承载网及安全性和隐私保护方向

摘要： 5G网络有三大特点：高带宽、低延迟、多接入，但很多时候，企业并不是同时需要这些业务特性。另外，有的企业希望可以获得对5G网络的所有控制权、高度的可靠性、安全性、隐私性等，公网无法完全满足这些特定需求。

5G专网提供了企业定制化网络的自由度，可以根据使用场所、工作类型提供不同的配置，在隐私和安全方面都有明显的优势。本文主要从无线网、承载网、核心网多个方面分析5G专网组网方案及部署策略。

关键词：5G专网、行业融合、组网方案

Absrtact： The 5G network has three major characteristics： high bandwidth， low latency， and multiple access， but many times， enterprises do not need these business features at the same time. In addition， some companies hope to gain full control over 5G networks， high reliability， security， privacy， etc.， which cannot be fully met by the public network.

5G private networks provide enterprises with the freedom to customize their networks， offering different configurations based on usage locations and work types， with significant advantages in terms of privacy and security. This article mainly analyzes the 5G private network networking scheme and deployment strategy from multiple aspects such as wireless network， bearer network， and core network.

Keywords： 5G private network， industry integration， networking solutions

引言：随着5G的普及，如何提升5G网络价值成为行业亟须解决的问题。行业内普遍认为5G发展中2B业务是5G改变生活的重点。在推动5G与各类行业融合的过程中，5G专网成为融合的关键基础。基于5G专网，我国信息通信融合应用加速向工业、医疗、教育、交通、电力等领域拓展深化。5G专网是指采用3GPP 5G标准构建的企业或行业无线专网，在特定区域实现网络信号的覆盖，为特定用户在组织、生产、指挥、管理、调度等环节提供通信服务的专业网络。与5G专网对应的是5G公网，而两者的区别主要在于公网为社会大众服务，专网为特定对象服务。本文主要从无线网、承载网、核心网多个方面分析5G专网组网方案及部署策略。

1、我国5G专网发展背景及面临挑战

自2019年我国发放5G牌照以来，国家多次出台政策支持5G专网建设。例如，《5G应用“扬帆”行动计划（2021—2023年）》明确要求，支持各地结合区域需求，建设5G行业虚拟专网，探索建网新模式。

《“十四五”信息通信行业发展规划》也明确要求，面向行业应用需求，推动5G行业虚拟专网建设模式、运营服务、技术方案创新与成熟，促进5G行业虚拟专网规模化发展，提出全国5G虚拟专网数量要从2020年年底的800个增长到2025年年底的5000个，年均增速44%。

自2020年以来，国内5G专网持续产生收益。中商产业研究院统计的数据显示，2020年我国5G专网市场的总收益达23亿元。2021年，5G专网市场占我国物联网市场约0.2%的比重，总收益达60亿元。随着各行业数字化转型速度的加快，我国5G专网市场的总收益预计于2026年达到2361亿元，2021—2026年的复合年增长率为108.2%。

随着5G专网标杆建设，5G专网在不同行业已展现其价值。但5G专网发展依然面临诸多挑战。

首先，企业对数字化转型内需不足，更多企业更关注传统信息化项目，对5G专网的需求度不高。

其次，5G专网技术、行业标准仍处于探索阶段。5G专网技术的可靠性、安全性仍需大规模的商业落地验证。因此，对网络安全性、可靠性要求高的企业，不愿轻易用5G专网替换现有的网络专线。

最后，目前只有行业头部企业选择用5G专网打造数字化底座，中小企业受资金、技术、人才等的限制，对5G专网仍持观望态度。5G专网走向普及仍道阻且长。

2、5G专用网络要求

高可用性：意味着用户可以始终使用该网络服务，可以确保最大的可用性。

可靠性：是指在预定持续时间内高可靠地传输一定数量业务的能力，需要足够的网络覆盖范围和容量，以及强大的业务切换功能。

互通：与公网互通是一项重要功能，例如医疗救护车等关键服务从一个网络迁移到另一个网络（例如从专网到公网）时需要服务连续性，这就要求网络之间需要一定程度的集成。

服务：质量QoS包括吞吐量、延迟、抖动、丢包率等，在专用频谱上运行专用网络可以得到更好地控制。此外，可以针对专用网络部署中的特定需求量身定制不同服务的系统性能和资源使用。

安全性：专用网络有望提供全面的端到端安全性，以确保信息、基础架构和人员免受威胁。专用网络可以利用网络隔离、数据保护和设备/用户身份验证来保护关键资产，企业还可以控制保留数据主权，以确保敏感信息保留在本地。

3、5G专用网络关键技术

5G专网技术是5G通信技术在特定领域或企业内部的一种高级应用，它结合了5G技术的先进特性和企业或机构的特定需求，提供了一种高度定制化的网络服务。下面详细介绍5G专网技术的关键方面：

