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1、1云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005编号 ODCC-2023-03005云化 5G 专网技术白皮书开放数据中心委员会2023-09 发布I云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005版权声明版权声明ODCC(开放数据中心委员会)发布的各项成果,受著作权法保护,编制单位共同享有著作权。转载、摘编或利用其它方式使用 ODCC 成果中的文字或者观点的,应注明来源:“开放数据中心委员会 ODCC”。对于未经著作权人书面同意而实施的剽窃、复制、修改、销售、改编、汇编和翻译出版等侵权行为,ODCC 及有关单位将追究其法律责任,感谢各单位的配合与支持。II云化 5G 专网技
2、术白皮书ODCC-2023-03005编写组编写组项目经理:项目经理:张久仙中移(苏州)软件技术有限公司工作组长:工作组长:王超阿里云计算有限公司贡献专家:贡献专家:郝文杰中移(苏州)软件技术有限公司赵立芬中移(苏州)软件技术有限公司张飞中移(苏州)软件技术有限公司徐军中移(苏州)软件技术有限公司杨柳天翼云科技有限公司张亮天翼云科技有限公司蒋星思科(中国)有限公司凌军思科(中国)有限公司黄浩思科(中国)有限公司吴鹏思科(中国)有限公司石磊深圳艾灵网络有限公司潘自全深圳艾灵网络有限公司III云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005引引 言言2019 年 6 月 6 日工业和信息化
3、部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电四家运营商发放 5G 商用牌照,中国正式进入5G 商用元年。在消费者领域从无到有的 5G 终端出货量 4 年后提升到了国内全部手机出货量的 78.8%,成为市场主流,为了保障消费者的 5G 使用体验,四大运营商也基于适度超前布局的策略四年在国内 5G 基站总数建设达到 293.7 万个,占移动基站总数的 26%;覆盖所有地级市城区、县城城区,以上基础设施的能力也支撑 5G 移动电话用户达 6.76 亿户,占移动电话用户的 39.5%。在 5G 技术出现之后业界的关注点除了在消费者领域以外,更看重对于面向企业的应用场景。赋能千行百业是业界对于 5G
4、技术的期待,而能满足这样期待的实际技术方案就是 5G 专网。中国发放 5G牌照以来,国家出台多项政策大力支持 5G 专网建设。5G 应用“扬帆”行动计划(2021-2023 年)中明确要求“支持各地结合区域需求,建设 5G 行业虚拟专网,探索建网新模式,形成区域先导效应”,提出到 2023 年“建成超过 3000 个 5G 行业虚拟专网”;“十四五”信息通信行业发展规划中明确要求“面向行业应用需求,推动 5G 行业虚拟专网建设模式、运营服务、技术方案创新与成熟,促进 5G 行业虚拟专网规模化发展”,提出全国 5G 虚拟专网数量要从 2020 年底的 800 个增长到 2025 年底的 5000
5、 个,年均增速44%。在政策推动及业内各方的共同努力下,5G 专网发展驶入快车IV云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005道。工信部数据显示,截至 2022 年 9 月,全国已累计部署 5G 行业专网超 10000 个,远超政策文件预期目标。在专网建设绝对数量得到提升的同时,国家同步也关注 5G 走入工厂,提出要打造 5G 全连接工厂,进一步拓展“5G+工业互联网”典型应用场景,促进 5G 在工业生产中由“局部单点”向“生产全局”、由“外围应用”向“生产核心”创新发展,加快工业企业数字化转型步伐。2022 年 9 月,工业和信息化部发布5G 全连接工厂建设指南,明确了 5G 全
6、连接工厂建设的总体要求、建设内容和建设路径,标志着“5G+业互联网”由起步探索阶段迈向精耕细作阶段。到了这个精耕细作阶段我们会发现对于 5G 专网的下一步建设优化提出了新的需求和挑战。V云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005目目 录录版权声明.I编写组.II引言.III术语与缩略语.VII一、背景.1二、5G 网络技术架构.4(一)基站.5(二)5G 核心网.6(三)传输网.8三、5G 专网现状.10(一)工业专网,一网到底.10(二)专网从定制化到服务化,一目了然.11(三)云网业协同,1+1+13.13(四)专网云化技术趋近成熟.15(五)交付运维效率亟待提升.16四、云
7、化 5G 专网关键技术.17(一)OpenAPI.17(二)云边互联.18(三)网络加速.18(四)CPU 绑核.19(五)大页内存.19(六)租户隔离.20VI云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005(七)容器技术.21(八)灰度升级.22五、构建云化 5G 网络.23(一)典型业务场景.23(二)5G 云梯.26(三)边缘智能小站(EIS).27(四)边缘智能云(EIC).29(五)容器服务(KCS).30(六)思科 5G 企业专网.31(七)艾灵 5G 工业专网.33六、技术展望.35(一)无线云化演进.35(二)UPF 网元白盒化.35(三)网元无状态化改造.36(四)
8、5G 与企业网络融合.36(五)容灾设计.37(六)5G 数字化运营.38VII云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005术语与缩略语术语与缩略语5GC5G 核心网5G Core NetworkAMF接入和移动管理AccessandMobilityManagementFunctionAUSF鉴权服务功能Authentication Server FunctionDN数据网络Data NetworkDPDK数据平面开发工具包Data Plane Development KitMEP边缘计算平台Multi-access Edge Compute PlatformNEF网络能力开放功能
9、Network Exposure FunctionNFV网络功能虚拟化Network Functions VirtualizationNRF网络存储功能Network Repository FunctionNSMF网络切片管理功能Network Slice Management FunctionNSSF网络切片选择功能Network Slice Selection FunctionPaaS平台即服务Platform as a ServicePCF策略控制功能Policy Control FunctionSDN软件定义网络Software Defined NetworkSMF会话管理功能Sess
