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中国联通 轻量化 5G 核心网 白皮书 中国联合网络通信有限公司 2020 年 12 月 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 II 前 言 当前数字化浪潮席卷全球，在新基建政策推动下， 5G 产业加速发展， 5G 网络将助力各 行业向数字化智能化转型，开启数字经济新时代。 行业市场领域众多，工业 、 交通、电力、 安防、金融、医疗等行业对网络的 SLA 能力、隔离性、安全性、成本等有不同的要求， 5G 网络需要针对行业应用场景，提供功能灵活、 部署便捷、安全可靠 、 绿色经济 的 行业 网络 解决方案 ，满足 5G 行业客户的个性化需求。 本白皮书 分析了 5G 行业专网 的 需求 、 技术 和 产业 现状 ， 提出了轻量化 5G 核心网 产品 方案 ， 深入 阐述了其 典型 特性 、 系统架构 、 设计原则 ，总结了轻量化 5GC 的技术演进趋势 ， 最后 给出了基于轻量化 5GC 的 定制 专网案例 ，并做了进一步总结和展望 。 旨在 为产业界规 划设计轻量化 5GC 方案 及 行业客户 本地 部署 5G 定制 专网提供参考。 本白皮书的版权归中国联通 所有 ，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本 白皮书文字或者观点的，应注明来源。 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 III 目录 1 5G 行业专网发展趋势 . 1 1.1 5G 行业市场成为新的价值增长点 . 1 1.2 5G 行业专网发展潜力 巨大 . 1 2 5G 行业专网解决方案对比分析 . 2 2.1 端到端网络切片的虚拟专网 . 2 2.2 UPF 下沉的混合专网 . 3 2.3 基于轻量化 5GC 的定制专网 . 3 2.3.1 SBA 服务化架构支持专网定制和剪裁 . 4 2.3.2 网络能力持续增强，满足多场景业务需求 . 5 2.3.3 产业链已趋成熟，轻量化 5GC 蓄势待发 . 5 3 轻量化 5GC 特性与系统架构 . 5 3.1 典型特性 . 6 3.2 系统架构 . 7 3.2.1 单体网络型 5GC . 9 3.2.2 切片管理型 5GC . 9 3.2.3 网络能力开放型 5GC . 9 3.2.4 运营能力开放型 5GC . 10 3.3 设计原则 . 10 4 新技术与新方向 . 12 4.1 基于云原生，打造敏捷、高效 5G 核心网 . 12 4.2 引入 AI，提升 5G 运营运维智能化水平 . 13 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 IV 4.3 接入异构化，提供一致业务使能泛在网络 . 14 4.4 关注新特性，赋能智能制造与 IIoT . 14 5 典型案例 . 15 5.1 山东兖矿携手中国联通打造智慧矿山 . 15 5.2 马栏山视频产业园 联合中国联通打造智慧文创园 . 16 6 总结和展望 . 17 7 联合编写单位 . 17 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 1 1 5G 行业专网发展趋势 1.1 5G 行业 市场成为新的价值增长点 随着 5G标准的完善和商用的加速推进， 5G正在引领和催生各行各业的变革， 移动网络 将能够与更多的产业深度融合，实现“人和物”“物和物”快速相连， 人类社会加速迈入 万物互联时代。 以 5G为代表的 “ 新基建 ” 成为经济发展的新动能，重点发展的各大新兴产 业如工业互联网、车联网、人工智能、远程医疗等都需要 5G作为产业支撑 。 5G技术的上下 游产 业链 涵盖 广泛， 根据 IHS的预测， 到 2035年 5G将给全行业带来超过 13.2万亿美元的市场 空间 。 从通信产业的发展趋势看， 5G与 2B市场的结合将是移动通信的新蓝海， 5G的重点将 从 2C市场转向 2B市场 。 运营商传统业务领域 增收 乏力，需寻求创新领域新突破， 2B市场毫 无疑问是 5G盈利 增长 的关键点 ， 全球运营商将战略重点转向 垂直 行业领域 。 2B市场呈现需求 多样 化特点，垂直行业领域众多， 制造 、 电力、安防、 金融 等行业， 对网络覆盖、可靠性、安全隔离性、数据保密性、设备移动性、网络控制权等特性的要求 均不同于公网，基于 公网的 5G网络方案 难以 满足需求 ， 需针对行业的特定场景提供定制化 专用网络服务。 