5G专网建设介绍

概述

5G 专网网络可以通过两种方式实现。一是部署独立于移动运营商的公共 5G 网络。 二是通过共享移动运营商的公共 5G 网络资源来构建私有 5G 网络。

1）企业建立的独立的 5G 专网（行业 5G 频率，完全私有，不共享）

2）移动运营商建立的独立的 5G 专网（许可频率，完全私有，不共享）

3）私有网络和公共网络之间的 RAN 共享

4）专用和公用网络之间的 RAN 和控制平面共享

5）专用和公用网络之间的 RAN 和核心共享（端对端网络切片）

6）N3 LBO

7）F1 LBO

企业建立的独立的 5G 专网（本地 5G 频率，完全私有，不共享）

企业在园区/工厂/办公场所部署全套 5G（gNB，UPF，5GC CP，UDM，MEC）。5G 频率是本地 5G 频率，而不是移动运营商的许可频率。

在这种情况下，企业通常会建立自己的私有 5G 网络，但是根据各国政府的政策，包括移动网络运营商在内的第三方可能会为企业建立私有 5G 网络。

企业可以使用本地 5G 频率构建自己的 5G 专网，从而摆脱传统的有线网络烦恼。此外，5G 技术的超低延迟和超连接功能可创建新的企业应用程序或优化现有应用程序。

由于企业内部有独立的 5G 网络全套设备，

1）隐私和安全性：专用网络与公用网络物理上分离，提供完整的数据安全性（从专用网络设备生成的数据流量，专用网络设备的订阅信息和操作信息，仅在企业内部存储和管理。内部数据企业内部没有泄漏到外部）

2）超低延迟：由于设备和应用程序服务器之间的网络延迟在几毫秒内，因此可以实现 URLLC 应用程序服务。

3）建筑物无光纤：无需进行回程以保持本地服务正常运行。5G 服务可以立即提供给没有光回程链路的企业，例如农村地区的工厂。

4）即使发生移动运营商的 5G 网络故障：即使移动运营商的设施烧毁，该公司的 5G 专用网络也可以正常工作。

缺点是

1）部署成本：普通企业要自费购买和部署全套 5G 网络并不容易。特别是对于小型企业。

2）运营人员：现有的私有网络运营团队没有专门知识来构建和运营 5G 网络。企业需要有合适的工程师。

由移动运营商构建的独立 5G 专网（获得许可的 5G 频率，完全私有，无共享）

5G 专网网络架构与 1）相同。与 1）的唯一区别是，移动运营商使用自己的许可 5G 频率在企业中构建和运营 5G 专网。

专用网络和公共网络之间的 RAN 共享

UPF，5GC CP，UDM 和 MEC 部署在企业中，并与公共网络物理隔离。私有和公共网络之间仅共享企业内部的 5G 基站（gNB）（RAN 共享）。

属于私有切片（专用网络）的设备的数据流量（■）被传递到企业中的私有 UPF，属于公共切片（公共网络）的设备的数据流量（■）被传递到企业中的 UPF。

移动运营商的边缘云，诸如内部设备控制数据，内部视频数据等之类的专用网络流量仅保留在企业中，而诸如语音和 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。

尽管基站不是在物理上而是在逻辑上分开的，但是几乎很难在 RAN 级别上收集专用网络中的数据信息，因此企业中专用网络数据流量的安全性也得到了确认。

专用和专用 5GC CP 和 UDM 内置在企业中，因此企业中专用网络设备的订阅信息和操作信息可以在内部存储和管理，以免泄漏到企业外部。

UPF 和 MEC 位于企业中，可在设备-gNB-UPF-MEC 之间提供超低延迟的通信，使其非常适合使用 URLLC 应用程序的公司，例如自动驾驶和实时机器人/无人机控制。

专用网络和公共网络之间的 RAN 和控制平面共享

私有和专用 UPF，MEC 内置于企业中。企业和 5GC CP 中的 5G 基站（gNB），移动运营商边缘云中的 UDM 在私有和公共网络之间共享（RAN 和控制平面共享）。gNB，5GC CP 和 UDM 在逻辑上在专用网络和公用网络之间是分开的，而 UPF 和 MEC 在物理上是分开的。