10、ion Management FunctionSMSF短消息服务功能Short Message Service FunctionSRIOV单根 I/O 虚拟化Single Root I/O VirtualizationUDM统一的数据管理Unified Data ManagementUPF用户面功能User Plane Function1云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005一、一、背景背景数字中国中把 5G 和算力等视为重要的基础设施,一方面天地一体网络演进对产品数字化提供了连接基座,另一方面网络也开始从硬件为主体的架构向虚拟化、云化、服务化的方向发展,以期实现弹性资源分配
11、、敏捷灵活组网、自动智能运行等目标。从 5G 运营商的需求角度分析,首先,5G 网络需要支持大带宽、低时延和广连接,本身对边缘云就提出了要求。其次,面向 5G 行业应用,客户需要连接能力、算力资源、应用等的一揽子解决方案。而利用云服务商的软件堆栈和服务能力加速 IT 应用创新,这这也为运营商和云服务商合作提出了要求。从公有云的发展角度分析,首先,国内公有云市场已经形成了阿里云、华为云、天翼云、移动云等巨头相互争霸的局面,竞争高度激烈,亟需开拓新的市场。其次,以天翼云和移动云为代表的公有云技术快速发展,具备了承载网元的基本条件。最后,面向政企客户数字化转型,云服务商拥有大量的客户群体和上云实践,
12、也将5G 专网视为通向更高价值服务和构建企业数字化转型的重要抓手。商业模式方面,中国电信的 5G 专网分为“致远”(与公网共享)“比邻”(与公网部分共享)“如翼”(独立部署)三类服务模式。中国移动采用 5G 专网 BAF 商业模式,对内牵引 5G 建设的资源投放,重构运维、服务、支撑体系,对外提供“简单易懂、按单点菜”的灵活套餐匹配客户关键需求,包含流量、带宽、基站数、运营、运2云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005维服务等多种计费量纲,并提炼多档高频组合套餐,满足多样化付费需求,如图 1 所示。图 1 中国移动 5G 专网 BAF 商业模式5GC 和 RAN 侧 CUPS
13、分离架构,SBA 特性等,以及公有云技术快速发展,都为云服务商承载 5G 网络奠定了基础。宏观上,公有云方案仍处于探索阶段。国外 AWS 从最初与运营商合作提供服务于 5GMEC 的 IT 类服务,到为 5G 专网、5G 公网的 NFV 网元提供承载平台,逐步演进到将 5G 专网作为 AWS 的一项云服务。微软收购 AT&T 的网络云,打造 AFO。谷歌也推出无线专网解决方案。国内目前虽然未有大规模、稳定的商用案例,但是国内各云商和运营商纷纷布局,国内天翼云在探索基于公有云承载 5GC 网络,且有小规模实践效果。腾讯、阿里等等也希望深入 5G 技术研发。2022 年 4 月 19 日,中国电信
14、与腾讯联合发布 5G 电竞专网解决方案,在天翼云上部署自研 5GC、电竞专网运营管理系统,配合现场部署的 UPF、5G 小站等设备,打造了 WiFi5G 双发选收的赛事网络保障方案。将网络部署时间缩短至数小时,且针对电竞场景进行深度优3云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005化,拥有超低时延、高可靠性、网络隔离能力且集成了腾讯安全能力。已经在王者荣耀职业等联赛中应用。2023 年中国移动基于一体化集成模式,推出按需集成 UPF、Lite-5GC、MEP、BBU、IMS 等能力的 5G 专网定制化的集成解决方案。采用通过自研+联合研发模式,打造 5G 专网边缘一体化的集成解决方案
15、和产品,有效降低 5G 核心网产品集采价格和建设成本,助力公司数智化赋能生产和社会治理。2020 年 3 月 10 日阿里达摩院宣布成立 XG 实验室,专注于 5G 技术与应用创新。主要聚焦在 5G 基础设施(多种形态的 5G 专网、白盒基站、云化核心网、开放 UPF、MEC 虚拟化及资源调度)、音视频编解码及传输协议、5G 应用创新等方面。已经在探索轻量化/容器化5GC 产品架构设计。因此,公有云快速发展及 5G 对算力需求,促进了云网更深层次的融合。4云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005二、二、5 5G G 网络技术架构网络技术架构5G 网络技术架构是指为实现 5G 移
16、动通信而设计的网络架构。它是以前一代移动通信网络的演进和改进,旨在提供更高的数据传输速率、更低的延迟、更大的容量和更好的网络连接稳定性。以下是 5G 网络技术架构的主要组成部分:1.用户设备(User Equipment,UE):用户设备是指连接到 5G网络的移动设备,如智能手机、平板电脑、物联网设备等。用户设备通过空中接口与 5G 基站进行通信。2.基站(Base Station):基站是 5G 网络的无线接入点,负责与用户设备进行通信。5G 基站采用了新的技术标准,如多输入多输出(MIMO)、波 束 赋 形(Beamforming)和 大 规 模 天 线 阵 列(Massive MIMO)
17、,以提供更高的数据速率和更好的网络覆盖。3.核心网(Core Network):核心网是 5G 网络的中枢,负责处理和路由用户数据、控制信令和提供网络服务。5G 核心网采用了新的架构,如 5G 核心网(5GC)或 Evolved Packet Core(EPC),以支持更高的数据传输速率和更低的延迟。4.边缘计算(Edge Computing):5G 网络技术架构还涉及边缘计算技术,将计算和存储资源移动到更接近用户的位置,以降低网络延迟并提供更快的响应速度。边缘计算可以支持 5G 网络中的实时应用和服务,如智能城市、工业自动化和虚拟现实等。5云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-030
18、055.软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV):为了提高网络的灵活性和可编程性,5G 网络技术架构采用了软件定义网络和网络功能虚拟化的技术。SDN 可以实现网络资源的灵活配置和管理,而 NFV 则可以将网络功能虚拟化为软件实体,提供更高效和可扩展的网络服务。(一)(一)基站基站图 2 5G 基站组成部分如图 2 所示,5G 基站主要包括 RU(Radio Unit),CU(CentralUnit)和 DU(Distributed Unit)三部分,它们分别负责不同的功能。RU 用于实现无线信号的传输和接收,负责将数字信号转换为无线信号,并将其发送到用户设备,或者接收来自用户设备的无线