1.2 5G 行业 专网 发展 潜力巨大 传统专网技术已 无法完全满足 垂直行业 日新月异的业务需求 ， 4G LTE专网频率带宽 窄 、 时延较 大 、网络和终端成本高； Wi-Fi网络 受限于其技术原理 ， 在可靠性、稳定性和移动性 等方面表现较差 ，且无法承载 多域多类业务 。 5G在速率、时延、可靠性及连接数等关键连 接能力指标上都有跨越式提升 。 5G定义 的 eMBB、 uRLLC、 mMTC三大业务场景 ， 与人工智能、 物联网、云计算、大数据、边缘计算等技术深度融合 ， 极大地拓展了通信技术的应用范畴 。 服务化架构以及网络切片等新特性，增强了网络的柔性和灵活性， 支持 根据不同行业用户 的需求，进行网络功能的重组定制 、 独立升级演进 ， 使得 5G网络 可为各行业领域的业务应 用提供理想网络支撑 。 5G技术标准的演进使其更加符合行业需求 。 2020年 7月冻结的 3GPP Release 16标准对 垂直行业的多个特性进行了增强。例如，面向工业控制自动化、电网配电自动化等场景 ， 支持 5G与 TSN集成 ； uRLLC的增强 保障 终端 的连接可靠性 。同月底， ETSI发布 MEC和 3GPP规范 的协同架构， 支撑边缘计算生态发展 。 未来 3GPP Release 17及 Release 18针对行业 网络 将 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 2 会有更加完善的功能增强。例如在业务体验保障上，通过基于 AI和负向反馈机制的 SLA动态 闭环，实现 5G网络自优化，更好 地 服务于具有强移动性、强漫游性、强业务延续性需求的 垂直行业。 2 5G 行业 专网 解决 方案 对比 分析 针对行业客户的个性化需求，中国联通提出了具有针对性的网络方案，主要包括 共享 公网资源的端到端网络切片的虚拟专网、 UPF 下沉的 混合专网以及与公网隔离的基于轻量 化 5GC 的 定制 专网三个方案。 2.1 端到端网络切片 的 虚拟专网 虚拟专网组网方案如图 1 所示，专网与公网共享 基站 、频谱、承载网和核心网，通过 网络切片、端到端 QoS 等 技术虚拟出多个逻辑子网，为客户定制一张具有一定 SLA 保障的 虚拟 专网。该方案存在以下 特 点 ： 公网覆盖的地方均可提供软切片服务 。 通过网络数据配置即可提供专网服务 ， 用户无需承担 网络建设及维护成本， 建设 周期 短。 专网的 SLA 能力受限于公网资源配置， 网络调整 时易 造成公专网的相互影响。 UPF 及 5GC 部署在运营商侧，各类数据会出园区。 Public 5 GC CP Public UPF Slice 1 Slice 2 Int ernet 企业内网 专网设备 公网用户 图 1 虚拟专网 方案 该方案 适用于广域场景，包括价格敏感、有一定数据 隔离 要求的业务场景，或基于公 网漫游的业务场景，如智慧城市、新媒体等。 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 3 2.2 UPF 下沉的 混合专网 混合专网组网方案如图 2所示，在行业用户本地部署专用 UPF， 5GC控制面与公网共用， 通过数据分流技术实现行业业务数据不出园区 ， 行业用户可以修改 本地 UPF的业务 QoS策略 ， 边缘计算平台上的 IT业务可以动态调整 本地 UPF服务质量 。 此外 ， UPF下沉的混合专网 方案 可与网络切片方案结合 ， 下沉部署的 UPF网元可通过虚拟化的方式划分为多个网元实例 ，实 现垂直行业用户私有业务间的软隔离。 此方案存在以下 特 点 ： 业务数据流在用户本地处理，可保障低时延、高质量 的服务效果 。 提供物理设备上的用户业务数据强隔离，保证数据的高安全性。 与公网共用 5GC 控制面，调整业务 SLA、运维管理网络切片并利用网络切片的开放 能力等方面存在困难。 Public 5 GC CP Public UPF Int ern et 企业内网 专网设备 公网用户 Private UPF / MEC 图 2 混合专网 方案 该方案 适用于局域开放园区场景，如交通物流、港口码头、高端景区、城市安防、 工业制造、大型企业分支机构等。 