属于私有切片（专用网络）的设备的数据流量（■）被传递到企业中的私有 UPF，属于公共切片（公共网络）的设备的数据流量（■）被传递到 UPF。诸如内部设备控制数据，内部视频数据等之类的专用网络流量仅保留在企业中，而诸如语音和 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。像 3）RAN 共享一样，企业内部数据流量的安全性也很明确。

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。

也就是说，企业中的专用网络设备，gNB 和 UPF 与移动运营商的网络互通并由其管理（通过 N2，N4 接口）。对于专用网络设备的操作信息和订阅信息存储在移动运营商的服务器中而不是内部存储，可能是一个问题。

由于 UPF 和 MEC 位于企业中，因此它提供了设备-gNB-UPF-MEC 之间的超低延迟通信，并且适合使用 URLLC 应用程序的公司，例如自动驾驶和实时机器人/无人机控制。

专用网络和公共网络之间的 RAN 和核心共享（端到端网络切片）

当仅在企业内部部署 gNB 且 UPF 和 MEC 仅存在于移动运营商的边缘云中时，就是这种情况。专用网络和公用网络共享“逻辑上分开的 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 3、4 不同，在这种情况下，企业中只有 gNB。因此，私有 5G 设备与 PC 或本地 Intranet 服务器之类的 Intranet（LAN）设备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，然后再返回到运营商边缘云中。企业通过专线与局域网设备进行通信。

另外，为企业中的 5G 设备提供 5G 应用服务的 MEC 位于远离设备的移动运营商边缘云中。在这种体系结构中，取决于企业（5G 设备）与运营商边缘云（UPF，MEC）之间的距离，网络延迟（RTT）可能是一个主要问题。

与需要在企业内部部署 UPF 和/或 5GC CP 的情况 2、3 和 4 相比，此架构为移动运营商建立专用 5G 网络的成本最低。

但是，企业在安全性（从专用网络终端生成的数据流量，专用网络设备的订阅信息和操作信息）和网络延迟（专用 5G 设备与 MEC 应用服务器之间以及专用 5G 设备与 Intranet /局域网设备）。

N3 LBO：韩国 SK Telecom 的案例

如上面的（a）所示，与情况 5 一样，在企业中部署了 gNB。当连接了 CCTV 摄像机或智能手机的设备时，将在 gNB 和 UPF 之间创建 N3 GTP 隧道。这些设备都是公共网络设备。

如以上（b）所示，企业引入了 MEC 数据平面（非 3GPP 设备，ETSI MEC）和 MEC 应用程序（MEC 应用程序）。移动运营商的协调器中的移动边缘平台（MEP）通过 Mp2 接口将流量规则发送到 MEC DP（如果目标 IP 地址是本地网络-专用 5G 设备，本地有线 LAN 设备，本地 MEC 应用程序服务器-然后是本地爆发！）。

MEC DP 查看属于所有从 gNB 发出的所有 GTP 隧道的数据包的目标 IP 地址（GTP Decap），如果用户 IP 数据包是本地流量，则将其路由到内部专用网络。

尽管此方法不是 3GPP 的标准方法，但可以将专用网络流量与公共流量分开。

与情况 5 相比，专用网络流量不会传输到移动运营商的网络，因此专用网络数据流量的安全性也与情况 3 和 4 一样清晰。

与第 3 种情况和第 4 种情况不同，通过添加低成本的 MEC DP（实际上是 SDN / P4 交换机）而无需带来昂贵的费用，可大大降低构建专用 5G 网络的成本（UPF 是 5G 标准设备中最昂贵的设备） UPF 进入企业。

此外，由于 MEC 还存在于企业中并处理 MEC DP 突围的流量，因此它将能够提供超低延迟的应用程序服务。

但是，由于 MEC DP 不是 3GPP UPF，因此 MEC DP 无法为专用网络设备执行移动性管理和计费功能。

与情况 4 和 5 一样，对于企业来说，将操作和订阅信息存储在移动运营商的网络上而不是公司的专用网络上是令人不安的。

F1 LBO：韩国 KT 案

与情况 6 相同，但不同之处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，并且专用网络流量是从 F1 接口而不是从 F1 接口本地发出的 N3 接口。