19、信号并将其转换为数字信号。CU 模块是基站的中央控制单元,负责基站的整体控制和协调。它包含了基站的控制平面(Control Plane)功能,处理信令和网络管理等任务。CU 模块负责与核心网进行通信,6云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005管理基站的接入和移动性管理,以及资源的分配和调度。它还负责与其他基站进行协同工作,实现无缝的无线覆盖和用户切换;进一步 CU 还会分为 CP 和 UP 模块,分别负责控制和转发。DU 模块是基站的分布式单元,负责基站的无线接入功能。它包含了基站的用户面(User Plane)功能,处理数据传输和处理等任务。DU 模块负责接收和发送用户数据,
20、包括语音、视频和其他数据流。它还负责基站的射频处理和信号传输,将无线信号转换为数字信号,并进行调度和传输。通过将 CU 和 DU 模块分离,5G 基站可以实现灵活的部署和扩展。CU 模块可以集中部署在核心位置,负责整体控制和管理,而 DU 模块可以分布在基站附近,负责无线接入和数据传输。该架构目前除了 RU 单元,CU/DU 均可以实现虚拟化部署,这也是基站虚拟化基础。(二)(二)5 5G G 核心网核心网5G 核心网架构相对以往的移动通信架构,最明显的变化在于引入了服务化架构。5G 核心网的服务化架构包含以下主要特征:1.网络功能服务化:如图 3 所示,传统的网络功能被拆分成独立的服务单元,
21、每个服务单元提供特定的网络功能,例如用户鉴权、会话管理、流量控制等。这些服务单元可以根据需要独立部署和扩展,实现按需使用和资源共享。7云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005图 3 5G 核心网组成部分2.服务网格引入:服务网格是一种用于管理和调度网络服务的架构。它通过将服务单元组织成网格结构,提供服务发现、负载均衡、故障恢复等功能,以实现服务的高可用性和弹性。服务网格还支持服务间的通信和协作,确保服务之间的无缝集成和协同工作。3.采用云原生技术:5G 核心网的服务化架构采用云原生技术,包括容器化、微服务架构和自动化管理等。容器化技术可以实现快速部署和弹性扩展,微服务架构可以将
22、复杂的网络功能拆分为独立的服务单元,自动化管理可以提高运维效率和资源利用率。4.API 和开放接口:5G 核心网的服务化架构通过 API 和开放接口,提供对网络功能的访问和调用。这些接口允许第三方应用程序和服务提供商与核心网进行集成,实现更多的创新和个性化服务。8云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005通过服务化架构,5G 核心网实现了更高的灵活性和可扩展性,同时也为核心网云化打下了坚实基础。(三)(三)传输网传输网5G 传输网是为支持第五代移动通信(5G)而设计的网络基础设施,主要负责传输和承载大量的数据流量。它是 5G 网络的重要组成部分,旨在提供高速、稳定和可靠的网络连接
23、。5G 将为企业和消费者提供大量的新型应用,包括随时随地的视频(如视频通话或会议)、实时通信(如触觉互联网)、超可靠通信(如远程医疗)、高密度大带宽接入(如高速互联网)、高速移动接入(如高铁)、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、超大规模物联网(如 M2M 或传感器网络)等。这些在时延、可靠性、接入带宽、容量与覆盖、技术创新等方面对运营商网络提出了更高的要求。以下是 5G 传输网的一些典型特点:1.高速传输:5G 传输网采用了先进的传输技术和协议,如光纤通信和高频段无线传输,以实现更高的数据传输速率。这使得 5G 网络能够支持大规模的高速数据传输,满足用户对于高清视频、虚拟现实和增强现实等应用
24、的需求。2.低延迟:5G 传输网通过优化网络架构和使用更快的传输协议,实现了更低的传输延迟。这对于实时应用和服务,如智能交通、远9云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005程医疗和工业自动化等,非常重要。低延迟可以提供更快的响应时间和更可靠的连接。3.大容量:5G 传输网具备更大的容量,能够承载大量的数据流量。它采用了高频段的无线传输和更高效的数据压缩技术,以满足日益增长的移动数据需求。这使得 5G 网络能够支持大规模连接和高带宽应用,如物联网和云计算等。4.网络切片:5G 传输网支持网络切片技术,即将网络资源划分为多个独立的虚拟网络,以满足不同应用场景的需求。通过网络切片,5G
25、 传输网可以为不同行业和应用提供定制化的网络服务和资源分配,提高网络的灵活性和可定制性。5.兼容性:5G 传输网与现有的网络基础设施兼容,并支持与 4GLTE 网络的平滑过渡。这意味着现有的基站和设备可以逐步升级到5G,而无需进行大规模的基础设施更换。10云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005三、三、5 5G G 专网现状专网现状(一)(一)工业专网,一网到底工业专网,一网到底5G 技术低时延、超可靠、大连接的特性,弥补了比如 WiFi,蓝牙等传统无线技术在工业领域应用所出现的厂区覆盖范围有限、网络稳定性不佳、终端连接率不足等方面的问题。5G 专网将成为工厂内网的基础设施。传
26、统的工业网络是金字塔式的层次化架构网络,也就是大家经常提到的 IT 网络和 OT 网络,其中工厂级网络以 IT 网络为主,车间级网络和现场级网络以 OT 网络为主。当下的 5G 专网在很大程度上都以 IT 网络所使用的场景部署为主,在 OT 网络里面也多数以面向OT 到 IT 的北向接口方向为主,也就是通常意义上的数采、视频监控、安防、ERP 等场景,而对于用于现场实时控制的 OT 网络,也就是 OT 网络的南向接口业务基本渗透较少。车间级、现场级工业网络多数采用“集中管理、分散控制”的模式,一般采用工业以太网作为连接技术,PLC(机器人控制)和现场设备层设备(I/O)之间通过工业总线/工业以
27、太网采用树形/环形/总线型网络拓扑结构进行连接,其中工业总线/工业以太网使用专用线缆,接头使用专用快速连接接头,对应网络使用的协议也和具体的设备厂家强耦合,以保证网络通讯的稳定性和实时性。这样的组网方式存在较大的局限性。一是限制了工业制造的灵活性、柔性和高效性,产线调整需要重新规划和部署有线网络,调整效率和灵11云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005活性均有很大限制;二是机器人机械臂的末端工业以太数据通信接口在多任务切换场景中,由于需要与不同外挂 I/O 间频繁插拔切换易造成通信接口磨损导致通信失败;三是机器人在重复性大角度旋转作业场景中,对工业以太数据线频繁进行拉伸、旋转加