2.3 基于轻量化 5GC 的 定制 专网 基于公网实现的专网方案，信令数据、网络功能等仍依赖公有网络实现，网络质量 受公网实时状况影响，而 高端制造 、交通运输、航空服务等领域 的 大中型企业 以及 矿 井、油田、码头、核电、监狱、军队等局域封闭场景 对、可靠稳定性、 安全隔离性、数 据保密性 、网络控制权等特性的要求较高且不同于公网，现有 基于公网的 专网方案不能 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 4 完全满足其需求，此类行业场景 更倾向于使用 网元按需组合 的 定制 专网 。 定制 专网组网 方案如图 3 所示，采用 按需下沉的 核心网，保证公网故障或网络调整时专网业务不受影 响 ， 可实现专网行业业务的控制指令、业务数据流不出园区，为行业用户提供刚性安全 保障。行业客户可将专网资源视为自有信息基础设施，实现网络的自 管理自配置 和网络 能力的自由调用 。 Public 5 GC Int ern et 企业内网 专网设备 公网用户 轻量 化 5 GC Public UPF UPF / MEC 图 3 定制 专网方案 面向公有网络设计的 5G 核心网，设备成本高、网元众多且功能复杂、步长大、运行环 境要求高、部署及维护复杂，难以向垂直行业用户推广 ， 因此低成本可定制、硬件设施精 简、 设备形态多样化 、 部署运维简单的 轻量化 5G 核心网产品 应运而生，采用该产品 来打造 一张可独享可管控、安全可靠、成本可控的定制专网 将为 To B 应用提供有力支撑 。 2.3.1 SBA 服务化 架构 支持专网 定制和剪裁 3GPP定义的 服务化架构 设计 理念 为 核心网 轻量 级 部署提供了系统架构保障。通过服务 化架构将 5GC网元功能拆分为细粒度 可重用的若干个 网络服务， 解耦后的网元采用统一的 消息总线连接，即插即用， 网络服务可以合一部署或者分布式部署 ， 为轻量化 5GC提供敏捷 的系统架构支持 。 基于服务化架构的 5G核心网可裁剪掉不必要的网元，打造网元功能服务 按需组合的轻量化核心网产品。 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 5 2.3.2 网络能力 持续增强 ， 满足多 场景业务需求 3GPP 定义的众多 5GC 特性 为 轻量化 5GC 的技术研究和商用发展提供了坚实的基础 ， 使 得轻量化 5GC 能够更加灵活的支持各种垂直行业应用。 引进 SCP 功能以支持非直接通信和代理网络功能的发现功能，引入 NF Set 和 NFS Set 的概念以更好地支持无状态网络架构，新增了 Set 之间用户上下文直接传递 等过程； 支持多种专网部署方案，包括 PNI-NPN， SNPN 以及 NPN 间共享； Rel-16 重点关注 mMTC 和 URLLC 场景，支持低时延高可靠业务并加强保障各业务 的连续性 。 Rel-17 将 进一步研究边缘计算增强， GSMA 切片模板参数支持，人工智能增强， NPN 专网增强以及 TSN 增强等 ，可 扩展 轻量化 5GC 支持的功能并提高现有功能的 效率。 NFV、 边缘计算 等技术 的逐渐成熟 为轻量化 5GC 的 部署 应用 提供了 多方面 保障 。 仅需少 量的基础设施即可完成网络的部署开通 ， 也可 根据 场景需求定制开发，将轻量化核心网与 基站、 MEC、 安全防护软件、 AI 系统等集成为 一体化设备灵活部署。 2.3.3 产业链 已趋 成熟 ， 轻量化 5GC 蓄势待发 从市场需求端来看，近年来，行业专网对网络连接能力和性能、安全性等需求愈发 迫 切 。 从设备供给侧来看 ， 5G 终端、基站、传输以及核心网设备的技术研发与产业化日趋成 熟，符合商用 要求 的轻量化 5GC 设备已逐步研发投产， 众多 CT、 IT、 OTT 厂家 均推出了轻 量化 5GC 产品 。云服务商、行业平台服务商、行业应用集成商等纷纷积极参与轻量化 5G 定 制 专网建设 。 国内外运营商 持续 开展 轻量化 5GC 技术和标准 研究， 并 积极探索试点落地 。 3 轻量化 5GC 特性 与系统 架构 针对行业用户的特定场景及需求，设计满足客户要求的定制化 5G 核心网，能够解决现 有专网的痛点，补充现有公 网的能力， 深层赋能 垂直行业的信息化、智能化、数字化转型。 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 6 3.1 典型特性 针对垂直行业用户对网络的共性和个性需求，轻量化 5GC 需 具备以下典型特性： 低成本 行业客户使用 5G 网络的成本 主要 包括网络设备成本、建设成本及网络运营运维成本。 其中，网络的设备成本 和 建设成本与软件复杂度、系统开销和所 用 的硬件设备规格及数量 直接相关 。