5G专网技术解决方案和建设策略
收稿日期：2020-01-21早安打工人
5G专网技术解决方案和建设策略
The T echnical Solutions and Construction Strategies for 5G Private Networks
5G 所具备的海量连接、高可靠、低时延等技术特性，高度契合专网的需求，可实现视频直播、海量物联网设备接入、无人驾驶、远程医疗、智能制造等典型行业或政企专网应用。针对5G 应用于专网市场，从5G 专网独立建设必要性、3GPP 5G NPN （Non-Public Network ）技术最新进展和5G 核心网2B （To Business ）网络建设策略三个方面分析5G 核心侧在行业/专网方向的发展与演进。以期5G 在专网领域发挥更大的价值，促进“5G+行业”跨界合作形成良性循环。
5G ；专网；2B ；垂直应用；网络切片
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 i
ndustry/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 fi eld and promote cross-border cooperation in "5G + industry" to form a virtuous circle.5G; private network; 2B; vertical application; network slice
（中兴通讯股份有限公司，江苏 南京 210012）
(ZTE Corporation, Nanjing 210012, China)
【摘  要】
【关键词】
李立平，李振东，方琰崴
LI Liping, LI Zhendong, FANG Yanwei
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2020.03.002        中图分类号：TN929.5文献标志码：A        文章编号：1006-1010(2020)03-0008-06
引用格式：李立平, 李振东, 方琰崴. 5G专网技术解决方案和建设策略[J]. 移动通信, 2020,44(3): 8-13.
0  引言
与2G/3G/4G 不同，5G 除了能够满足个人通信外，还能够满足多样化垂直行业的专网通信建设需要，为未来的工业化应用奠定基础，通信业内对于专网通信已经开展了深入和广泛的研究。[Abstract]
[Key words]
相对于运营商运营的公众通信网络，NPN 专网（Non-Public Network ）技术整体落后1到2代，目前主流专网仍然是相当于2G 的技术，仅有部分领域例如政务网广泛引入基于4G 的专网。专网的宽带化需求与4G 技术相结合，最终导致基于3G 的专网技术退服。PDT(PDT, Police Digital Trunking ）+LTE 的“2G+4G ”组网模式，成为国内专网主要客户公安专网的主流。但不
OSID ：
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同于前几代移动通信技术，5G
靠、低时延等技术特性，
频直播、海量物联网设备接入、
应用在工业互联网等行业市场[1]。多样，如何发挥5G更大的价值，
作形成良性循环，
关注的问题，
针对5G应用于专网市场，
设必要性，3GPP 5G NPN
（To Business
行业/专网方向的发展与演进。
1  5G
5G技术本身可以提供2C（Business）服务，
口红利、需求等），2C
2C个人消费者，成为5G
网络合一建设，
象、业务内容等均有很多不同，
六一送给孩子的话
单独建设5G 2B行业专网，
的服务，进一步拓展5G业务领域。
运营商在通信网络建设方面有着丰富的经验和技术优势，可以满足传统业务及互联网类用户的基础通信需求。如表1所示，行业或企业专网用户主要集中在比大众消费者对性能和安全要求比较高的行业[4]，例如工业规范化和标准化在3GPP中对应于NPN网络解决方案。
2  3GPP NPN解决方案架构
NPN，即非公共网络，是区别于电信运营商公网，为
表1    2B和2C业务的模式对比
对比项2C（传统通信及互联网）2B（行业/企业专网及互联网）
业务类型单一，主要是eMBB，满足消费者语音
和上网需要
多样，包括eMBB、uRLLC、mMTC、V2X等
多场景
用户个人用户企业、行业、政府等
业务开通单个用户或者批量用户组织架构型开通
用户规模大，依赖于现网用户数量小，初期处于磨合培育期，预期未来有较大发展网络状况业务统一，网络相对稳定需求众多，网络随需而动，变化频繁
市场特点成熟市场，需求稳定蓝海市场，需求多变
标准状况标准成熟，已基本收敛标准继续（R16、R17），还待完善