28、速线缆老化导致潜在断线风险。如果将诸如传感器、机器臂等工业设备以 5G形式接入工业以太网,通过减少产线有线束缚、减少产线人工干预,有效提升产线效率。在 PLC 南向 I/O 和机器人控制业务实现 5G 无线化后可以大大提高设备开工率,降低相关故障带来的产能损失。但是南向业务特点对于网络的要求也十分苛刻,比如在 PLC 与 I/O 之间每 4ms 发送状态和控制信息,看门狗次数设置为 2 的场景下,若PLC 与 I/O 之间数据传输错误,将会导致机器人停机,因而要求通信 网 络 的 端 到 端 数 据 传 输 时 延 抖 动 3x4ms,可 靠 性 满 足99.99999.9999%。针对以上的
29、业务需求,5G 专网需要在自身空口调度技术,5GLAN 特性,工业网络协议支持,多业务并行,双发选收的可靠性增强等端到端的网络能力方面进一步增强,也只有这样才能使 5G 具备在工业场景一网到底的能力,让企业用户的核心生产网络进一步降本增效,把 5G 专网从盆景走向森林。(二)(二)专网从定制化到服务化,一目了然专网从定制化到服务化,一目了然根据 3GPP 标准定义,5G 专网分为独立部署模式(SNPN)和公网集成模式(PNI-NPN),其中公网集成模式又根据与公网共享程度不同12云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005分为“与公网部分共享(共享 RAN 或共享 RAN 及核心网
30、控制面)”与“与公网端到端共享”。目前国内三大运营商的 5G 专网业务根据不同客户的需求,采取不同的服务模式推出了各自不同的产品系列。中国移动推出“优享、专享、尊享”的 5G 专网产品体系。中国电信推出三类模式:以“致远、比邻、如翼”三类服务模式为基础服务不同行业客户,实现“云网一体、按需定制”。中国联通的 5G 专网分为虚拟专网、混合专网、独立专网三种部署方式。对比以上运营商的专网产品可以看到产品设计的着重点在于部署方式的不同,从而实现了不同定制化的专网模式,以上不同产品概念的推广在企业客户层面虽然构建了对应的产品体系,但是也会让企业客户纠结于不同部署方式的差异,同时通信网功能自身的标准化方
31、式也让不同的产品忽略了差异化,最终变成了价格的竞争。网络对于企业客户始于建设,但终于服务,这和公网消费者场景有很大的差异,所以专网到了目前阶段需要关注其提供的服务能力如何满足企业客户的需求。专网的服务能力是以网络能力,平台能力为基础,通过一些自服务系统,自动化接口实现对网络能力的使用,这与现在的云服务体系不谋而合。云平台对于下层的基础设施进行了高度抽象,然后在此抽象上进一步抽象为不同的服务能力,企业最终使用的是具体的数据库服务能力,算力能力,AI 能力等,企业只需要关注其自身的业务能力建设,毕竟这才是企业发展的基石。13云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005因此在下一步专网项
32、目推进的过程中需要进一步向企业客户提供服务能力,构建专网服务平台,对于网络能力,运维能力,管理能力等进一步的抽象化,以业务可被感知和理解的方式提供给客户,客户更多关注在使用这些能力对其业务发展提供弹药库,助力其降本增效,避免过度关注于专网的部署方式,专网的版本特性,5G 演进的技术细节等,这些是专网提供商所需要解决的技术问题,最终实现底层支撑技术和上层业务使用能力的解耦。(三)(三)云网业协同,云网业协同,1 1+1+1+1+13 3目前的网络应用主要采用基于文件的模式,即应用服务是由文件传输触发和推动的。例如,在访问网站时,我们实际上是从网络服务器上下载多个文件。类似的场景还包括音乐、游戏和
33、在线电影,这些内容通常被分成若干个文件,一个接一个地传输到用户终端。基于文件传输的应用对网络性能的要求相对有限,通常只关注特定文件的总完成时间的统计,而不关心每个数据包的到达时间,特别是抖动。因此,网络的主要角色是传输文件,更多的带宽意味着更好的性能。目前 IP 网络出色地实现了“尽力而为”的设计,即统计学上的最优解决方案,完全满足了这种需求。然而,随着网络技术的快速发展和部署,越来越多的行业开始在实际场景中使用网络技术并打破了“带宽等于质量”的规律。设想对远程基础设施进行实时控制的触感互联网,为工业 4.0 或远程医疗等多种应用领域提供支持。沉浸式视频流应用,如 HTC 3D 图像14云化
34、5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005流,将帮助人类操作员和远程机器之间实现实时和沉浸式互动。具体来说,在远程工业管理中,需要实时监测和控制工业基础设施的运行。触感传感器帮助远程人类操作员通过他们的动觉反馈来控制机器。操作员和机器之间的这种交互一个重要组成部分是实时视觉反馈。在这些场景下,网络需要具有非常低的延迟(接近零)以进行实时互动,同时需要提供高带宽以支持视频传送。此外,网络还需要在各种信号之间进行严格同步,以实现互动控制的感觉。未来,这种基于控制的触感网络和相关应用将有广泛的应用场景,特别是在制造业、远程控制(包括手术、汽车控制、相互合作)等领域。以上愿景的实现背后依靠的就
35、是云网业的协同,这里的协同不仅仅是通过一体化部署的形式来实现的资源的融合节约,也不是纯粹技术能力的相互借鉴,而是借助这样的协同实现高于当前业务应用的能力,延展出新的场景,助力新的业务普及。图 4 云网业协同网络架构15云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005图 4 所描述的解决方案方法就是通过三者的协同旨在提供为工业自动化用例提供控制即服务的业务能力,从而改变现有工业控制自动化的业务模型。该系统初期以专有云平台的形式实现,在虚拟化云平台上部署后 5G 专网和虚拟化控制设备,通过 5G 无线网络实现多个站点终端的弹性互联,打破了之前工业网络金字塔式的设计,实现扁平化网络架构,业务
36、的柔性能力得到显著提升,可以应用于移动云化机器人,厂房互联,闭环的工业自动化控制,模块化的产生等业务场景。(四)(四)专网云化技术趋近成熟专网云化技术趋近成熟随着 5G 技术的快速发展和广泛应用,云化技术的引入为 5G 专网带来了更高的灵活性、可扩展性和效率。首先,5G 专网云化技术通过将网络功能和服务从传统的硬件设备中解耦,转移到云端的虚拟化环境中。这种架构的优势在于可以实现资源的弹性分配和动态调整,提高网络的灵活性和可管理性。云化技术还可以实现网络功能的快速部署和升级,大大缩短了新服务的上线时间。其次,5G 专网云化技术通过虚拟化和软件定义网络(SDN)等技术手段,实现了网络的可编程性和自
37、动化管理。通过集中管理和控制,网络管理员可以更加高效地配置和管理网络资源,快速响应16云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005用户需求。同时,云化技术还支持网络切片,可以将网络资源划分为多个独立的虚拟网络,为不同的应用场景提供个性化的网络服务。最后,5G 专网云化技术在安全性方面也有所突破。通过云端集中管理和监控,可以更好地实施安全策略和防护措施,提高网络的安全性和可靠性。同时,云化技术还可以实现故障隔离和容灾备份,提供更高的可用性和弹性。总体而言,5G 专网云化技术正朝着成熟的方向发展。它为 5G网络的高效运营和应用提供了强大的支持,将为各行各业带来更多创新和机遇。随着技术的
