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面向行业专网的轻量化5GC发展与应用_通信世界网

发布时间:发布时间:2022-07-03 07:24:37 作者:英超直播在线观看     来源:英超直播点击量:26

  Omdia发布的最新数据显示,2021年全球5G网络连接数同比增长3.03亿,年度增长率高达139%。5G连接数由2021年第三季度的4.37亿增至第四季度的5.21亿,季度增长率达到19%。Omdia预测,到2022年底全球5G网络连接总量将较2021年底翻一番,到2023年将再翻一番,到2026年,全球5G网络连接总量将达到48亿。

  目前,部署5G专网已成为垂直行业推动5G创新应用、拓展生产效能、提速数字化转型的必要手段。2021年1月,工业和信息化部印发《工业互联网创新发展行动计划(2021—2023年)》,明确表示要深化“5G+工业互联网”融合发展,支持工业企业探索5G专网建设及运营模式,规划5G工业互联网专用频率,开展工业5G专网试点。2021年底,工业和信息化部部长肖亚庆赴中国联通、中国电信、中国移动开展专题调研时表示,2022年要加快5G行业虚拟专网规模化建设,打牢数字化转型的网络设施基础。

  目前,我国三大运营商5G专网的发展势头正劲。随着5G专网建设的稳步推进,需要有安全可控、能力丰富且具有差异化定制能力的通信网络来满足行业用户多元化的业务场景。而轻量化5GC解决方案为定制部署资源专用、安全可靠的本地化5G专网提供了技术参考。

  2020年6月,中国移动发布《中国移动5G行业专网技术白皮书》,提炼出不同行业的6种典型网络需求,包括超低时延控制、高清视频回传、数据不出场、安全隔离、定制建网,以及面向用户的网络自运维、自服务、自开发等。基于“灵活组网、按需定制”的原则,中国移动推出“优享、专享、尊享”3种5G专网模式,并将5G专网产品划分为网络能力类和服务能力类,行业用户可以结合业务场景与实际需求进行能力组合。

  优享模式——提供业务加速与业务隔离两类网络服务,满足用户对网络速率、时延以及可靠性的优先保障需求。

  专享模式——基于增强覆盖和边缘计算技术,实现本地流量卸载、边缘数据处理,满足用户对数据不出场、超低时延等业务需求。

  尊享模式——通过对基站、频率等专建专享,为用户构建专用的无线网络,满足用户的高安全性、高隔离度、定制化的建网需求。

  2020年11月,中国电信发布“网定制、边智能、云协同、应用随选”的5G定制网解决方案及《中国电信5G定制网产品手册》,提供“致远、比邻、如翼”3类定制网服务模式。在定制服务方面,5G定制网将定制流量、定制号卡、业务隔离、业务加速、数据不出场、本地业务保障、专线接入、无线增强、专用宏站、专用室分、专用频率、专用5GC等12项能力进行灵活组合。

  致远模式——广域接入、云网一体;比邻模式——本地处理、云边协同;如翼模式——区域专属、安全可信。

  2020年8月,中国联通发布3款5G专网产品——5G虚拟专网、5G混合专网和5G独立专网,同年还发布了《5G行业专网白皮书》。此外,中国联通还构建“1+1+1”的专网运营体系,通过规范化服务标准、集约化服务平台、专业化服务团队,为行业用户提供无线资源专属定制、网络时延超低保障、园区数据本地卸载、接口能力灵活开放等定制化服务。

  5G虚拟专网——基于5G公共网络覆盖,为用户提供一张时延和带宽有保障、数据可隔离的专用网络,具有广域组网、优先保障、用户自助和即开即用等特点。

  5G混合专网——部分资源独享的5G专用网络,将用户面网元下沉部署到园区侧,具有量身定制、资源共享、数据不出园等特点。

  5G独立专网——具有物理隔离、独立运转、灵活自管等特点,可提供超级上行带宽的网络能力。

  尽管三大运营商均在5G专网及行业应用上发布了产品、规划了目标、建立了推广体系,并通过打造标杆项目、灯塔项目等推动产品的成熟和方案可复制性,但从实际效果来看,仍然存在一些不足。

  第一,在业务需求层面,5G专网无法满足行业用户相对个人用户的差异化需求。

  第二,产品能力不足,基于公网的架构和产品在面向行业时匹配度不高。当前阶段的专网体系架构和产品均以公网标准和集采产品为主(其特点是5GC设备功能较全面、接口类型多样化、运行效率不高),而行业因其部署环境、成本要求等,需要小型化核心网、云网一体化产品等。

