5G专网

概念

5G专网称为Non-public Networks，也可称为Private Networks

场景

工业物联网（IIoT）：制造业、采矿、物流、港口

技术方案

两种形式

独立建立私网
共享运营商网络（网络切片）

七种部署方案

1）企业建立的隔离5G局域网（本地5G频率，完全私有，不共享）

企业在其场所（站点/建筑物）内部署5G网络全套（gNB，UPF，5GC CP，UDM，MEC）。企业中的5G频率是本地5G频率，而不是移动运营商的许可频率。
优点：
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
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。
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。
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：
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。
运营人员：现有的私有LAN（有线以太网LAN，无线Wi-Fi LAN）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。

2）由移动运营商构建的隔离5G局域网（获得许可的5G频率，完全私有，无共享）

与部署方案1）相同。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局域网。

3）私有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。
属于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。换句话说，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。
优点：
安全性：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在内部存储和管理，以免泄漏到企业外部。
性能：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。

4）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。5GC CP、5G基站，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。
优点：
性能：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。
缺点：
安全性：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。

5）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）

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。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）。
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。
优点：
成本：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。
缺点：
网络时延：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。
安全性：由于专用网络设备的流量已从企业转移到移动运营商的网络，因此存在数据流量安全性的问题。尽管移动运营商将在其边缘云上划分UPF和MEC，以使我们的专用网络流量与公共和其他专用网络流量分开，但胆小的首席执行官担心例如其内部CCTV视频流量正在泄漏到企业外部这一事实。与4）一样，对于企业而言，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也是令人不安的。

6）N3 LBO（Local Breakout）：韩国SK Telecom的案例

如以上的（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。
优点：
安全性：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。
成本：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。
网络时延：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。
缺点：
安全性：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。
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。（当然，由于操作员可以制定实现这些功能的专有规范，因此MEC DP可以实现其中一些功能）

7）F1 LBO（Local Breakout）：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。

电信运营商投资模式对比

网络频谱

专用网络可以使用各种频率的频谱，但要遵守各种许可条款。从工业物联网的角度来看，重要的一点是，频谱必须可用，并得到产品和集成商生态系统的支持，并且要遵守能够进行长期规划的稳定法规。对于寻求对具有长生命周期的运营技术进行大量投资的工业用户而言，这些都是非常重要的。

频谱选项

下面总结了向希望部署私有5G网络的工业公司开放的四个主要频谱选项

运营商拥有的许可频谱（Licensed Spectrum Owned by Operators）
- 延续经典频谱许可模式
- 正在开发专用网络的频谱租赁/共享机制
专用企业频谱（Dedicated Enterprise Spectrum）
- 例如，德国将100 MHz（3.7-3.8 GHz）分配给工业用户
带异步分享的未经许可的频谱（Unlicensed Spectrum(w/Asynchronous Sharing)）
- 5 GHz已开始；美国开放6 GHz，欧洲紧随其后
- 5 GHz频段已集成Listen-before-talk规定
- 对于不需要URLLC的专用5G网络最有用
带同步分享的未经许可的频谱（Unlicensed Spectrum(w/Synchronized Sharing)）
- 在新的无执照分配中（例如6 GHz），有机会引入新的共享机制
- 无线同步是改善共享的一种轻量级方法
- 在共址部署（co-sited deployments）中实现更可靠的性能；使免执照频谱适合URLLC应用

NR-U

未经许可的5G存在两种主要情况：

使用许可的锚部署5G NR： **有时称为许可辅助访问（LAA）NR-U**，它是LTE-LAA的类似物。它最适合寻求通过访问5GHz频谱获得容量增加的公共网络运营商。随着时间的推移，它将扩展到未经许可的6 GHz和毫米波（mmWave）频谱。
仅在无执照频谱中部署的5G NR：有时称为standalone NR-U，对于专用网络非常有用。在LTE的MulteFire中有一个类似于独立NR-U的模拟。但是，在5G情况下，NR-U在3GPP标准流程的早期就已指定。这使NR-U成为5G的本机操作模式。

在免许可场景下，针对5G提出了两种主要的频谱共享模式：

NR的异步共享频谱：这是一条适用于免执照频谱的现有共存规则内的演进路径，NR在这些频段中部署时必须遵守Listen-before-talk（LBT）共享协议。NR可以采用多种技术来提高这些共享频谱带中的可靠性和可用性。
同步共享频谱：这是目前正在评估和开发中的更高级方案。它具有更有效地共享频谱，更可预测，更可靠的性能的巨大潜力。但是，这种方法需要运营商之间共享具有共同同步参考的机制，并且需要监管机构的支持。最初在美国，后来在欧洲，6 GHz频段是此方法的理想选择。