38、不断进步和应用的推广,相信 5G 专网云化技术将进一步成熟和完善,为数字化时代的网络连接提供更好的基础设施。(五)(五)交付运维效率亟待提升交付运维效率亟待提升5G 专网作为一种新兴的网络技术,目前在交付运维效率方面仍然存在一些亟待提升的问题。尽管 5G 专网在带宽、速度和连接性方面具有明显的优势,但在实际应用中,仍然面临一些挑战。首先,5G 专网的交付过程相对复杂。与传统的网络相比,5G 专网交付需要进行精确的规划、部署和调试,以确保网络的正常运行。然而,由于 5G 专网技术的相对新颖性和复杂性,目前在交付过程中存在一些技术难题和人力资源不足的问题,导致交付效率不高。17云化 5G 专网技术
39、白皮书ODCC-2023-03005其次,当前以设备交付为中心的交付流程,从工堪,规划,施工,交付到最终验收,再到日常运维,这一系列流程的人力/物力投入,给专网交付造成极大压力,据不完全统计,在面向中小企业 5G专网项目中,交付成本占比高达 50%以上,同时非常影响交付效率。此外,5G 专网设备形态交付导致对运维人员技能水平和知识水平要求极高,中小企业中往往不具备相关人才,这直接导致 5G 专网目前只能服务于大型企业,无法在中小企业得到有效普及。最后,为了应对企业客户频繁的需求变化,设备开发商需要更快,更敏捷的进行软件迭代,这对于设备形态交付的产品而言,存在巨大挑战。四、四、云化云化 5 5G
40、 G 专网关键技术专网关键技术(一)(一)OpenAPIOpenAPIOpenAPI 技术是一种用于构建和管理应用程序接口(API)的技术。它提供了一套标准和工具,使开发人员能够定义、发布、文档和管理 API,以便其他开发人员或应用程序可以使用这些 API 进行集成和交互。OpenAPI 技术通常使用基于 RESTful 架构的方式,并使用 JSON 或 YAML 等格式来描述 API 的规范和交互方式。通过使用OpenAPI 技术,开发人员可以更加方便地创建和管理 API,并促进不同系统之间的集成和数据交换。在 5G 专网领域,这种技术通常用于构建网元业务功能接口以及运维接口。18云化 5G
41、 专网技术白皮书ODCC-2023-03005(二)(二)云边互联云边互联云边互联技术是一种将云计算和边缘计算相结合的技术。它旨在通过将计算、存储和网络资源分布在云端和边缘设备之间,实现更高效的数据处理和服务提供。云边互联技术可以将数据的处理和分析推向边缘设备,减少数据传输的延迟和带宽消耗。同时,它也可以将边缘设备上产生的数据传输到云端进行进一步的处理和存储。在 5G 云化领域,通常用于云上与云下之间互联互通,包括 5G 核心网管理与控制面之间,5G 核心网控制面与转发面之间,基站与 5G核心网控制面之间,5G 核心网数据面与云上业务之间。虽然 5G 核心网已经实现了服务化架构,但部分非服务化
42、接口仍然得到了保留,如 N2 接口(基站与 AMF 之间接口,采用 SCTP 协议)/N4 接口(SMF 与 UPF 之间接口,采用 PFCP 协议),由于这些协议在公网路由设备中支持度不高,对于这些接口需要云边互联的场景,目前主流的云边互联技术采用隧道或协议转换方式完成。从远期技术演进角度考虑,云需要在安全组,负载均衡,NAT 等增加对电信协议如 GTP、SCTP、SIP、NG-AP 等的支持。(三)(三)网络加速网络加速UPF 为数据转发面网元,通常需要处理较大的流量。基于云服务器部署 UPF 网元如何兼顾灵活性与性能问题是一个需要重点考虑的问题。目前业界比较成熟的方案为采用 DPDK 技
43、术提升数据转发性19云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005能。对于多实例共享物理设备的场景,还需要采用 SRIOV 技术,对物理网卡进行拆分,以满足多实例共享网卡的需求。在上云后,为了更好的兼容各厂商的 UPF,可以将 UPF 部署在用户态的虚拟机内。部署 UPF 的虚拟机采用 virt-IO 叠加 DPDK 来提供网络加速能力。(四)(四)C CPUPU 绑核绑核CPU 绑核是一种将特定的 CPU 核心与应用程序或进程进行绑定的技术。在多核处理器系统中,每个 CPU 核心都可以执行独立的指令流。通过将应用程序或进程绑定到特定的 CPU 核心上,可以提高系统的性能和效率。CP
44、U 绑核可以用于优化多线程应用程序的执行。通过将不同的线程绑定到不同的 CPU 核心上,可以避免线程之间的竞争和资源争用,提高并行执行的效率。此外,CPU 绑核还可以用于实时系统,确保关键任务在指定的 CPU 核心上得到优先执行,从而提高系统的响应性和可靠性。该技术对于 5G 专网中需要稳定性能的网元,如核心网数据面,虚拟化基站,都是必不可少的。(五)(五)大页内存大页内存大页内存(Huge Pages)是一种内存管理技术,用于改善系统的性能和效率。传统的操作系统将内存划分为固定大小的页面(通20云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005常为 4KB),而大页内存则将内存划分为更
45、大的页面(通常为 2MB或 1GB)。使用大页内存可以减少内存页表的大小,从而降低了内存访问的开销。大页内存对于一些特定的应用场景非常有用,特别是需要大量内存的应用程序,如数据库、虚拟化和高性能计算等。通过使用大页内存,可以减少 TLB(Translation Lookaside Buffer)缺失,提高内存访问的效率,从而提升应用程序的性能。该技术在 5G 专网中的各网元中均有使用,可以有效提升用户上下文处理效率。(六)(六)租户隔离租户隔离租户隔离技术是一种在多租户系统中实现租户之间资源隔离和安全性的技术。在云计算和软件即服务(SaaS)等多租户环境中,不同的租户共享同一套基础设施和资源,
46、但需要确保彼此之间的数据和操作相互隔离,以保护各个租户的隐私和安全。租户隔离技术可以通过多种方式来实现,包括:1.虚拟化:使用虚拟化技术,将不同的租户隔离在独立的虚拟机、容器或命名空间中,使它们在资源和网络上相互隔离。2.访问控制:通过访问控制策略和权限管理,限制不同租户之间的访问和操作权限,确保只有授权的租户可以访问其自己的资源和数据。21云化 5G 专网技术白皮书ODCC-.数据隔离:使用强大的数据隔离机制,如数据库隔离和加密,确保不同租户的数据在存储和处理过程中相互隔离,防止数据泄露和交叉污染。4.监控和审计:建立全面的监控和审计机制,对不同租户的活动进行监控和记录