为最大化网络利用率，达到降低成本的目的， 要 求 专网能 共享 现有运营商 5G 网 络资源和产业链， 实现产品研发 、芯片和设备建设及更新的低成本化， 并且 设备 功能和容 量设计精准，能精确匹配用户需求，不过度冗余 ，一体化快速开通部署 。 网络运营运维 成 本则主要 由 网络使用 成本和网络维护成 本 组成 ， 一方面，基于轻量化 5GC 的 定制 专网可实 现业务本地化处理 ，相对其他方案更能 降低流量传输成本；另一方面，可根据客户需求提 供多 种 协作运维模式 ，相对传统专网更能简化行业客户的网络运维工作。 易定制 不同行业用户的 业务类型以及应用场景不同， 对时延、可靠性、带宽、数据安全 等 要 求 也 各异 。 例如 ， 工业控制 、 自动驾驶等 场景 要求低时延高可靠 ，视频、 VR 等应用需要大 带宽 ， 物联网中 传感器 类业务需要网络具备海量接入能力。因此轻量化 5GC 需要考虑不同 行业在功能、 性能、 组网和 可靠性 等方面的多样性需求，按需提供基本功能和灵活多样的 增强功能 。 此外，不同企业规模大小不同，业务容量不同， 对于通信设备的资源配置需求 也不尽相同 ， 轻量化 5GC 方案设计应 具备 容量步长小 、设备 规格 多档的特点，可根据用户 需求规划 设备 形态和部署 方案 。例如， 能 满足单 车间 、同园区多车间、以及 跨园区等多种 不同场景 的 设备资源 需求 和 可靠性保障 。 自服务 不同于公网用户 ， 行业 客户 需要 参与 网络 的管理运维， 对专网网络设备 的运行状态、 关键 KPI、重要告警、 操作 行为 和 数据流量 信息 进行 实时监控 或预报 ， 并且 要求 可根据自 身需求按需扩容、按需升级，根据业务和用户调整需求进行用户权限、业务性能保障等的 变更。因此，轻量化 5GC 方案 既 需 使 行业客户在本地能进行网络、业务和 用户的自管理自 配置 ， 又需使 行业 维护人员 可 快速获取系统运行状态 以便 对网络系统和海量设备进行诊断 和排查 ， 规避网络风险以及故障定界定位 。 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 7 高安全 安全 始终 是行业客户重点关注的问题， 保障专网终端、网络、应用及 数据 等多维度安 全是行业引入 5G 的前提条件。 行业本地 部署的 定制 专网方案已 完全满足 生产数据 、业务数 据 不出园区 、 强隔离性 等 基本的安全需求。 此外，对某些有更 高安全需求的特殊场景，还 可根据行业用户的增强安全需求，在轻量化 5GC 侧增加保护措施，提供更高的安全保障， 为企业发展保驾护航。 互联互通 在严格保证公专网间隔离性和专网安全稳定的同时， 定制 专网还应满足某些行业用户 与公网互联互通的需求， 保障 其 在 公专网之间移动时 的网络接入、切换及业务的连续性。 例如工业园区员工要求能够从园区专网接入运营商公网，并且在进出公专网时能无缝切换 以保证业务连续性。 3.2 系统 架构 为满足各行业对网络建设及业务承载方面的需求， 轻量化 5GC采用 基于 SBA的 “ 3+2+X” 的系统架构， 如 图 4所示。 - “ 3”是指“ AMF+SMF+UPF”，负责 5G核心网的移动性管理、会话管理及用户数据转 发的基础功能，是下沉到行业用户本地的轻量化 5GC的 必选功能实体 ； - “ 2”是指“ UDM+AUSF”，负责用户数据鉴权、认证及管理功能，作为运营商维护 管理用户的开户及码号信息的重要网元 ； - “ X”是指 PCF、 NSSF、 CHF等网络功能实体。其中 PCF主要负责策略管理，可根据 用户不同业务类型使能不同的策略； NSSF用于切片选择，提供具有特定 SLA 保障 的网络切片； CHF主要负责网络计费功能，使能可运营网络，提升网络 的 价值创造 能力，全面加速 5G网络的价值变现和商业模式创新； NEF作为外部用户接入的 API网 关 ,完成网络能力的收集、分析和重组，可将 5G网络的能力开放给外部网元，同时 网络内的 NF也可通过 NEF向其他 NF公开功能和事件。 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 8 公网 5 GC Int ern et 企业内网 专网用户 公网用户 轻量化 5 GC UPF SMF AMF X UDM / AUSF UDM AUSF 专网 公网 图 4 轻量化 5GC系统架构 该架构可支持不同行业客户在不同场景下灵活、差异化的部署策略， 带动 5G定制 专网 在各领域大规模快速部署。 根据架构的不同，轻量化 5GC主要分为 图 5所示的 四 类 系统模型 ， 每种类型的轻量化 5GC有不同的适用场景 。 