  第三,项目差异性大,产品标准化不足,使得项目周期较长。传统CT方式上线慢、流程长、运维复杂。

  轻量化5GC基于3GPP标准,结合特定企业应用场景需求,对传统面向公网业务的5GC进行了性能裁剪及功能定制。特别是面对高度碎片化的企业业务场景,轻量化5GC可通过灵活定制的5G网络能力开放接口,在保证5GC架构精简的前提下,实现5G专网对于各类业务场景的敏捷适配,克服了5GC设备系统架构体系过重、部署复杂、成本过高、难以灵活定制等缺点,助力5GC的快速发展。

  一是网元灵活裁剪。在基础5GC网元(UDM、AMF、SMF)上,可按需部署其他网元,满足多场景部署的差异化需求。

  二是网元功能裁剪。在各网元基本功能的基础上,可以按需定制化开发,灵活提供其他功能。

  三是网元轻量级承载。采用云原生部署技术,基于轻量级虚拟化技术提供可快速部署的基础资源环境。

  四是多网协同。支持云边协同、云网融合,以及NB-IoT、4G、5G、卫星网等多网协同。

  全云化部署模式:轻量化5GC整体部署在云计算厂商提供的云平台之上,5GC的各个网元运行在云平台中,并接受云平台的统一纳管。企业用户的5G基站通过网络专线GC实现互联,从而构成一张完整的5G专网。企业用户可根据业务需要,借助云计算厂商提供的资源池化及调度能力,灵活调整5G专网配置,并与云平台上的其他业务系统实现无缝集成。

  一体机部署模式:轻量化5GC部署在超融合一体机上,并且以独立设备的形态运行在企业机房内。5GC的各个网元运行在一体机中,并通过内部网络与企业用户的5G基站及其他信息系统实现对接,形成一体化的企业级5G专网。企业用户必须自建系统管理能力,对5G专网进行配置管理。

  混合部署:轻量化5GC的部分网元采用云化方式部署,部分网元采用一体机方式部署。其中5GC控制面网元通常部署在云厂商提供的云平台之上,5GC数据面网元部署在一体机中。企业用户可借助云平台的能力对5G控制面实现弹性部署及高可用保障,利用一体机的独立部署特性,在一定程度上满足数据保密的要求。

  当前,电信运营商、设备供应商、云服务提供商、小型厂商、高校及科研院所等都在广泛开展轻量化5GC产品研发和应用试验。

  中国电信自研5GC的策略与计费规则功能单元,并在天翼云上部署应用,可向垂直行业提供“5G网络即插即用”的专网级网络服务能力。中国移动推出轻量化5GCOpenUPF一体机。中国联通与中兴合作开展基于微服务与容器的轻量化5GC方案研究与试点。

  爱立信、华为、中兴等设备供应商针对5G专网需求提供小型软硬一体化5GC;三星提供基于云原生的5G SA核心网产品,实现微服务架构、容器执行环境、端到端灵活编排等功能。

  微软、亚马逊云科技等云服务提供商提出部署可扩展、安全可靠、节省成本、运营商级别的5G云原生核心网与边缘网络。阿里推出基于开源与公有云的小型化All in One极简5GC,依托公有云、行业解决方案优势,进入5G专网市场。

  IPLOOK与新华三等小型厂商基于传统4G企业专网推出轻量化5GC,拓展企业专网市场。艾灵网络开发了基于云原生架构的轻量化5GC,针对工业场景实现“零修改”网络能力开放功能,有效支撑了5GC的灵活定制功能。

  北京邮电大学等高校及科研院所通过对5GC网元数量和功能的精简,将AMF、SMF、UPF等3个网元部署在树莓派上,实现了两台用户端的VoIP视频通线GC方案,利用低轨宽带卫星构建起了北京与济南5G专网间的骨干网络试点,实现了低轨卫星网络与地面5G专网的互联互通。

  由此可见,轻量化5GC能实现定制化企业服务,精准优化应用场景,更好地支持生产级管理需求,让企业网络的自主性更强;为快速构建轻量级、弹性灵活、低成本的5GC网络提供了解决方案,助力“5G+工业互联网”快速发展。而随之产生的轻量级5GC运营和维护问题、安全问题,还需要后续深入探索和研究。