47、,及时发现异常行为并采取相应措施。租户隔离技术对于保障多租户系统的稳定性、安全性和可靠性非常重要,确保不同租户之间的资源和数据相互独立,提供良好的用户体验和服务质量。在 5G 上云项目中,必须基于客户诉求,合理的选择租户格式方式。(七)(七)容器技术容器技术基于容器技术构建 5G 专网,可以有效加速开发和部署的过程,提高系统的可靠性和可维护性。容器技术是一种虚拟化技术,用于隔离和管理应用程序及其依赖的运行环境。通过容器技术,可以将应用程序及其相关组件打包成一个独立的容器,包括所需的库文件、配置和运行时环境等。这些容器可以在不同的操作系统和平台上运行,而无需担心兼容性和依赖性问题。容器技术的主要
48、优势在于轻量级和快速启动。相比于传统的虚拟机技术,容器技术更加轻量级,因为它们共享操作系统内核,不需要每个容器都运行一个完整的操作系统。这使得容器的启动和停止非常迅速,并且可以在较小的资源开销下运行多个容器实例。22云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005常见的容器技术包括 Docker 和 Kubernetes。Docker 是一种开源的容器平台,它提供了一个简单易用的工具和接口,用于创建、部署和管理容器。Kubernetes 是一个容器编排和管理平台,用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。与传统硬件路由器相比,虚拟路由器通常部署在基于 X86 的通用服务器上,可以根据服
49、务器的 CPU、内存资源灵活调配路由器的扩展能力,同时借助于公有云技术,将虚拟路由器部署在云端,可以实现在更复杂的分布式路由环境中,路由软件的各个部分在整个网络中移动和集中控制管理。早期的虚拟路由器产品部署在服务器的 Hypervisor 层,封装 Linux 操作系统,不仅占用服务器内存、硬盘资源多,而且启动时间长。最新的虚拟路由器产品均采用容器化部署方式,可以部署在 Docker 或 K8s 上。容器化虚拟路由器的主要优势在于可在通用 Kubernetes 协调层上运行路由功能,允许客户管理路由功能,类似于在数据中心或公有云中运行的其他应用。其主要特征为:系统资源消耗小,启动速度快,极富弹
50、性、稳定且易于扩展。这些特性应对 5G 复杂的网络需求具有天然优势(八)(八)灰度升级灰度升级灰度升级技术(Gray Upgrade)是一种软件或系统升级的策略,通过逐步将新版本的功能和变更应用到部分用户或系统中,以验证23云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005新版本的稳定性和兼容性。与传统的全量升级不同,灰度升级可以减少升级过程中的风险和影响范围。在灰度升级中,先选择一小部分用户或系统进行升级,这些用户或系统被称为灰度用户或灰度环境。在灰度环境中测试新版本,收集反馈并解决问题。如果新版本在灰度环境中表现良好,可以逐步扩大升级范围,直到全部用户或系统都完成升级。灰度升级技术可
51、以带来多个好处。首先,它可以降低升级过程中的风险,因为问题只会影响到一小部分用户或系统,而不是全部。其次,它可以提供实时的反馈和数据,帮助开发团队及时发现和解决问题。最后,灰度升级还可以平滑地过渡到新版本,减少用户的不适应和学习成本。相对于传统 2C 用户,2B 专网客户需求迭代更为频繁,基于云环境的资源弹性优势,使用灰度升级技术实现软件版本的快速迭代,以满足客户 5G 专网需求是必要的。五、五、构建云化构建云化 5 5G G 网络网络(一)(一)典型业务场景典型业务场景针对 5G 专网,有多部署方式可以选择。根据 IDC 的一份调研报告,如表 1 所示,是针对不同垂直行业的 5G 专网的部署
52、模式。这是由不同行业的业务类型,安全需求,网络需求、流量模式等决定的。表 1 不同业务类型的 5G 专网部署模式24云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005垂垂直直行行业业预预期期采采用用率率预预期期的的主主导导云云模模型型应应用用场场景景制造业制造业高高本地实时自动化/过程自动化、监控、AGV、工业控制、sm 艺术工厂,数字双胞胎政府和公共部政府和公共部门门高高混合视频应用、监控、站点自动化、LMR 现代化(例如,公共安全)挖掘挖掘高高本地远程监控、数字化运营、数据精选和管理、AGV、自动提取、数字双胞胎能源(油和气能源(油和气等)等)中等中等本地远程监控、数字化运营、数据精
53、选和管理、AGV、自动提取、数字双胞胎实用程序实用程序中等中等本地变电站数字化、传感器连接、监控、预测性维护、物联网医疗保健医疗保健中等中等混合视频、危害感知监控/跟踪、嵌入式智能交通运输交通运输中等中等混合监控和跟踪、危害感知、监控教育教育中等中等混合支持研发和创新实验室、数据隐私、园区连接、各个园区的网络标准化零售零售中等中等主要是公共云 视频应用、跟踪和监控、POS 设备、智能看板其其他他低低主要是公共云 企业通信、多云应用、协作对于通信运营商(CSP)而言,选择合适的部署方式,应用于不同的垂直行业,不断优化其网络,在成本、性能、上市时间和服务产品等方面实现差异化。5G 正向云原生解决方
54、案转变。特别是软件组件(例如,5GC 核心网、vRAN 和其它管理软件)可以跨本地、云边或中心云基础设施的混合云模型进行部署。这从根本上改变了企业使用和部署 5G 专网的方式。企业客户可以尝试云化的 5G 专网网络功能和服务,并在公有云中灵活扩展到更强大的计算资源平台。25云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005为了解决 5G 专网交付运维效率问题,移动云提出了 5G 专网服务平台概念,基于统一云基础设施,云能力平台,协助 5G 设备商上云,提供统一的运维运营平台。图 5 5G 专网服务平台基于该架构,5G 设备供应商只需提供软件服务,软件服务所依赖的部署平台,中间件服务,如数
55、据库,消息队列,负载均衡等均由移动云提供,设备供应商无需再进行这些产品的运行维护,只聚焦自身业务的开发和运维,并将自身能力注册至运营商的运维平台。运营商提供运营和运维平台,在接受客户的专网订购服务后,基于设备商注册能力,选择合适的设备商为客户提供服务,同时进行所有设备的统一运行维护,这也要求所有设备都能提供统一北向接口。如图 6 所示,移动云深入细分场景,已基于大云底座完成移动边缘云“1+2”重点产品打造,构建 1 套云边协同平台(边缘智能服务平台 EISP)+2 个边缘基础设施平台(边缘智能云 EIC、边缘智能小站 EIS),与中心云形成一朵分布式云,覆盖边缘广域、局域、现场三大业务场景,实
