5G专网组网原理和典型组网分享

摘要：4G改变生活，5G改变社会。随着5G技术的广泛应用，利用 5G 助力行业客户智能化、数字化转型的需求越来越多，为行业用户打造“专建专维·专用专享”的5G专有网络，提供具有定制化资源、服务质量保障、业务隔离的精品安全网是下一步网络演进的方向。本文主要描述了5G专网的组网原理和典型的案例分享，为行业客户部署5G专网提供经验借鉴。

关键词：5G专网；MEC；公网和专网

一、5G专网的组网原理

1、5G专网定义：5G 专网是指利用5G组网、切片和移动边缘计算等技术，从无线基站、承载网到核心网为行业用户单独建设，提供物理独享的5G专用网络，满足客户高清视频、VR/AR、工业互联网、车联网等个性化业务的发展需求。公网与专网的主要区别在于公网为社会大众服务，而专网为特定对象服务。

2、5G专网组网架构：5G 专网主要有无线接入网、承载网和核心网组成。无线接入网对一个或多个小区进行控制，同时提供无线资源管理、调度等功能。无线接入网通过 N2 接口与5GC核心网网元 AMF 对接，通过 N3 接口与用户侧部署的 MEC进行对接。5G专网MEC作为移动锚点，负责分组路由、转发、包检测及策略执行、流量上报等功能，并负责计费报告生成，满足行业用户对于边缘网络及业务能力的需求。5G专网的核心网网元还包括专用 AMF、SMF：AMF 用于注册、连接和移动性管理；SMF 用于会话管理、IP 地址分配、策略 执行和计费等功能； 5G 专网用户或专网终端注册成功后可发起数据业务、进行数据转发时，用户数据流将执行以下路由规则：专网终端—>专网基站—>专网 UPF/MEC—>企业内部应用。

3、5G专点及优势：5G 专网提供端到端的精细规划、设计、建设、维护及优化服务，移动边缘计算通过将算力部署到靠近客户的网络环境，通过算力下沉和5G边缘分流，实现更低延时、更大带宽的边缘算力、增值能力和行业应用、赋能不同行业。其具备三大优势，其一是数据不出园区业务，通过MEC的本地分流能力，实现企业园区业务在内部闭环；其二是提供低时延业务，减少到中心的传输，降低网络时延；其三是提供大带宽业务。减少骨干网传输，避免骨干网络业务抢占带宽资源；5G专网提供40+ICT融合服务，5G核心网能力全面开放，平均时延<10ms；边缘算力资源按需使用，按量付费；完备可靠的智能运维服务体系，7*24小时全方位实时监控，集成事件发现及通知能力、秒级解决；云网边端业五位协同：满足终端无线接入、边缘站点之间、边缘站点同主流云服务商、同自有数据中心的全场景连接服务。

4、5G专网的适用场景： 5G专网适用于车联网、物联网、视频流的分析、视频优化、增强现实和企业分流等场景。

二、5G专网典型组网-智慧矿山组网案例分享

1、组网背景：某水泥企业拥有多个水泥分公司和1个石灰石矿山分公司，年产熟料100多万顿和高标号水泥100万纯，被工信部列为智能制造示范试点企业。虽然矿山已进行了部分智能化改造，但仍存在生产环境恶劣、人工调度效率低、安全成本高、易发生伤亡事故等痛点；为进一步提升生产效率，实现水泥产业高质量发展，需求新技术新产品转型升级，将自动化水泥工厂转化为智能型工厂，考虑目前矿山无人化、智能化是业界趋势，企业提出在其矿区实现5G智慧矿山的需求。泰安联通依托强大的5G网络以及在云计算、物联网和行业智慧应用的丰富运营经验，制定基于5G+MEC技术的智慧矿山应用方案，包括5G挖掘机远程驾驶、5G无人矿卡的组网及应用等。通过研究新一代信息技术与工业技术融合应用，构建全域感知、边缘计算、数据驱动和辅助决策的智慧矿山平台。