与现网关系大，和现网需要进行业务继承和互操作小，相对独立，可不依赖现网独立建设与发展
特定用户/组织提供服务的网络，在3GPP 协议TS23.501的定义中，非公共网络有以下两种类型：
（1）独立组网的NPN 网络SNPN （Stand-alone NPN ，独立专网），该网络不依赖于公网（PLMN 网络），由SNPN 运营商运营（非运营商的网络，例如政府专网、企业专网）。
（2）非独立组网的NPN 网络PNI-NPN （
integrated NPN ，集成于公网的专网），（比如5G 网络），由传统运营商运营[6]。
对于PNI-NPN ，如果只使用 R15则无法进行访问控制，需要启用CAG （Group ，受限访问组）去阻止未授权终端接入[8]。
不论是SNPN 还是PNI-NPN ，NPN 都可以实到端的资源隔离，接入，限制非授权终端接入专属或频段，信资源独享，所以NPN 进行很好的融合，并且可以为局域网（LAN ，Network ）业务提供支持，满足一些企业、可靠且稳定的私有网络需求。
2.1  SNPN 技术解决方案
（1）SNPN 解决方案架构
SNPN 是基于5G 独立建设的专网，所以还是采用5G 基本架构，但因SNPN 网络不依赖PLMN 公网，SNPN 操作，为了保证SNPN UE 能够从SNPN 接入PLMN ，或者UE 从PLMN 5G 公网接入SNPN ，SNPN 重用了“Untrusted non-3GPP access ”架构来保证专网UE 可以通过SNPN 的用户面访问PLMN 5G 的业务，或者通过[9]UE （User Equipment ，用户终端）从NPN 侧接入后UE 和NPN CN 之间建立NPN PDU Sessions 。置了公网N3IWF 地址/域名，UE 通过NPN 和公网N3IWF 建立安全连接，UE 在该连CN 请求建立公网PDU session 。UE 和公PDN session 的NAS 信令和用户数据，都
佛经中最有禅意的句子UE 和通过NPN PDU Sessions 和公网N3IWF 从5G 公网接入SNPN ，访问SNPN 业务的架面类似。UE 接入公网后需要建立公网PDU UE 上配置了SNPN N3IWF 地址/域名，UE 网PDU Sessions 和SNPN N3IWF 建立安全连在该连接内，向SNPN CN 请求建立NPN PDU UE 和NPN CN 之间的NPN PDN session 的都是封装在UE 和通过公网 PDU 和SNPN N3IWF 建立安全连接中。
选择哪种接入方式，取决于
UE 实现或配置。事实上，如果UE 是dual radio 的，这两种方式都可以采用。
（2）NPN 方案关键技术 1）定义SNPN 网络标识
在3GPP R16中，协议定义了PLMN ID+NID （Net-work Identifi er ）作为SNPN 网络标识，这里的PL
MN 是5G 网络，用于SNPN 的PLMN ID 不需要是唯一的，保留给专用网络使用的PLMN ID 可以是通用值，比如（MCC ）999。NID 有2种分配模式：一种是自分配（Self-assignment ），SNPN 自己分配NID ，但是有全球不唯一的风险；第二种方式是协同分配（Coordinated assignment ），协同分配又包含两种选项，NID 全球唯一，或者PLMN ID + NID 全球唯一
[10]
。
2）SNPN 网络标识的配置，广播及网络选择一个签约了SNPN 服务的UE 需要支持SNPN Access Mode ，配置为SNPN Access Mode 的UE 只能通过SNPN 接入网络，而未配置为SNPN Access Mode 的UE 则可以执行PLMN 公网比如5G 网络选择流程。其中SNPN Access Mode 的配置方式（激活、去激活等）是由UE
实现的。UE 配置相应的一个或多个由组合标识的SNPN 的签约者标识符SUPI （Identifier ）和凭证，同时此签约需要对应存储在签约中。
在初始接入和小区重选过程中，NG-RAN 通过（System Information Block ）消息为UE 传、链路建立等所需的若干参数，对SNPN 播自身支持的所有的PLMN ID 和每个PLMN ID 的NID 列表，配置了SNPN Access Mode 的UE 据自己的配置PLMN ID+NID 信息选择可接入的小区，核心网根据UE 的签约信息对UE 当一个UE 同时有多个SNPN 可以选择时，由UE 选择接入哪个SNPN 网络，取决于UE 配置。
另外，由于SNPN 不依赖于公网网络，所以不支持SNPN 和公网之间的互操作，即SNPN 和PLMN 的5G 核心网之间没有控制面接口。
3）UE SNPN 访问控制和小区重选