图 5 轻量化 5GC系统模型 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 9 3.2.1 单体网络型 5GC 单体网络型 5GC方案指部署基本的 SMF、 AMF、 UPF网元 ， 是性价比最高、部署速度最快、 市场化最成熟的极简轻量化 5GC产品。 单体网络型 5GC能够快速地响应行业客户的“数据不 出园区”诉求。通过轻量化 5GC实现分流，从物理上将企业内部数据保存在本地，保护隐私， 减少数据泄露风险；并能够避免 UPF下沉 的混合专网方案对 N4接口解耦的依赖，大大减少对 接工作量，降低核心网 部署 难度和风险。 单体网络型 5GC适合于业务种类 相对 单一且 固定 的专网场景。 例如： 构建产学研等机构 的 5G应用创新网络。工信部“ 521工程”提出，在 2022年 前 打造一批 “5G+ 工业互联网 ” 内 网建设改造标杆、样板工程，形成至少 20大典型工业应用场景 。单体网络 型 5GC可以为改造 标杆、样板工程等提供快速部署的 5G网络环境， 降低了 创新机构 使用 5G能力 的门槛， 加快 形成高校研究、企业开发、快速推向市场的产学研协同创新模式。 3.2.2 切片管理型 5GC 切片管理型 5GC，在单体网络型 5GC方案的基础上，一并引入 PCF和 NSSF网元，使能网络 的策略控制、 QoS、 网络 切片等 能力 。 除了具备 单体网络型 5GC的 优势外 ，本方案 还 能够为 不同的业务和应用 打造 专用虚拟网络切片，提供 量身定做的 QoS和 SLA保障 。 切片管理型 5GC能够 满足客户“一网多用”的需求， 打造部署极简、 TCO极低的专网。 例如： 轨道交通存在四张网 需求 ，包括用于公众服务的移动通信网，用于集群 通信 的 调度 指挥 网，用于视频监控的宽带接入网 ，用于执法的公安图传网等，而 切片管理型 5GC有能力 建立起一张“一网四用”的轨道交通专网， 既能为不同业务提供差异化网络支撑，又能 实 现统一管理、统一运维、统一保障。 3.2.3 网络能力开放型 5GC 网络能力开放型 5GC，在之前方案的基础上引入 NEF网元， 使 网络具备开放能力。 NEF位 于轻量化 5GC和客户的第三方应用之间，负责对外开放网络数据和能力，可支持 LBS位置、 RNIS无线网络信息、 QoS、带宽等能力开放，加速培育 5G、人工智能、大数据、云计算等数 字化融合技 术新动能。 网络能力开放型 5GC可助力各行业 孵化更多 5G创新应用，挖掘 5G网络价值 。 例如： 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 10 1、 让视频监控永远在线。通过 NEF向边缘计算平台开放带宽管理能力， 安防应用 能够 按照业务需求调整网络的带宽保障，从而使视频监控更加可靠，不受其它业务的影响，让 园区和企业更加安全。 2、 让手机游戏更加流畅。在手机游戏赛场，网络能力开放型 5GC能够快速搭建手游竞 赛专网，通过 NEF向边缘计算平台开放带宽管理能力、 QoS管理能力，游戏应用可以按需定 制网络带宽和 QoS保障，手游竞赛选手能够获得低时延大带宽的专用体验， 从而使游戏更加 流畅， 保障竞赛选手的高水平发挥。 3、 让园区更加安全。通过 NEF开放的位置服务能力，园区管理员能够结合边缘计算应 用及时掌握巡检人员出勤情况，随时查询访客路线， 并 及时发现陌生来客。 3.2.4 运营能力开放型 5GC 运营能力开放型 5GC，通过引入 CHF使网络具备计费能力， 配合运营平台， 部署可运营 的 5G专网 ， 使生态合作伙伴共享 5G行业专网红利，从而提高合作伙伴的投资积极性，提高 企业驻地网络服务商的服务质量，优化行业客户的业务体验。 运营能力开放型 5GC能够赋能 B2B2X的业务创新模式， 行业客户通过自主运维门户进行 业务开通用户管理网络维护等 ，通过 CHF进行计费 ， 实现专网的可视 、 可维 、 可度量 ， 使 5G 专网成为可运营网络，激发 B2B2X业务的快速发展，从而带动 5G网络的快速部署、加快 5G垂 直行业应用的创新 ，增加 合作伙伴 的收益 。 3.3 设计原则 结合 轻量化 5G核心网的典型特征和系统架构 ， 轻量化 5GC的 设计 遵从以下几大 原则： 网元及功能定制化 服务化架构是 5G核心网 的重要特征， 5GC可 划分为 若干个 可重用 的 服务网元 ，但许多网 元并非针对 垂直行业 场景而设计 ，而是面向公网用户需求 。 