最后

在任何领域的每种选择情况下，总会有多种想法。 我们希望首先拥有最漂亮，最令人垂涎的选项。但是在选择的最后阶段选择哪个选项是“我需要什么？” 和“我有多少钱？”

类似地，上述 5G 专网的架构各有优缺点，并且一种架构并非在所有情况下都是最佳的。每个企业都可以根据自己的要求和拥有的实施/运营预算来选择针对其优化的体系结构。

三大运营商专网方式

中国移动

中国电信

中国联通

5G专网，剖析三大运营商的战略布局

根据3GPP标准定义，5G专网分为独立部署模式(SNPN)和公网集成模式(PNI-NPN)，其中公网集成模式又根据与公网共享程度不同分为“与公网部分共享(共享RAN或共享RAN及核心网控制面)”与“与公网端到端共享”。

2021年7月24日，由江苏省未来网络创新研究院主办、SDNLAB承办的2021中国5G网络创新论坛上，多位嘉宾提到5G专网的发展与应用。SDNLAB对此进行了整理，以飨读者。

会上，中国电信研究院行业应用研究所赵婧博表示，随着数字化转型的深入，垂直行业面临着IT架构变化、云网融合、云边协同、OT/IT/CT融合等挑战，传统专网方式在覆盖能力、传输能力、连接能力、可靠性、安全性、商业模式创新等方面无法很好满足行业客户的业务需求。

传统专网模式下，企业从生产、管理、物流到办公需要部署多张独立专网，运营成本高，建设周期长，另外由于各种制式的网络来自不同供应商、不同时期，导致后台无法连通、频段存在干扰。

5G专网高度契合数字化转型需求，是OT+IT+CT的全面融合与提升，也将是5G垂直行业应用的第一爆点。

根据3GPP标准定义，5G专网分为独立部署模式(SNPN)和公网集成模式(PNI-NPN)，其中公网集成模式又根据与公网共享程度不同分为“与公网部分共享(共享RAN或共享RAN及核心网控制面)”与“与公网端到端共享”。

独立部署模式是国家提供专用的5G频段，用于行业用户自建5G专网。公网集成模式是依靠运营商，利用边缘计算、网络切片等技术为企业建设/租赁专网。

网络切片还是专用频谱

分配到专用的5G频谱资源，企业想要独立建网还要拥有基站、核心网等整套网络资产，在建网过程中投资的成本很高，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。

企业自建5G专网

但通过此方式建立的专网隔离好、时延低、安全性高，网络环境更加自主可控，可以不依赖于运营商提供自己所需的服务。

网络切片是利用虚拟化技术，将5G的核心网、无线网分割成多个部分，分别支撑不同业务，保证各个切片网络之间互相隔离，从而保证专网的时延和可靠性。

企业可以根据自身业务需求，向运营商定制网络切片服务，无需自建网络基础设施，节省了建设网络的成本，后期运维成本也较低。同时可以定制不同的网络切片，在不同程度上共享专网，不需要分配单独的频谱资源。但利用切片技术其实是属于虚拟专网，尽管在不通切片上，但物理网络、供电、传输系统等还是同一个，在安全性及隔离性上没有自建专网高。

那么5G专网究竟是分配专用频谱还是采用切片技术好比较好?

自建专网对企业实力有着一定的硬性要求，且专用频谱难以获取。公安、军队等对安全性要求高的行业会选择自建专网模式，而传统的一些企业对这方面要求没那么严苛，会选择利用切片技术的公网集成模式。

赵婧博表示，5G专网不光对于行业是一个机会，对于运营商来说同样也是重要的转型契机。针对不同行业的用户，需要结合具体的业务场景和业务需求，打造满足不同行业需求的5G专网，从而让5G最大化的使能千行百业。

