［李斌 劉維豪 張秋菊 許文秀］

1 引言

5G 移動(dòng)通信相對(duì)于4G，不僅增強(qiáng)了普通消費(fèi)者的日常生活應(yīng)用體驗(yàn)，更重在增強(qiáng)生產(chǎn)和商業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)信息化應(yīng)用。生產(chǎn)和商業(yè)活動(dòng)中的網(wǎng)絡(luò)信息訪問目的，尤其是產(chǎn)業(yè)園區(qū)中的豐富行業(yè)應(yīng)用，大多不是訪問互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站和服務(wù)，而是集中于園區(qū)內(nèi)已經(jīng)部署或即將部署的產(chǎn)業(yè)信息化應(yīng)用。5G 移動(dòng)通信技術(shù)為這種產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供了多種技術(shù)支持，諸如網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算和各種數(shù)據(jù)分流技術(shù)。其中，數(shù)據(jù)分流技術(shù)是基于產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、信息化應(yīng)用中，通信終端不僅需要訪問互聯(lián)通，并且需要同時(shí)靈活訪問企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)站或服務(wù)的情況。運(yùn)營商發(fā)展5G 行業(yè)應(yīng)用，賦能產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，就有必要基于包括數(shù)據(jù)分流技術(shù)在內(nèi)的5G 特色技術(shù)和業(yè)務(wù)，依據(jù)產(chǎn)業(yè)需求，提供適合不同行業(yè)特點(diǎn)的5G 專網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

2 5G 數(shù)據(jù)分流技術(shù)介紹

基于5G 核心網(wǎng)的全新CUPS 架構(gòu)，UPF 并不必須集中部署于統(tǒng)一的5GC 核心網(wǎng)，而可以靈活部署支持流量的本地卸載。對(duì)于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的終端有訪問互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的雙重需求，就必須部署5G 數(shù)據(jù)分流。根據(jù)協(xié)議規(guī)范，5G 提供了ULCL、LADN、IPv6 Muiti Homing 等幾種動(dòng)態(tài)分流方式。由于LADN、IPv6 Multihoming 均需要包括終端在內(nèi)的端到端設(shè)備支持，目前商用能力不足。在當(dāng)前國內(nèi)運(yùn)營商的商用項(xiàng)目中，除了基于終端配置多個(gè)DNN進(jìn)行手工或程序切換外，ULCL 為主流的數(shù)據(jù)分流方法。

在ULCL 功能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，如圖1 所示，5GC 的SMF 會(huì)同時(shí)與兩個(gè)PSA UPF 建立兩個(gè)N4 會(huì)話，UE 激活時(shí)選擇的為UE 分配IP 并訪問Internet 的會(huì)話錨點(diǎn)，稱為主錨點(diǎn)。而UE 訪問本地網(wǎng)絡(luò)時(shí)的PDU 會(huì)話錨點(diǎn)稱為輔錨點(diǎn)，判斷和執(zhí)行數(shù)據(jù)分流的UPF 成為UPF ULCL，往往和輔錨點(diǎn)合設(shè)。

圖1 ULCL 整體架構(gòu)

可見，在ULCL 功能架構(gòu)中需要明確兩個(gè)問題，才能設(shè)計(jì)出合適的數(shù)據(jù)分流機(jī)制和產(chǎn)品。一是基于什么特征決定是否插入U(xiǎn)LCL，二是插入后基于什么特征和什么方法進(jìn)行流量分流。

2.1 插入U(xiǎn)PF ULCL 的條件判斷

在什么情況下進(jìn)行ULCL 插入，是5G 專網(wǎng)數(shù)據(jù)分流在行業(yè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景匹配時(shí)候首先要考慮的問題?；?G 常見的技術(shù)和參數(shù)配置，可以考慮：基于用戶簽約判斷，基于地址位置判斷。同時(shí)，在實(shí)際場(chǎng)景中，可能更多需要以上兩種條件的組合。

其中，基于用戶簽約判斷的關(guān)鍵在于為客戶簽約專用的DNN，主要適合使用者的號(hào)卡為單純企業(yè)用途的情況，未經(jīng)公眾用戶認(rèn)可不宜修改公眾用戶配置。此外，基于用戶簽約判斷一般需要用戶在終端上配置啟用特定DNN，不過此種情況可以通過在核心網(wǎng)進(jìn)行DNN 糾錯(cuò)實(shí)現(xiàn)。