2、智慧矿山专网方案

在矿山部署5个5G基站，全面覆盖矿卡和挖掘机作业区域；在园区内部署一台移动边缘计算设备MEC，园区数据在本地落地，不经过运营商的5G核心网以及公网，保障数据安全性，同时可以确保远程驾驶和无人驾驶的时延要求；基站和MEC之间通过联通传输设备相连；在矿卡和挖掘机分别部署5G CPE，承载视频、传感器和控制信号的传输。

3、智慧矿山无人矿卡和远程挖掘机方案

无人矿卡方案:矿卡上集成1~2个5G CPE，承载视频回传、传感器信息上传和控制信号下发。矿卡所有数据信息通过5G基站回传到中联水 泥厂区部  署的MEC，通过防火墙，再到矿卡自动调度系统；挖掘机远程驾驶方案：挖掘机上集成1个5G CPE，承载视频回传、控制信号下发;矿卡所有数据信息通过5G基站回传到中联水泥厂区部署的MEC，通过防火墙，对接挖掘机远程驾驶舱，整体时延确保30ms。

4、智慧矿山业务流向：MEC部署在园区内，确保企业数据不出园区；MEC（UPF）部署在边缘，下沉到企业机房；与企业内网通过专线连接；MEC（UPF）实现本地分流功能，确保企业数据不出园区，同时满足大带宽、低时延业务诉求；MEC与省中心网元连接，提供公网出口，对用户进行鉴权、计费、策略控制，同时与网管对接，进行网络运维

5、智慧矿山案例现象：5G的智慧矿山专网开通后，客户在使用挖掘机时出现延时大，丢包现象

6、智慧矿山案例处理过程

6.1 核心网查看客户使用的物联网卡数据是否正常：用命令DSP SESSIONINFO显示指定用户上下文；可以查看卡的IMSI，MSISDN,APN和相关的设备的IP地址

6.2 核心网用NGPING指令来测试到无线测的N3接口是否正常：NGPING: IPTYPE=IPv6, VPNNAME="5G_RAN ", SRCIPV6ADDR="2408:8140:80f0:9f20:0:0:0:401", DSTIPV6ADDR="2408:8160:00:0:0:0:0:11a", PACKETNUM=10000; N3接口PING的指令（N3基站的地址）

6.3核心网用PING指令测试到客户内网是否正常：

PING: IPVERSION=IPv4, VPNNAME="VRF_N6_Local_2B", SOURCEIPV4ADDRESS="10.10.0.201", DESTIPV4ADDRESS="192.168.50.41", PACKETCOUNT=10000;（客户服务器的地址）

6.4端到端的信令跟踪，在物网的AMF上增加指令添加跟踪TRACEID指令，让无线测查看信令是否正常:

核心测AMF700/750设置跟踪TRACEID指令：把TRCID的号给无线维护人员即可。

ADD E2ETRCTSK: IMSI="460061017194246", TRCID="46006-194246", NGRAN=RPT, TRCINTERFACE=NGC-1&XNC-1&UU-1&F1C-1&E1-1, TRCDPTH=2;

ADD E2ETRCTSK: IMSI="460061017194247", TRCID="46006-194247", NGRAN=RPT, TRCINTERFACE=NGC-1&XNC-1&UU-1&F1C-1&E1-1, TRCDPTH=2;

7、智慧矿山案例总结：处理5G专网的疑难投诉要掌握下面三个要点：其一是要有5G全程全网的概念和思路；其二是熟悉MEC定位故障的常用指令；其三是采用故障分段排除法。

三、5G专网典型组网-智慧矿山组网效果分析

5G+无人驾驶、5G+远程控制和视频监控等5G技术在水泥矿山的应用，实现恶劣环下的少人化无人化，大大提高生产的安全性，降低人工成本；通过智能调度系统提高运输效率，保障生产安全；矿用自卸车无人驾驶，同时兼容不同品牌；智慧矿山专网上线后，根据水泥企业对人工驾驶和无人驾驶车辆测算，无人驾驶油耗等运输成本可降低15%、轮胎寿命提高40%、运输效率提高了30%、使得矿山生产更加自动化、智能化，促进了传统产业水泥向数字化和智能化转型，让行业客户感受到高品质服务；同时智慧矿山组网在其他地区可复制推广，满足行业客户定制化的需求，促进数字技术与实体经济深度融合，不断做强做优做大我国数字经济。