三大运营商的5G专网

三大运营商的5G专网业务根据不同客户的需求，采取不同的服务模式。

中国移动5G专网包括优享模式、专享模式、尊享模式;中国电信推出5G专网致远模式、比邻模式、如翼模式;中国联通推出5G虚拟专网、5G混合专网、5G独立专网产品。

中国移动

中国移动通信研究院姜怡在会上介绍了中国移动基于“优享、专享、尊享”的5G专网产品体系。

优享模式

通过QoS、网络切片技术等技术手段实现业务优先保障和业务隔离，满足网络速率、时延、可靠性优先保障的需求，达到业务逻辑隔离、按需灵活配置的效果。该种模式面向大部分广域业务和部分局域业务，如工业园区视频监控、人员及物品跟踪、数据采集类业务等。

专享模式

在公共网络基础上提供定制化无线网络(如无线网络增强覆盖)，通过边缘计算技术，实现数据流量卸载、本地业务处理，满足数据不出场、超低时延等业务需求，为客户提供专属网络服务。

尊享模式

尊享服务模式通过基站、频率、核心网设备的专建专享，进一步满足超高安全性、超高隔离度、定制化网络的需求，达到专用5G网络、VIP驻场服务的效果，适用于局域场景，如矿区、井下等。

中国移动“果核”产品是基于一体化集成模式，按需集成UPF、5GC、边缘计算、小型SPN、BBU、IMS等能力的5G专网定制化集成解决方案。

在中国移动对外公布的2021年上半年业绩报告中显示，中国移动上半年全网共签约 900 个省级区域特色项目，拓展 452 个 5G 专网项目，合同金额超千万，DICT 大单 122 笔，带动DICT 增量收入超 60 亿元，政企客户数达到 1553 万家。

中国移动与阿里巴巴合作建设了5G智慧园区专网，在杭州移动布设的5G网络基础上，XG实验室研发出一套全新的5G专网安全架构体系，大幅提高5G专网的安全性和易用性。

据阿里介绍，达摩院XG实验室通过自研基于5G核心网的EAC(Enterprise Access Controller)，创新实现5G鉴权信息与企业认证信息的打通，搭建起一个安全、智能、灵活扩展的5G企业专网。

中国移动还与南方电网展开了合作，针对深圳市南方电网业务中智能分布式配电自动化(智能分布式配网差动保护和配网自动化三遥)、电网应急通信保障及配网计量等4个业务特性，基于5G SA架构和切片技术提供系统性的5G指挥电网解决方案，该案例旨在探索面向垂直行业的5G创新业务及需求，验证5G网络及业务的能力，并为5G商用奠定基础。

中国电信

中国电信研究院陈运清表示，中国电信 5G 专网是“网定制、边智能、云协同、X 随选”融合协同的综合解决方案，“网是基础、云为核心、网随云动、云网一体”，致力于“云改数转”服务产业数字化转型。

中国电信推出三类模式：以“致远、比邻、如翼”三类服务模式为基础服务不同行业客户，实现“云网一体、按需定制”。

致远模式

致远模式是面向安全组网型政企客户提供的定制网服务模式。该模式基于中国电信5G 2B专网资源，通过VPDN、QoS、灵活资源调度、DNN定制和切片等技术，为交通、物流、教育、农业、卫健、应急、政法、居民服务、住建、能源、工业等11个行业客户提供端到端差异化保障的网络连接服务，同时可以直通天翼云为客户提供丰富的行业应用与服务。

典型案例：深圳智慧警务

中国电信联合深圳公安率先探索5G专网技术和警务实战系统的应用结合方案，可满足新型警务设备(如无人巡逻车，警务AR，警用无人机)需要大范围移动视频回传;满足支持立体化、快速部署要求，支撑警务快速部署能力;满足警务连接高可靠和安全隔离要求，提供专网隔离，组网安全对接，空口优先保障。

比邻模式

比邻模式是面向时延敏感型企业客户提供的定制专网服务模式。该模式基于5G 2B专网资源，通过多频协同、载波聚合、超级上行、边缘节点、QoS增强、无线资源预留、DNN、切片、边缘节点等技术的灵活定制，为企业客户提供一张带宽增强、低时延、数据本地卸载的专有网络，配合MEC、天翼云，最大化发挥边缘计算、云边协同优势，为企业客户的数字化应用赋能。