其中，基于地理位置判斷的關(guān)鍵在于在目的區(qū)域規(guī)劃TAC，這一操作不需要調(diào)整用戶級(jí)配置，主要適合面向普遍公眾客戶基于特定地理位置的服務(wù)（LBS），業(yè)務(wù)的受益方不是UE 一側(cè)，而往往是DN 一側(cè)。

2.2 流量分流的方法

UPF 進(jìn)行流量分流基于客戶業(yè)務(wù)流量中的什么特征，也是關(guān)于客戶業(yè)務(wù)邏輯是否符合預(yù)期、是否方便完成，以及客戶體驗(yàn)好壞的關(guān)鍵?？尚械姆绞接校夯贗P 地址和端口號(hào)，基于URL。

其中，基于IP 地址和端口號(hào)是數(shù)據(jù)分流技術(shù)顯而易見的傳統(tǒng)方式，但對(duì)于客戶DN 的IP 地址規(guī)劃復(fù)雜或者使用了CDN 等技術(shù)，基于IP 地址和端口號(hào)的方式就過于繁瑣了，需要基于DNS 域名的分流方式?；诖朔N方式，可以通過對(duì)DNS 域名解析過程的感知，判斷下一環(huán)節(jié)具體業(yè)務(wù)（如http）的分流需要，進(jìn)行基于域名的數(shù)據(jù)分流，如圖2 所示。

圖2 基于DNS 域名的分流

在ULCL 技術(shù)中，基于URL 的分流必然涉及DNS 解析過程。具體來說也有兩種方式，一種是在SMF 為特定DNN 配置分配內(nèi)網(wǎng)DNS，一種是在UPF 配置DNS 重定向，如圖3 所示。DNS 重定項(xiàng)進(jìn)一步簡(jiǎn)化了終端或企業(yè)服務(wù)側(cè)的配置。

圖3 DNS 重定向方案

基于DNS 域名的流量分流適應(yīng)性更強(qiáng)，更適合于復(fù)雜場(chǎng)景。對(duì)于僅使用園區(qū)內(nèi)網(wǎng)，或者預(yù)期通過園區(qū)固網(wǎng)出口上網(wǎng)的用戶，可以直接通過SMF 給UE 靜態(tài)綁定DNS，這樣UE 直接獲取到的是內(nèi)網(wǎng)DNS，則不需要配置DNS 重定向。而如果不適合以上條件，UE 仍需要分配運(yùn)營商LDNS 的，則需要額外配置DNS 重定向功能。

3 一種可行的5G 園區(qū)產(chǎn)品模式設(shè)計(jì)

基于ULCL 數(shù)據(jù)分流技術(shù)，非常常見于產(chǎn)業(yè)園區(qū)或辦公園區(qū)的無線辦公、移動(dòng)辦公使用。此類針對(duì)園區(qū)的融合專網(wǎng)產(chǎn)品，可以基于園區(qū)邊界內(nèi)外的不同流量調(diào)度規(guī)則區(qū)分，設(shè)計(jì)3 種產(chǎn)品模式。

內(nèi)網(wǎng)模式：用戶在全域或限制在園區(qū)內(nèi)僅能訪問園區(qū)內(nèi)網(wǎng)。此種場(chǎng)景建議給專網(wǎng)用戶配置專用DNN，USIM 卡應(yīng)統(tǒng)一配發(fā)。此種場(chǎng)景主要適用于企業(yè)定制的專業(yè)化終端設(shè)備。

動(dòng)態(tài)模式：用戶進(jìn)入到園區(qū)范圍內(nèi)后，執(zhí)行ULCL 插入，可以同時(shí)訪問園區(qū)內(nèi)MEC 和互聯(lián)網(wǎng)，離開園區(qū)后恢復(fù)為普通互聯(lián)網(wǎng)用戶。此種場(chǎng)景可面向企業(yè)辦公終端，也可用于園區(qū)LBS 應(yīng)用。前者是純toB 業(yè)務(wù)，可以配置專用DNN；后者是toBtoC 業(yè)務(wù)，是園區(qū)為公眾客戶提供的LBS 用途，需要支持通用DNS。

無界模式：用戶可以在全域訪問園區(qū)內(nèi)網(wǎng)，同時(shí)不影響互聯(lián)網(wǎng)使用。此種場(chǎng)景需要配置專用DNN 或DNN 糾錯(cuò)。此種場(chǎng)景主要適用于企業(yè)差旅辦公或疫情常態(tài)化移動(dòng)辦公等，效果相當(dāng)于拓展了園區(qū)的邊界。

