5G SA 2B网络部署方案及切片应用策略研究

2020-10-20平军磊尼松涛中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司河南郑州450007中国联通重庆分公司重庆40

邮电设计技术 2020年9期

平军磊，刘扬，罗君，尼松涛，文涛（.中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 450007；.中国联通重庆分公司，重庆 40）

0 前言

从2019年5G NSA 正式商用到2020年5G SA 规模部署，中国5G 网络的建设进度一直处于领先地位。5G SA 的核心价值在于对传统行业的新赋能，随着人口红利的消失，2C 市场增长放缓，2B 市场终将成为5G应用的主角，5G 2B 市场毫无疑问就是下一个关键增长点。经历新冠疫情之后，国家层面更是强调要加速5G 应用由2C 向2B 的拓展，加快传统产业数字化转型，让更多的行业可以在信息高速公路上畅行，开启我国数字经济高质量发展的新篇章，这无疑吹响了发展5G 2B 的号角。在5G SA 网络建设之初，深入研究2B网络的部署方案及切片应用策略显得尤为重要。

1 2B网络部署方案研究

1.1 5G 2B业务特性分析

5G 面临2C 和2B 巨大差异化需求的挑战，除了网络功能与性能要求不同之外，2B 行业还要求能获取更多的网络及用户管理能力。同质化的网络部署策略将无法充分发挥5G网络的价值。

经对国内多家行业客户及政府机构调研分析，2B典型业务需求如下。

a）灵活自管理、自服务。2B客户普遍要求对自己的用户/终端及业务可视可管，如网络及业务监控、黑白名单设置、终端地址分配、QoS 策略、切片设置等。灵活自管理、自服务需要对网络设备进行频繁操作，网络管理及网络安全问题是运营商面临的新挑战。

b）业务隔离。高精制造、能源、军队、监狱等客户对业务隔离性要求较高，甚至特定区域禁止普通用户接入网络。同时，客户内部不同业务间要求相互隔离，如内部生产、内部办公、员工普通生活娱乐要求相互隔离。

c）生产不中断。行业客户通常对网络可靠性有更高的要求，除了网络设备本身的可靠性，在网络架构上也有特殊诉求，例如要求园区网络与外部网络链路中断情况下，内部生产业务不中断。现有运营商网络架构及5G标准业务流程无法满足该需求，需要在网络部署、基站及核心网网元接口功能上进行特殊处理。

d）数据不出园区。以高精制造、能源矿企、港口/码头等典型场景为代表，核心业务是终端和客户内部生产应用系统间的通信，要求数据不出园区。

e）低时延。电网、工业控制等垂直行业对网络时延要求极高，通常在20 ms 以下，部分场景要求10 ms以下，低时延的业务诉求同样对网络部署策略有本质上的影响。

f）高上行带宽。工业视频回传、城市安防、无人机巡逻等场景需要网络提供超高上行带宽能力。

g）特殊覆盖。矿井、油田等通常需要对其偏远区域的地下、海上进行特殊覆盖，5G 核心网的部署方案同样受到影响。

2B、2C 典型业务场景及关键网络需求对比如表1所示。

1.2 2B、2C核心网分设方案建议

SA 建网初期仍以2C 业务为主，2B 业务处于探索开拓阶段。为满足2B 业务个性化网络功能及网络自服务需求，建议5G SA 网络采用2B、2C 核心网分设的部署方案，并单独部署5G 政企专用核心网，在小范围内做网络定制化改造及管理能力开放，从而保持2C网络的稳定。具体部署中，控制面可按全国分大区集中部署，用户面分散下沉或在客户侧部署。

对于无线网络，普通公共区域建议部署2C、2B 基站共享，基于切片技术实现终端的核心网接入选择，以降低无线投资，提升频谱利用率。特殊园区可采用部署客户独享基站的方式满足2B业务需求。