3.1 技术特性

网络切片

· 概念：网络切片允许在同一物理网络基础设施上创建多个逻辑网络，每个网络（或切片）可以被优化和定制，以满足不同的服务质量和业务需求。

· 应用：例如，一个5G专网可以包含一个为实时视频监控优化的切片，另一个为机器对机器（M2M）通信设计的切片，以及第三个为员工移动设备服务的切片。

边缘计算

· 定义：边缘计算是在数据产生的源头附近处理数据，减少数据传输到云端的延迟和带宽需求。

· 作用：5G专网中的边缘计算可以提供超低延迟服务，对于需要即时响应的应用如自动驾驶汽车、远程手术等至关重要。

多接入边缘计算（MEC）

· 功能：将计算能力和存储资源部署在网络边缘，更接近用户和设备，减少延迟，提高效率。

3.2 架构与部署

独立组网（SA）

· 描述：SA架构是建立在全新5G核心网基础上的专网，无需依赖4G网络，能充分发挥5G的潜力。

· 优势：提供更好的延迟性能，更高的网络效率，支持更广泛的5G特性。

非独立组网（NSA）

· 定义：NSA架构利用现有的4G LTE网络作为控制平面，而5G NR仅用于用户平面，以增加带宽。

· 适用场景：适用于初期部署，当5G覆盖不足或为了快速推出5G服务时。

3.3 频谱资源

· 授权频谱：指政府授权给特定用户或企业的频谱，用于构建专网，提供更稳定和安全的服务。

· 非授权频段：无需授权即可使用的频谱，如Wi-Fi频段，适合低功耗、广覆盖的物联网应用。

3.4 安全与隐私

· 加密：采用先进的加密算法保护数据传输，防止窃听和数据泄露。

· 隔离：通过网络切片和其他技术手段实现不同服务之间的隔离，提高安全性。

· 访问控制：严格的访问控制策略，确保只有授权设备和用户可以接入网络。

3.5 应用场景

· 工业自动化：在工厂车间实现设备间高速、低延迟的无线通信。

· 智能城市：支持交通管理、环境监测、公共服务等多种智慧应用。

· 远程医疗：提供稳定的高清视频会议，以及远程手术和监测设备的连接。

· 应急通信：在自然灾害或紧急情况下提供可靠的通信链路。

5G专网技术的出现，标志着5G技术从通用服务向垂直行业深度渗透的开始，为企业和机构带来了前所未有的网络灵活性和控制力，极大地推动了数字化转型的进程。

4、5G专网组网方案

5G专网组网方案主要有三种基本类型，每种方案针对不同的企业需求和应用场景，提供不同层次的定制化服务。以下是这三种组网方式的概览：

4.1. 虚拟专网 （Virtual Private Network over 5G， vPN-over-5G）：

· 特点： 利用5G网络切片技术，在运营商的公共网络基础设施上为行业用户创建逻辑上隔离的网络环境。这种方式通过切分无线接入网（RAN）、承载网和核心网的功能，形成一个看似独立的网络，但实际上是在共用资源的基础上实现的。

· 优势： 部署快速、成本较低，灵活性高，适用于对安全性要求不是极端严格的场景，如智慧城市、智慧景区、新媒体等。

· 劣势： 安全性和隔离程度相比独立专网较低，可能受到公网性能波动的影响。

· 4.2独立专网 （Standalone Private Network， SPN）：

· 特点： 完全独立于运营商公网的5G网络部署，包含专属的无线接入网、传输网和核心网。这种模式下，企业拥有从基站到核心网的完全控制权，实现物理上的隔离。

· 优势： 提供最高级别的安全性、带宽保障、低时延和网络可靠性，适合于对数据安全、时延敏感度极高的行业，如矿井、核电站、军事基地等。

· 劣势： 部署成本高、周期长，运维复杂，需要企业自行承担或合作运营维护。

· 4.3混合专网 （Hybrid Private Network）：

· 特点： 结合了虚拟专网和独立专网的特点，部分网络功能采用运营商的设备和服务，而关键部分（如核心网数据面UPF）则由企业私有化部署，实现一定程度上的物理隔离和数据安全。

· 优势： 在成本、部署速度、安全性和灵活性之间取得了平衡，例如，企业可以保留用户面的控制以确保数据不出园区，同时共享控制面降低建设和运维成本。

· 劣势： 相较于虚拟专网，其部署和管理复杂度有所提升，但相比独立专网，成本和时间投入要少。

每种组网方案的选择应基于企业的具体需求、预算、安全要求以及应用场景的特殊性。例如，对于对安全性有极高要求但又希望控制成本的用户，混合专网可能是一个理想的解决方案。而对于那些对数据隔离和安全有绝对要求且不计成本的行业，独立专网则是最佳选择。