因此 在系统架构层面 ，轻量化 5GC应 裁剪 冗余网元保留共性需求， 在简化 部署维护难度的同时 降低 成本 ； 并 可 将 功能类似、 流程联系紧密的 简单 网元 进行 合设，使其外部接口交互变成组件内部的通信，节省系统资 源的开销。 在网元层面， 公网 为了适应不同的场景需求，功能十分丰 富，但垂直行业场景 相对 单一，因此 应 对网元进行针对性的功能裁剪，将网元内不必要的功能项去除，为网元 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 11 减重。 经上述 轻量化裁剪后，还应充分考虑不同垂直行 业的个性化需求， 支持对网元功能 定制增强， 助力专网业务发展。 设备规格与形态多样化 针 对垂直行业的不同场景 和 性能需求，轻量化 5GC方案 应 提供不同规格和形态，以精准 匹配 不同的客户和应用场景。 例如： 用户面设备 可 使用 FPGA硬件加速卡等特殊部件，以保 障 大 流量场景的业务转发能力。此外，还能 根据专网场景需求 ， 定制开发适应环境和结构 要求的专有设备 ， 如应急场景下的 极轻量化形态。 部署 便利 运维 灵活 为降低现场非专业人员安装部署及后期维护的复杂度和工作量， 需 考虑部署的便利性， 做到开箱即用，或仅需简单连线 配置 即 可上线使用。 相比传统专网长达数月的 部署 周期， 轻量化核心网即插即用式服务体验具有极强的竞争力。 行业客户可灵活选择多种运维模式，例如： 运营商集中全面运维 、 采用 本地系统 来 监 控告警和简单配置的基础运维 、 行业客户 与运营商交叉运维 或委托运营商代维。 增强 安全保障 在安全框架方面，轻量化核心网 将 继承公网核心网的分层分域 安全架构，在传送层、 服务层和应用层之间实现相互隔离的基础上， 将接入、网络、业务、管理 等多层次安全保 障技术进行整合， 向不同行业不同业务提供能满足其安全需求的精品专用网络。 （ 1） 接入域 需 建立统一的密钥体系来确保只有合法的终端能够通过身份认证接入 5G 网络，并实现专网用户在公专网间的无缝切换，同时防止用户信息被篡改、窃 听。 可通过 对终端进行二次认证 来实现用户的业务访问权限控制 。 （ 2） 网络域需 保障网络节点安全、网络节点之间消息传输安全，并解决 5GC 虚拟化 和网络能力开放引入的安全问题。采用具备物理安全保护机制的可信服务器增 强专网设备硬件安全，并强化机房安全管理。对基础设施使用的操作系统、中 间件、数据库以及 web 管理接口进行安全加固提升软件系统的安全。组网支持 不同网络 平面隔离，保证网元之间通信安全与加密管理。 （ 3） 业务域需 保障 用户访问各应用系统的安全，解决业务报文的传输安全，防止业 务报文被窃听和篡改。在业务访问时，可以按需建立 安全传输 隧道；对存储的 敏感数据进行加密存储并对访问进行控制，保证数据传输安 全。 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 12 （ 4） 管理域 应支持网管及运营支撑系统与核心网之间 进行 接口调用 时 的 认证和授权 ， 并 部署 防火墙或网闸进行隔离。同时应 赋予 垂直行业客户自行管理配置权限， 以及 用 户 定制化 权限分配 能力 。 提 高可靠性 轻量化 5GC系统应 支持长时间稳定运行 ，并 根据不同应用场景需求，灵活提供可靠性方 案。 在软件层面，轻量化核心网 通过 多点部署、备份、故障检测和恢复等多种方案，满足 用户不同级别的高可靠性需求。另外， 还可 通过 硬件层面以及可靠性组网来满足更苛刻的 可靠性需求。 4 新技术与 新 方向 4.1 基于云原生， 打造敏捷、高效 5G 核心网 5G时代面临灵活多样化的业务场景，要求网络具备快速上线的能力， 并满足 5G业务场 景对可扩展性、灵活性 以及 性能的需求 ，以实现不同行业业务诉求。相较于传统的电信业 务，这些业务特点与 IT互联网相似度更高， 运营商需要 借鉴 IT架构的设计和实现理念，吸 纳 IT行业的优秀实践，更经济、更敏捷的提供 5G服务。云原生作为云计算发展的最新成果， 成为 运营商 网络云化 的关键方向和核心技术。 3GPP定义的 5G网络架构， 采用 了 IT云 原生的 设计思路， 基于 服务化架构（ Service Based Architecture）将网络功能拆分成若干个网 络功能服务 (network function service)， 5G核心网 NF软件可 基于微服务 架构实现，微 服务间松耦合实现独立的发布、部署、升级、运维， 加快开发周期和升级速度 ；业务处理、 数据处理 、 业务 转发 等单元可基于微服务 解耦 实现无状态设计 ， 实现业务的弹性伸缩 。