表1 2B、2C典型业务场景及关键网络需求对比

2B、2C核心网分设组网架构如图1所示。

图1 2B、2C核心网分设方案示意图

a）2B 网络控制面建议按大区集中部署，与2C 分设，进一步扁平化网络架构，提升网络敏捷创新能力。

b）2B物联网和2B政企专网分大区独立部署控制面AMF、SMF等网元。

c）2B 物联网定位全国广覆盖区域内的物联网业务，政企专网定位特定区域（点状覆盖）、特定客户群体的差异化业务。

d）用户面网元UPF 分省独立设置，针对政企专网按需在客户侧部署专用UPF。

e）NRF 分级设置，实现路由收敛，避免后期网络大范围割接改造。

f）BSF、二级NRF 与2B、2C 分设，每大区设置1对。

g）NSSF 2B、2C 合设，保障基站共享模式下用户注册流程中AMF能够正确重定向。

h）一级NRF 2B、2C合设，从而实现SMF的跨大区服务发现及专网场景下UDM的跨网服务发现。

i）广域覆盖基站双上联至2C 核心网和2B 物联网。

j）专网区域基站上联专网核心网，按需上联2C、2B 物联网核心网（满足允许访客在园区使用5G 的场景需求）。

1.3 5G 2B专网部署策略研究

从建网成本、业务隔离、时延、业务范围等维度进行分析，将专网业务需求进行归类，提出表2所示的几种专网部署模式。

表2 5G 2B专网部署模式分析

2 切片应用策略研究

切片是5G SA 架构中最具创新的技术之一，精准的切片策略将为运营商2B业务的发展提供重要支撑，同样可为政企客户的数字化转型赋能。SA 初期切片技术的落地需要考虑以下几个前提条件。

a）终端技术不成熟：当前SA 模组及终端OS 的切片技术不成熟，同时各运营商尚未明确切片的映射策略，终端无法按照预期在注册/会话建立流程中携带NSSAI。

b）网络实例化技术不成熟：目前无线、传输、核心网的切片实例化技术尚不成熟，跨专业、跨厂家部署网络切片更无先例可循。

c）网络分设前提：目前国内已有2 家运营商选择了2B、2C 网络分设的建网策略，在切片规划及业务实现中应充分考虑网络架构因素的影响。

d）业务定位：2B物联网业务指普通物联网终端用户在广域覆盖范围内的互联网或语音业务，用户群体使用物联网号卡；2B 专网指在特定区域开展的企业内部生产管理业务，用户群体为物联网号卡+人网号卡组合；2C 业务为普通手机用户广域覆盖范围内的互联网及语音业务，用户群体为人网号卡。

尽管终端及网络切片技术尚不成熟，但基于灵活的切片策略仍可以满足大部分2B 典型业务场景的用户选网及业务隔离需求。

2.1 切片整体规划策略建议

结合技术标准成熟度，建议SA初期切片规划策略如下。

2.1.1 业务类型规划

以eMBB 业务为例，建议取切片SD 的首3 位用于定义业务类型，区分2B、2C业务。例如：000代表2C业务，001 代表物联网业务，010 代表专网业务。SD 剩余bit运营商可灵活自定义。

图2示出的是切片业务类型规划示意图。

2.1.2 全网默认切片（网络配置）

建议2B专网、2B物联网、2C网络各规划一个全网默认切片ID，用于终端初始接入选择AMF。例如2B专网规划AAA（示例）、2B 物联网规划BBB（示例）、2C业务规划CCC（示例）。

2B 专网默认切片ID 在2B 物联网和2C 网络中全网配置，用于解决专网用户或终端的园区外5G业务需求。2B 专网运营商侧AMF、SMF 配置AAA 切片能力，并按需配置其他专网切片能力。

2B 物联网AMF、SMF 全网配置BBB、AAA 切片能力，2C网络AMF、SMF全网配置CCC、AAA。

图2 切片业务类型规划示意图

2.1.3 用户默认切片

考虑终端切片技术不成熟的因素，建议SA初期：

a）2B 物联网和2C 网络可按照业务大类进行聚合，规划多个网络切片，2B 专网按照业务需求灵活定义客户专属切片，专网切片主要用于业务隔离及用户选网。

b）2B 物联网业务每终端只签约1 个切片，且作为默认S-NSSAI，可不依赖于终端切片能力实现用户接入选网。

c）2B 专网生产类终端，每类终端只签约1 个切片，且作为默认S-NSSAI。

d）2B 专网手机用户，每用户可签约2 个切片：专网专属切片、专网默认切片，均作为默认S-NSSAI，其中专网默认切片按需签约（有园区外漫游需求的用户需签约）。

e）2C业务每用户只签约1个切片，且作为默认SNSSAI，可不依赖于终端切片能力实现用户接入选网。

2.2 典型2B场景下切片应用策略

普通2B 物联网终端或2C 用户可基于签约默认切片选择对应的AMF（不依赖终端切片能力），业务流程比较简单，不再赘述。本文针对典型专网场景下的切片策略及用户选网流程进行研究分析。