5、5G专网部署策略及面临挑战

5.1 5G专网部署策略

1）企业自建5G专网（本地5G频段、完全私有、不共享）

第一种部署方案就是企业基于专网频段，部署全套5G网络（gNB，UPF，5GC CP，UDM，MEC）。这里使用的频谱是私有5G频谱，而不是运营商的授权频谱。企业自建的5G专网隐私与安全性高、具有超低延迟、独立可控性。

但自建专网部署成本高，普通企业特别是小型企业无法承担购买和部署全套5G网络的费用，另外后期还需要一些专业的运维人员来维护网络。

2）运营商帮助企业构建5G专网（基于运营商的5G频段，完全私有，不共享）

这种专用5G网络架构与第一种方案部署方式相似，唯一的区别是，使用的是运营商许可的5G频段来构建和运行5G专网。

3）公网和专网之间RAN共享

专网和公网之间仅共享5G基站（gNB）（RAN共享），而UPF、5GC CP、UDM和MEC部署在企业中，并于公网在物理上隔离。

属于专网的数据流量被传送到企业中的专网UPF，属于公网的数据流量交付给运营商边缘云的UPF。换句话说，内部设备控制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运营商的网络。

4）公网和专网之间RAN和控制平面共享

专网和公网之间共享5G基站（gNB）和5GC CP、UDM（RAN和控制平面共享），专用的UPF、MEC内置于企业中，企业专网的gNB和UPF通过N2、N4接口连接到运营商的网络并由其管理。这种部署方案相较于前几种，企业专网的设备信息存储在运营商的服务器中，而不是企业内部，因此在私密性方面会稍弱。

5）公网和专网之间RAN和核心共享（端到端网络切片）

专网与公网共享UDM、5GC CP、UPF、MEC和5G基站，也就是端到端网络切片，用户信息和数据流量的安全性取决于网络切片能力，但与前几种方案相比，这种架构的成本最低。

6）N3 LBO（Local Breakout，本地疏导）：韩国SK Telecom的案例

企业引入了MEC数据平面和MEC应用，运营商的移动边缘平台（MEP）通过Mp2接口将流量规则发送到MEC DP。MEC DP查看来自gNB的所有GTP隧道的数据包的目标IP地址（GTP Decap），并将用户IP包路由到内部专用网络。

与方案3和方案4不同的是，通过添加低成本的MEC DP（实际上是SDN/P4交换机），可以大大降低构建专用5G网络的成本，而无需购入昂贵的UPF设备。

7）F1 LBO（Local Breakout）：韩国KT案例

与方案6相同，区别在于仅部署了企业中的RU/DU，并且CU放置在移动网络的边缘云中，专用网络流量是从F1接口本地断开，而不是从N3接口。

最后，上述5G专网架构各有优缺点，没有一种架构能够适合所有情况，企业应该根据自身要求以及实施/运营预算来选择最适合自己的架构。

5.2 面临的挑战

1）频谱问题

建立专网不是一件容易的事，目前网络切片仍处于发展阶段，其他几种5G专网部署方式面临的关键问题还是频谱的获取。频谱资源是有限的，并非随需随得，在大多数国家，频谱被视为一种自然资源，其使用受到国家主管部门的控制，国家主管部门根据国家的需求分配资源。

在专用频谱难以获取的情况下，共享频谱和非授权频谱也不失为建立私网的好方法，越来越多的运营商也开始投资非授权和共享频谱资源。共享频谱是一种“轻授权”的频谱使用方式，某些国家监管机构会出台一些共享使用的频谱使用制度，行业用户可以采用共享频谱部署其专有网络。非授权频谱是一个公共资源，企业机构都可以公平接入，因此需要更精细的频谱规划技术，来减少互相之间的干扰。

2）国家政策

专网想要大规模地部署，除了频谱技术的不断发展外，还需要国家的支持。目前一些国家正在思考开放更多的频谱资源，提供政策保障，让5G专网能够快速发展。

6、结论

随着垂直行业需求的细分，提供更加个性化、定制化的5G专网解决方案将成为常态。虽然5G技术持续进步，但网络切片、边缘计算等高级功能的成熟应用仍需时日。综上所述，5G专网的组网方案和部署策略需综合考虑技术、经济、法律等多方面因素，而未来发展的趋势和面临的挑战，则要求业界持续创新，加强合作，以克服技术难题，促进5G专网健康、可持续地发展。

参考文献：

[1]齐佩钧.5G专网技术应用与方案设计[J].电子技术与软件工程，2021（17）：19-20.

[2]张学智，赵婧博，赵慧杰.5G行业无线专网技术与业务需求模型[J].电信科学，2021，37（08）：96-104.

[3]胡世良.我国5G专网发展的现状分析[J].通信世界，2021（13）：20-22.