基 于云 原生理念和 微服务架构成为 5GC核心网的更好选择。 更细粒度的定制能力： NF 微服务 间 解耦，基于应用场景或客户要求，按照微服务 粒度定制 NF，并可基于电信级 DevOps，让运营商和第三方开发者调用微 服务组件 和模板库实现网络 功能 的可视化设计、分钟级部署、实时监控、全生命周期管理。 更快速的市场响应： 解耦的微服务支持独立升级、发布和扩展，软件由网元为单位 的大颗粒交付转变为微服务粒度灰度发布，实现新业务快速上线，软件发布周期从 传统的半年缩短到一个月以内。 更高效的资源利用： 公共功能抽取并解耦为公共微服务组件，支持多 NF 共享，进 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 13 一步降低虚拟化资源 开销。例如，针对 AMF、 SMF 等 3GPP 定义的 NF 进行重构，把 链路管理、功能发现等功能，分拆为独立的微服务，实现业务逻辑和通用服务分离。 业务逻辑专注于处理业务，通用服务共享给其它网络功能使用，大幅提升公共服务 利用率。基于微服务重构的 5G 网络，系统更加轻量，弹缩更加灵活。 基于云原生的全新核心网架构， 可以 更好地切合不同业务场景和垂直行业。使运营商 能够敏捷、快速地发布新业务，缩短产品上市的时间。 4.2 引入 AI，提升 5G 运营运维 智能化 水平 5G 网络已经发生了革命性的变革，多样 化业务 、 灵活部署要求 及复杂网络形态等给 5G 网络规划设计 、 开通部署 、 运维 保障、业务 运营带来了重大挑战 。 依靠传统的 分散 、 手工 、 半自动运维方式已经适应不了 5G 需求 ，为此基于轻量化 5GC 应 引入 人工智能技术 匹配专 网业务发展，加速 端到端的自动化 智能 运维 系统改造和升级 实现各 运维 场景的自动化 和 智 能化 。通过采用 网络 敏捷 设计、 自动化部署 、 闭环智能运维 等措施大幅降低运维成本，提 高 运维 效率 ， 具体如下： 可视化蓝图 设计： 基于模型驱动设计理念，内置丰富的模板库，通过向导式 图形化 设计， 提供了切片 /NS/VNF 设计、工作流 设计、 策略设计、沙箱测试和发布等 全套 敏捷设计套件，可以实现 业务的 按需 设计 、 仿真测试 和 业务 敏捷 创新； 端到端自动化 部署 ：可以 实现 从硬件 、 虚层和 5GC 网元的端到端一键自动部署和 配 置，实现业务快速开通部署 ， 可以 大幅 节省人力 和 缩短开通周期 ； 自动化运维：引入 AI 技术 ，采集 和 分析告警中时间、地点、事件描述等多个维度 的特征，结合告警的历史频度信息、位置信息、 KPI、日志等 关联 信息，通过 AI 训 练和 推理 实现 快速 准确的 故障 定位 ； 支持 0 中断 的 灰度升级，确保网络平滑、自动 化、高可靠升级；提供 全方位的 自动化健康诊断功能，巡检 条目 可 灵活定制， 输出 可视 化 的巡检 报告，及时发现问题，防患于未然。 闭环智能运营：提供基于策略设计的闭环自动化运维，使网络具备了自优化以及自 愈能力。通过“设计 -部署 -运行 -分析 -再设计”这种自我进化的能力，不断验证各 种策略设置的合理性 ； 引入机器学习，实现智能策略预测，通过的分析预测能力可 有效完善模型和策略设计，转被动为主动，构建运营运维的智能化体系，使网络具 备了自优化以及自愈能力 。 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 14 4.3 接入异构化 ， 提供一致业务 使能 泛在网络 在 5G 系统设计上考虑了其他多种网络技术接入到 5G 核心网的能力，未来随着终端侧、 基站侧产品的逐渐成熟，面向垂直行业的轻量化 5GC 也将支持多种接入技术的融合，实现 接入异构化，全方位满足行业终端的差异化需求。如支持 3GPP Release 16 中提出的对 C- IoT 业务（如 NB-IoT 技术）的接入支持。同时轻量化 5GC 也支持 WI-FI、固网等传统接入 技术以非 3GPP 制式接入到核心网，并由核心网提供接入鉴权及会话控制，实现接入无感 知，随时随地的无缝切换体验。 融合架构 ，简单 高效 核心网基于微服务 化设计，在架构层面实现 了多网络的深度融合通过原子组件的灵活 组合可 快速构建网络服务 ，加速业务创新。融合后的核心网简化了网络拓扑，减少了跨网 络的互操作和信令交互，降低网络切换时延，终端设备在不同接入网间切换时，业务 不中 断 。 