2.2.1 专网区域允许访客接入，内部生产、办公业务本地分流

网络方案及切片配置策略：在园区部署客户独享UPF，配置专网切片DDD（示例）；AMF、SMF 共用运营商侧专网网元，运营商侧专网AMF、SMF 配置DDD、AAA；运营商2C AMF 配置CCC；园区基站共享运营商大网基站。

切片签约策略：专网生产终端签约DDD、专网员工办公签约DDD、访客用户签约CCC（不同专网客户分配独立切片ID）。

图3示出的是用户注册流程示意图。

该场景下访客、专网生产终端及专网员工注册流程类似，以园区内生产终端为例描述切片选网流程。

①终端发起附着请求，终端未携带切片信息（如果终端支持携带切片信息，则跳过②～⑤，RAN 直接按照终端上报S-NSSAI-DDD 选择专网AMF，由专网AMF查询UDM，获取签约鉴权，通过后附着成功）。

②RAN 选择一个Default AMF，假设选择2C AMF。

③2C AMF查询UDM获取终端签约NSSAI。

图3 用户注册流程示意图

④2C AMF 无法为终端服务，携带终端签约NSSAI向NSSF进行查询，NSSF返回可服务于生产终端的专网AMF信息。

⑤2C AMF 将生产终端的附着请求重定向到专网AMF。

⑥专网AMF查询PCF获取用户签约和策略信息。

⑦专网AMF下发附着成功消息，终端完成附着。

专网SMF、UPF 配置专网切片DDD，运营商大网SMF、UPF 配置默认切片CCC。会话建立阶段，专网用户通过专网AMF 携带DDD 查询NRF 获取服务切片专网SMF、独享UPF 信息，建立会话，内部生产、办公业务通过客户独享UPF 转发，本地分流。访客通过2C AMF 携带CCC 查询NRF 获取服务切片2C SMF、2C UPF信息，建立会话。

图4示出的是会话建立流程示意图。

图4 会话建立流程示意图

2.2.2 专网区域禁止访客接入

网络方案及切片配置策略：在园区部署客户独享UPF+AMF，只配置专网切片DDD（示例）。园区基站客户独享，独立规划TAC，仅接入客户专用AMF。

切片签约策略：专网生产终端签约DDD、专网员工办公签约DDD、访客用户签约CCC（不同专网客户分配独立切片ID）。

图5 示出的是专网区域禁止访客接入流程示意图。

图5 专网区域禁止访客接入流程示意图

该场景下访客漫游至专网园区存在2 种流程：切换和重注册，对于连接态的用户切换流程，原AMF 会基于TAI+S-NSSAI（S）经NRF 发现目标AMF，由于园区基站只上连客户专用AMF，同时专用AMF不支持普通切片，切换失败。针对重注册流程，访客注册流程如下：

①访客终端发起附着请求。

②RAN 无法根据终端携带Temp ID 或NSSAI 匹配到AMF，选择专网AMF 作为Default AMF，发起附着请求（或终端未携带任何选网信息）。

③专网AMF 跨一级NRF 查询UDM 获取访客签约切片CCC。

④专网AMF 无法为终端服务，携带终端签约NSSAI 级TAI 信息等向NSSF 进行查询，NSSF 返回无可用AMF。

⑤专网AMF 返回拒绝附着信息，访客注册失败，实现禁止访客接入。

2.2.3 专网客户内部不同业务要求隔离

切片ID 规划（以3 种业务示例）：专网生产业务1规划切片DDD、专网生产业务2规划切片DDE、专网生产业务3规划切片DDF。

网络方案及切片配置策略：基于当前切片技术成熟度，建议在园区部署1 套客户独享AMF+SMF、3 套UPF，园区基站客户独享，独立规划TAC，仅接入客户专用AMF。客户独享AMF、SMF 配置3 个生产切片ID，每套UPF 匹配1 个生产业务，配置1 个切片ID，并进行相应资源规划。园区基站根据客户业务需求将3个切片映射为不同的5QI，并配置相应的空口资源优先调度策略。

图6示出的是多切片会话建立流程示意图。