56、现公有云“全场景覆盖模式”。26云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005图 6 移动云云边协同架构5G 专网云化部署场景下,按 5GC 控制面、数据面部署位置不同,可分为融合部署、混合部署和纯边缘部署三种模式,如图 7 所示。图 7 云化部署三种模式(二)(二)5 5G G 云梯云梯5G 云梯是基于中国移动 5G 网络、云骨干网为客户提供 5G 终端入云的网络产品,具有大带宽、低时延、海量连接、安全接入等特点,能够实现便捷开通的云网融合一站式服务。通过 5G 切片技术实现与其他用户业务的隔离、通过云骨干网开通专网独享的物理通道,提供无线接入场景下端到端安全可靠的通信,满足大带宽
57、、低时延、海量连接等场景下接入移动云的需求。27云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005如图 8 所示,本方案端到端组网由 5G 网络段、UPF-云专网网PE 段、云专网段、云专网云 PE-云内网络段四部分组成,分别采用切片+DNN、VLAN、MPLS VPN、VXLAN 进行隔离,从而实现端到端安全隔离。5G UPF 通过 PTN 专线接入云专网直达云内,打通终端到云上网络的通道。图 8 5G 云梯架构(三)(三)边缘智能小站(边缘智能小站(E EISIS)边缘智能小站 EIS(Edge Intelligence Site)是将云基础设施部署在用户侧,具备数据不出场、超低时延
58、、资源独占等特性的边缘软硬一体化交付产品,满足用户低成本运营、资源专享、数据不出场等需求,提供虚机、容器、存储、网络、镜像等多种云服务及资源、运维监控等管理能力,可广泛应用于医疗、园区、工厂、矿山、港口等局域边缘场景。提供公有云的服务、私有云的体验。28云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005EIS 可提供虚机/容器/镜像/网络/存储/安全等用户专属云服务,具备用户本地自服务管理/运维能力;支持国产化 ARM 型。结合移动云行业解决方案能力,打造场景化小站版本。EIS 支持 3 节点-20 节点部署,基于轻量化融合算力底座,是基于 K8s+kubevirt 架构,可同时支持容器
59、、云主机,同时提供镜像、云硬盘、VPC、网关、EIP、对象存储云能力。图 9 EIS 产品架构核心网全下沉到边缘现场,数据不出园区场景下,如图 10 所示,5GC 主要部署于边缘小站(EIS),数据不出园区,5G 网络侧方案相对简单,如允许数据出园区,可通过 5G 云梯/云端口产品与边缘云、中心云网络互联,以提供入云能力。图 10 基于 EIS 部署 5GC 核心网29云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005(四)(四)边缘智能云(边缘智能云(E EICIC)边缘智能云 EIC 针对规划的边缘基础产品及云游戏/vCDN/视频等重点业务需求,打造用户就近接入、为敏感业务提供 52
60、0ms 低时延、与移动云一致体验的边缘云服务,具备全域管理、资源调度、云边/边边/端边网络开通等能力。边缘智能云 EIC 可提供广域边缘基础云产品能力,包含丰富的边缘算力、多类型的边缘存储和边缘网络产品,支持组合多类云间网络产品、安全产品和其他管理和应用类产品,提供更丰富的网络接入方案和应用场景,可灵活配置组合满足不同类别边缘业务场景的业务需求。边缘智能云为分布式资源管理架构,支持全网+分省边缘节点管理模式,从而减少单点故障,降低链路风险。EIC 适用客户业务在边缘云节点的场景,核心网可以选择全部在 EIC 节点部署如图 11 所示,或仅 UPF 下沉如图 12 所示,同时EIC 可提供 ME
61、C 计算资源,以及按需订购的高级场景化的云解决方案产品。图 11 基于 EIC 部署 5GC 核心网30云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005图 12 于 EIC 部署 5GC UPF(五)(五)容器服务(容器服务(K KCSCS)移动云容器服务 KCS(Kubernetes Container Service)提供了高性能高可靠的容器应用管理能力,支持容器化应用全生命周期管理,支持一键部署集群,并提供丰富的集群管理能力,简化云端容器化应用运行环境的搭建。使用 KCS 可以实现灵活部署,以及更好的弹性伸缩能力。对于5G 核心网已经实现容器化部署的场景,可以选择使用 KCS 进
62、行部署,如图 13 所示,该方案将 5G 核心网的控制面部署在中心的 KCS 集群中,而 UPF 通常使用白盒化方案,下沉至客户本地部署。31云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005图 13 KCS 承载云原生 5GC(六)(六)思科思科 5 5G G 企业专网企业专网思科 5G 企业专网提供了三种部署模式,如图 14 所示:完全私有化部署、混合云部署和切片部署。其中,基于混合云的部署模式具备了云计算的灵活性、可扩展性和可靠性,同时还具备企业网络的安全性和高性能,同时融合了运营商网络的高质量服务特性。此外,基于混合云的部署模式还支持按需分配扩展和按需付费的服务模式,使企业能够根
63、据实际需求灵活调整和支付服务费用。图 14 思科 5G 专网参考架构32云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005为了应对混合云/多云基础设施部署的复杂性,思科构建了面向5G 的融合 SDN 传输云解决方案。该解决方案的一个关键组件是思科Cloud vRouter,它支持端到端的传输连接,有效地将基于本地的电信传输网络扩展到公共云服务提供商,从而将额外的传输功能和技术引入云中。通过将思科 Cloud vRouter 与思科的 SDN-C 控制和网络状态感知应用相结合,可以提供具有服务状态感知、网络分段和恢复能力的混合云/多云传输网络。如图 15 所示,是思科 5G 专网(Priv
64、ate 5G)的完整解决方案及合作伙伴示意图。图 15 思科 5G 专网解决方案思科于 2023 年 8 月宣布计划收购挪威公司 Working Group Two(简称 WG2 或 Wgtwo)。WG2 是一家创新的公司,开发了一个完全可消费的 API 和高度可编程的云原生移动服务平台。该平台以简约、创新和高效为特点,与思科的移动服务平台相互契合。通过 WG2 和思科移动服务平台的合作,将推动服务边缘部署和以 API 为先的应用开发策略,为应用开发合作伙伴、企业客户和服务提供商合作伙33云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005伴提供支持。自 2018 年起,WG2 提供核心网