融合接入 ，一致体验 核心网基于融合架构全面 支持 2G / 3G / 4G / 5G /Fixed/WiFi 等异构 接入 形式，为 各种接入方式提供融合的会话控制、策略调度，按需分配网络资源，提供统一的业务使能， 满足行业终端的泛在接入需求。 4.4 关注 新特性 ， 赋能智能制造与 IIoT 随着 5G技术的垂直行业应用的持续渗透，新的 业务需求 不断 提出， 基于 3GPP标准 的演 进 ， 未来轻量化 5GC将 重点增强如下 新特性： 5G LAN 5G LAN 支持在一组接入终端间构建二层 和 三层转发网络， 通过几个 UPF 组成虚拟交换 机，构建直连隧道 实现终端 虚拟网络 组内 的 数据交换 ， 使 不需要经过 N6 口上路由器或应用 服务器的介入即可完成 LAN 区域内的 UE 的点对点通信。 5G LAN 提供 了跨区域的网络能力 并 缩短了数据转发路径 ，使得局域网可以构建在更大的地理区域内，实现广播，组播等功 能 。同时， 5G LAN 技术还 提供 虚拟 网络组 的 管理 功能 ，行业客户可灵活指定终端的 IP 地 址、要求终端只能与特定的终端通信、授权终端属于特定群组并进行动态加入和删除等操 作 。 uRLLC 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 15 为了支持工业领域的低时延、高可靠通信需求 ， 需要 逐步 引入 uRLLC 功能 。在 5GC 方 面 ， 需要 支持可靠性增强， 包括支持双隧道 ，双 UE，双 传输 链路等 技术 来抵御无线环境恶 化 以及 传输异常 等 ，保障通信链路的可靠性。 uRLLC 适合工业控制，汽车， 电力 自动化， 医疗 ，无人机等对时延敏感且要求高可靠性的业务 场景 中。 TSN TSN 时间敏感网络为标准以太网增加了确定性和可靠性，以确保以太网能够为关键数 据的传输提供稳定一致的服务， TSN 将 应用于 专业 音视频、 商用电子 领域 汽车 控制 以及工 业控制等实时 领域 。 5G 系统作为 TSN Bridge 与 TSN 网络集成部署 ，在 5G 网络 侧 需 要部署 NW-TT，通过 TT 提供 TSN 网络 的 出口与入 口，同时 完成 5G 网络与 TSN 网络的互操作。 5G 网络 对 TSN 应用来 说是一个透明的系统 。 5G 与 TSN 集成 后，可通过 5G 无线替代工厂内的 有线网络，让工业生产更加柔性化 ， 效率更 高效 。 5 典型案例 5.1 山东 兖矿 携手中国联通打造 智慧矿山 矿业企业一般距离城市较远网络覆盖差，生产环境安全性要求高，自建网络难度大， 利用 5G技术打造无人工作面，提升煤矿安全管控能力，建设智慧矿业是 5G新基建实践的关 键领域。山东兖矿集团与中国联通、中兴通讯合作成立“ 5G+智慧矿业联合实验室”，依托 各自优势， 加快 5G矿业应用进程。 矿区作业包括井上部分和井下部分，都包含施工作业监控和设备控制命令下发两方面 的需求，一方面需要监控施工面，通过视频分析监测异常事件如塌方、人员聚集等，异常 人员，如不带安全帽，危险地带电子围栏等；另一方面需要利用现场视频回传进行工程机 械控制命令 的下发和自动控制。 中国联通基于 5G高带宽、低时延、高可靠等通信能力，结合企业对覆盖区域化、应用 场景化和安全隔离的要求， 在本地 部署端到端 5G定制 专网，包含终端、无线、传输、核心 网等，覆盖井上和井下 ， 满足企业生产管理和应急通信需求。 中国联通轻量化 5G 核心网白皮书 16 图 6 兖矿集团 5G专网方案 其中核心网采用轻量化 5GC方案，包括以下几个关键点： 1、专网 5GC采用基于容器的轻量化平台实现，满足行业对产品轻量化、移动性等个性 化需求； 2、 井下部署 UPF/MEC实现视频分流进行本地化业务处理，提高业务的实时性； 3、 基于矿井特殊的生产环境，井下设备采用紧凑型设计，满足安全、功耗、尺寸等方 面的特殊要求。 基于云原生的轻量化 5GC满足矿业企业特定的业务场景需求，打造 5G+智慧矿业方案， 可有效提升煤矿安全管控能力，提高生产环境的安全性，降低人力成本，提高煤矿生产效 率。 5.2 马栏山 视频产业园联合中国联通 打造智慧文创园 长沙马栏山视频产业园 是 全国唯一的国家级广播电视园区、全国重要的视听节目制作 输出基地， 中国联通 为其 建设了湖南第一张 5G定制 专网， 可 提供满足 产业园 智能化需求的 专网环境， 助力视频产业创新升级， 打造 5G智慧产业园 。 产业园目前涉及的主要业务为视频类行业应用，如高清视频分发、 VR/AR、直播、云游 戏等。借助轻量化 5G核心网，结合 MEC应用