典型案例：广东美的智慧园区

美的向个性化生产、柔性化制造转型方向明确，但当前业务面临较多问题，中国电信携手美的打造了基于5G+MEC支撑智慧工厂应用场景。

如翼模式

如翼模式是面向安全敏感型企业客户提供的定制专网服务模式。该模式基于中国电信5G 2B专网资源，充分利用超级上行、干扰规避、5G网络切片和边缘计算等技术5g网络架构，按需定制专用基站、专用频率和专用园区级UPF等专用网络设备，为客户提供一张隔离的、端到端高性能的专用接入网络。同时可以按需定制MEC与行业应用，对专网提供专属运维支撑服务。

典型案例：青岛国网

中国电信联合华为、青岛国网首次依托边缘计算及5G端到端切片实现毫秒级精准负荷控制装置负荷量上送及整组传动测试试验，测试结果显示5G通道时延满足毫秒级需求。随着测试的成功落地，国网全国范围内首套5G公网专用模式下的毫秒级精准负荷控制装置在青岛供电公司投入试运行。

中国联通

中国联通研究院黄蓉介绍道，中国联通的5G专网分为虚拟专网、混合专网、独立专网三种部署方式。

5G虚拟专网

基于中国联通 5G 公众网络资源，利用端到端 QoS 或切片技术，为客户提供一张时延和带宽有保障的、与中国联通公众网络普通用户数据隔离的虚拟专有网络。适用于广域专网业务，包括智慧城市、智慧景区、新媒体、高端小区及办公、智能交通(包含自动驾驶)等场景。

5G混合专网

以5G数据分流技术为基础，通过无线和控制网元的灵活定制，为行业用户构建一张增强带宽、低时延、数据不出园的基础连接网络。核心网用户面网元UPF为行业用户私有化部署，无线基站、核心网控制面网元根据客户需求灵活部署，为用户提供部分物理独享的5G专用网络。适用于局域开放园区，包括交通物流/港口码头、高端景区、城市安防、工业制造等。

5G独立专网

采用专有无线设备和核心网一体化设备，为行业用户端到端构建一张与公网数据完全隔离的独立专网，包括gNB、AMF、SMF、UPF、MEC等5G系统的所有网元功能。适用于局域封闭区域，包括矿井、油田、核电、高精制造、监狱、军队等。

在山西霍州庞庞塔煤矿800米的井下，中国联通搭建了全国第一张井下5G专网，解决了煤矿行业安全生产的问题。

中国联通与湛江钢铁案也展开了合作，业务首先通过基站专用无线通道到达企业的5G核心网，然后路由到了自己的业务服务器，从而实现了企业业务和公网业务的隔离。

湛江钢铁通过投建5G核心网打造了智能化钢铁工厂技术平台，目前已实现了炼钢厂风机在线检测与诊断、焦炉四大车、硅钢移动操控、机器人远程操控、智能头盔远程指导等应用场景的落地。

到这里，相信大家对于5G专网架构有了一定的了解，其实三大运营商5G专网的架构基本一致，都可以灵活满足行业客户的差异化诉求。

挑战

5G专网市场空间巨大，部署的案例数量也在不断增加，同时也面临着一些挑战。

企业能否自建5G专网，最重要的还是频谱的获取，频谱资源有限，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。GSMA建议监管机构应避免在关键的频段中为垂直市场留出频谱，其认为这种做法将阻碍5G最大使用效率的全面释放，并浪费频谱资源。

市场上行业项目需求差异性较大，产品标准化不足，针对具体项目，运营商难以快速构建解决方案并快速开通。

赵婧博表示5G专网的ToB能力尚不完备，短板需要逐步补齐：5G网络差异化能力不完备;行业和场景化解决方案未产品化;定制化化规建维优营需完善;商业模式需创新。

虽有挑战，但总体来说5G专网发展前景巨大，GrandView Research预计全球5G专网市场规模在2020年至2027年期间的复合年增长率(CAGR)为37.8%，到2027年达到71亿美元。

市场竞争也十分激烈，除了运营商，云服务商、设备提供商、系统集成商等都有意抢占5G专网市场。相信随着技术的升级，未来5G专网将会在各行业呈现蓬勃发展态势。

（编辑：温州站长网）

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