65、即服务(Core-as-a-Service)。其使命是创建一个可编程的、多租户的、基于云的移动核心平台,电信运营商可以按照 SIM 卡的基础进行租赁。其核心网络功能托管在 AWS 上,相当于在超大规模云(AWS、Google Cloud和 Microsoft Azure)上提供核心网 SaaS 服务。(七)(七)艾灵艾灵 5 5G G 工业专网工业专网艾灵与西门子合作,共同打造了基于西门子工业边缘管理平台(IEM)的工业 5G 云网一体解决方案。艾灵将自主研发的 5G 专网管理系统以容器化方式部署到 IEM 环境中的工业边缘虚拟设备(IEVD)上,并与部署在数字化改造现场的艾灵工业 5G 基站
66、和 5G 核心网服务器进行连接。工厂用户可以通过 IEM 平台操作和维护自己专属的5G 网络。通过双方合作打造的工业 5G 边缘一体化解决方案,可以快速在工业现场实现 5G 云网基础设施的部署。仅需两天时间,就可以开通覆盖面积达六千平米的车间级 5G 专网,并支持现场设备以即插即用的方式接入 5G 专网,实现本地数据的实时分析,提升产线的成本效益,如 OEE 监测、汽车生产节拍分析等。当工厂的产线环境变得复杂、有线连接无法提供网络服务,并且传统 WIFI 网络的稳定性和安全性存在劣势时,5G 技术在工业物联场景下的诸多优势得以充分发挥。在融合方面,如图 16 所示,艾灵工业 5G 专网技术与罗
67、克韦尔自 动 化 发 布 的 5G 工 业 以 太 网 架 构 相 结 合,共 同 打 造 了34云化 5G 专网技术白皮书ODCC-G+Ethernet/IP 融合、一网到底的工业智联网动力解决方案。为了确保智联网动力解决方案具备高性能的连接能力,联合方案利用 5GLAN、双发选收等技术保障了电气控制组件之间通信的时延确定性,加快了传统工业网络向无线化、扁平化的转变。同时,艾灵独特的内网切片技术被应用,将非实时数据采集业务和实时控制业务承载于一张统一的 5G 专网上,满足产线现场各类需求,优化投资回报率。图 16 艾灵 5G 专网架构基于新型的 5G 工业以太网架构,罗
68、克韦尔自动化实现了各种PLC、IO 和分布式控制系统之间的 5G 专网通信,简化了级联型网络结构,确保生产线上的信息能够实时传递到边缘数据采集中心和中控室的生产监控系统中。这为管理者提供了精细化生产运营和柔性生产所需的数据支持和决策依据。在未来,还可以将摄像头、工业摄像机等视频信息采集终端引入纸浆生产现场,逐步实现无人化作业和智能化质检,全面提升环境健康与安全监控的水平。35云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005六、六、技术展望技术展望(一)(一)无线云化演进无线云化演进基于当前的调研与技术实践,目前阶段虽然无线云化成熟度还不足以支撑规模商用,但已基本验证了技术可行性。如图
69、17 所示,无线云化助力传统无线基站能力从单一的连接功能升级到“连接+计算+能力”的多样化服务。这种升级使得基站能够更灵活地响应行业多样化的定制需求,实现智能化演进和无线服务能力的拓展。在未来的移动网络演进中,无线云化将成为必然的趋势。图 17 无线云化演进(二)(二)UPFUPF 网元白盒化网元白盒化5G 实现了移动核心网网关的 CU 分离架构,UPF 作为分离后的移动核心网的数据锚点,承担了路由转发的功能,这与同样具备转发能力的白盒交换机功能模型无限接近,这为白盒交换机卸载 UPF 的转发功能提供了基础的技术逻辑。虽然目前白盒化 UPF 还处于技术验证阶段,但其在大流量、低功耗、多端口的场
70、景下,即满足高性36云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005能的要求,又兼顾网络灵活性与开放性的特点,为其后续发展奠定了良好的基础。(三)(三)网元无状态化改造网元无状态化改造5G 网元无状态化改造是指对 5G 网络中的网元进行改造,将网元的状态信息从具体设备中解耦出来,存储在中心化的控制平面中,使其无状态化。利用云的标准 PaaS 组件,如数据库,对 5GC 网元做无状态化改造,可提高网络的灵活性、可扩展性和可维护性。通过将网元的状态信息从设备中分离出来,可以实现更快速的设备替换和升级,减少对设备的依赖性。同时,无状态化还可以提高网络的可扩展性,使得网络能够更好地适应不断增长
71、的用户数量和数据流量,使得 5G 网络能够更好地适应不断变化的需求和应用场景,为用户提供更高质量的服务和体验。(四)(四)5 5G G 与企业网络融合与企业网络融合企业网络和 5G 网络正在朝着基于意图驱动的网络演进。未来的发展方向是将企业网络和 5G 网络融合并进行统一的管控。意图驱动的网络可以提供自动化控制、策略管理、安全性和保障,覆盖从数据中心到园区再到公有云平台的全方位需求。在企业网络中,强制执行安全管控策略可以确保与可许可的数据源和应用程序建立安全连接。然而,目前企业网络管理员在移动办公人员和设备转换到 5G网络后几乎没有安全管控能力。虽然通过服务提供商的 5G 网络管理37云化 5
72、G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005系统可以对企业网络上的应用程序访问进行一些控制,但其粒度较粗,无法满足企业细粒度的管控要求。此外,企业无法灵活控制 5G网络的带宽、延迟和应用程序优先级等网络策略。随着 Wi-Fi6 和 5G 蜂窝网络技术在近几年得到成熟并广泛部署,建立企业 Wi-Fi 和 5G 网络之间的桥梁,实现融合部署,并构建统一的管控策略,将成为企业数字转型项目的下一个重要发展阶段。这样可以更大限度地发挥 5G 和 Wi-Fi 网络的优势,为企业提供更强大的网络支持。(五)(五)容灾设计容灾设计利用云灾备能力,可以在边缘云部署将 5GC 用户的数据同步到异地或同城的其他
73、云池,提高数据高可靠性和业务连续性。针对类似 UDM 的网元,对 RTO 和 RPO 都要求实时,可以在边缘云的双 AZ 部署,从而形成双活,并实时同步。容器的弹性伸缩,也可以按最小规模部署灾备环境,当出异常或需要运维时,可以接受激增流量快速扩容。如果采用云运维,可以使用统一的云管管理企业的私有云和就近的边缘云,如一城一池资源或调配就近公有云资源池。当客户私有云内 5GC 网元故障,可以快速拉起和开通边缘云的服务,也可以将用户的数据备份到边缘云,从而实现云级的备份。“云边协同”在企业内部可以只部署小规模存储,定期可以将用户数据同步到边缘云。38云化 5G 专网技术白皮书ODCC-2023-03005灾备网络仅仅在灾难或计划维护时才需要使用该环境,使用公有云的边缘云可以快速扩展并最大限度的降低资源成本和能耗。同时还可以应对突发激增的流量以及一些运维升级等操作。(六)(六)5 5G G 数字化运营数字化运营5G 数字化运营是指在算力网络的发展趋势下,网络向数字化转型的必然结果,也要求运营商走向数字化。这与当前云计算的运营模式不谋而合。尽管 5G 云化发展不断深入,云计算理念也将逐渐渗透到 5G 领域,设备供应商从提供硬件一体机转变为提供软件服务,运营商从提供卡号给客户转变为提供服务订阅,而客户从购买无线连接转变为购买服务。这些变化将推动专网向更智能、弹性和多样化的方向发展。