当UE 对SNPN 执行初始注册时，UE 应将选定
NID 和相应PLMN ID 通知到 NG-RAN 。NG-RAN 传递该UE 所选PLMN ID 和NID 给AMF 。如果UE 在执行注册或服务请求过程中UE 没有签约，AMF 将拒绝该UE 接入其选择的SNPN 。为了防止授权UE 在网络拥塞或过负荷的情况下访问SNPN ，每个SNPN 网络需要配置统一的访问控制策略。
2.2  PNI-NPN 技术解决方案
PNI-NPN 是通过公网来提供NPN 服务，例如通过为NPN 分配一个或多个5G 网络切片来实现NPN 功能。由于5G 网络不会在空中接口上过广播S-NSSAI （Single Network Slice Selection Assistance Information ），因此切片无法限制UE 在其未授权的网络切片覆盖区域中尝试接入网络，因此需要采用CAG （Cell Access Group ）用于接入控制。同一个UE 可以有多个CAG 。如果多个UE 有相同的CAG 值，则表示这些UE 可以接入同一个CAG 小区。
（1）PNI-NPN 解决方案架构
dnf未响应
PNI-NPN 采用的是标准5G 网络架构，但对接入用（2）PNI-NPN 方案关键技术
CAG 由5G 网络PLMN ID 和CAG ID 共同确定，启用了CAG 的小区只允许签约UE 接入。CAG ID 在相关联的PLMN ID 内唯一，一个CAG 小区向每个PLMN 广播一个或多个CAG ID （最多12个），此外，CAG 小区还可以按每个CAG ID 广播可读网络名。
UE在配置CAG
置两个信息，一个是该UE可以接入的列表（Allowed CAG list），该列表存储UE所能接入的全部CAG小区的ID，个是该UE是否只能通过CAG
络的标识（CAG-only indication），配置识的UE只能通过CAG小区接入网络。核心网侧可以发起UE
牛的名字UE上的配置。
在初始接入和小区重选过程中，RAN需要广播其支持的CAG ID PLMN ID，未配置CAG-only indication CAG UE可以根据自己的
的CAG小区，也可以选择签约的公共
策略目前标准还没明确，可以提前在UE
置了CAG-only indication的CAG UE
置的Allowed CAG list选择可接入的CAG小区。核心网AMF可以根据用户的签约对UE的身份进行鉴权，鉴权通过后同步对该UE的允许接入CAG List到NG-RAN。
由于PNI-NPN采用的是标准5G网络架构，因此对于未配置CAG-only indication的UE支持PNI-NPN和公网间的切换。其中从CAG小区到PLMN小区的切换需要或者核心网AMF确认UE是否配置了CAG-only indication。从PLMN小区到CAG小区的切换需要或者核心网AMF判断目标的CAG ID在UE 的Allowed CAG list中。
3  5G行业专网建设策略
3.1  5G行业专网的典型组网模式
结合5G行业专网的两种方案SNPN和PNI-NPN，为了匹配行业应用多场景需求[11]，5G提供的2B行业专网有4种推荐组网模式，如图5所示。
其中模式4是典型的SNPN组网，模式1、2、3则主要是PNI-NPN组网。无论是SNPN还是PNI-NPN都需要多网络切片[12]。在SNPN组网中，多网络切片限定了应用场景和用户范围，比如联网自动驾驶这种业务需要多网络切片(如为高清地图导航提供的eMBB切片，为一个或多个5G网络切片并通过切片间安全隔离
来实现NPN。
3.2  5G行业专网建设步骤
5G 2B行业专网可以从业务发展阶段和业务规模选择建设步骤，采用分阶段、分步骤调整方式比较符合整体行业市场需要，在部署初期，只将媒体面下沉到企业、园区或者行业数据中心，切片服务可以共享（非独占），如模式一，以降低运营成本。随着业务发展部署中期选择进一步下沉或独占切片的方式，如模式二或三，进一步提高专用部分的比例。最终，部署后期采用全下沉和独占网络的方式，如模式四，形成专网专用。当然，也可以根据业务规模和预算直接采用模式二、三或者四。
3.3  专网对产业链带来的需求和影响
专网本身运营与公网消费者运营有非常大的不同，这对5G产业链带来与以往通信模式不同的建设需求。最突出的是面向公众消费者提供的切片商城[14]需要增加专网需求，增加针对专网的组织及权限设置、费率、套餐、业务范围等，或者与公众消费者切片商城独立开来，提供单独的5G 2B专网切片商城，这种方式更有利于提供专网业务服务。
5G 2B专网还需要加强对第三方业务能力开放[15]，最基本的是完成与企业、行业等内部现有IT系统的集成，比如通信录、组织权限、内部通讯工具等；然后可以

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