以上3 種模式的示意圖如圖4 所示，其中內(nèi)網(wǎng)模式僅列出了園區(qū)內(nèi)使用的場(chǎng)景。

圖4 園區(qū)融合專網(wǎng)產(chǎn)品模式

4 5G 園區(qū)專網(wǎng)的典型用例

4.1 工廠AGV 綜合控制終端專網(wǎng)

工廠AGV 通過專用的手持平板終端進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控，如圖5 所示，為改善應(yīng)用效果，平衡性能和成本，擬采用 5G 融合專網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)模式替換原有WiFi 網(wǎng)絡(luò)。手持平板終端為企業(yè)生產(chǎn)專用終端，僅用于AGV 控制，為避免感染病毒或非授權(quán)操作引發(fā)事故，僅允許專人在廠區(qū)內(nèi)操作使用，帶離廠區(qū)不能使用，平板終端原則上不能訪問互聯(lián)網(wǎng)。

圖5 工廠手持終端

根據(jù)以上需求可見，工廠AGV 綜合控制是一個(gè)既限制使用者又限制使用場(chǎng)所的專網(wǎng)。

運(yùn)營商為工廠企業(yè)發(fā)放專網(wǎng)USIM 卡，為工廠AGV專網(wǎng)卡簽約專用DNN，不簽約CTNET 等通用DNN，并限制在廠區(qū)基站的TAC 范圍內(nèi)。IMS 是否簽約視客戶手持PAD 終端的語音業(yè)務(wù)需求而定。

4.2 體育場(chǎng)館多角度直播應(yīng)用

體育場(chǎng)館提供了多角度直播應(yīng)用，客戶進(jìn)入場(chǎng)館范圍后可以用手機(jī)接入體育場(chǎng)MEC，并重定向到特定頁面使用該項(xiàng)場(chǎng)館特色服務(wù)。項(xiàng)目擬采用5G 融合專網(wǎng)動(dòng)態(tài)模式，最大程度適應(yīng)觀眾的普遍需要。由于觀眾使用的是自己的個(gè)人手機(jī)，不可能在進(jìn)入場(chǎng)館時(shí)額外進(jìn)行任何操作，同時(shí)為了保證場(chǎng)館的商業(yè)利益，此項(xiàng)特色LBS 服務(wù)僅能在場(chǎng)館區(qū)域內(nèi)享受，享受該服務(wù)時(shí)不應(yīng)影響觀眾用戶的正常通信需要。

基于以上需求可見，體育場(chǎng)館的增值服務(wù)大多是一項(xiàng)主要限制是使用場(chǎng)所的專網(wǎng)。

運(yùn)營商和體育場(chǎng)館達(dá)成商業(yè)合作后，在PCF 為全量用戶簽約一個(gè)特殊的套餐，該套餐對(duì)場(chǎng)館所處的TAC 做了相應(yīng)配置，如圖6 所示。同時(shí)，運(yùn)營商和體育場(chǎng)館還可以開展深度合作，由體育場(chǎng)館方面售賣相應(yīng)的會(huì)員服務(wù)。向體育場(chǎng)館購買了會(huì)員服務(wù)的觀眾會(huì)在體育場(chǎng)館的服務(wù)器上有相應(yīng)記錄，5GC 核心網(wǎng)部署NEF 能力開放網(wǎng)元和體育場(chǎng)服務(wù)對(duì)接，觸發(fā)邊緣分流。

圖6 通過PCF 下發(fā)相應(yīng)策略

4.3 無邊界校園專網(wǎng)

校園網(wǎng)絡(luò)是師生共享學(xué)術(shù)資源、開展教學(xué)互動(dòng)和訪問圖書館等生活服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，近些年隨著辦公和教學(xué)遠(yuǎn)程化越來越明顯，校園網(wǎng)超越校園實(shí)體的物理邊界越來越成為主流。使用5G 公網(wǎng)專用明顯是無邊界校園網(wǎng)的最佳實(shí)踐方式。

基于以上需求可見，無邊界校園網(wǎng)主要限制使用者，而最大程度開放場(chǎng)所限制。

為了避免師生換卡換號(hào)的麻煩，運(yùn)營商根據(jù)學(xué)校提供的手機(jī)號(hào)碼清單配置一個(gè)專用的校園網(wǎng)DNN，該DNN 作為默認(rèn)DNN，把用戶手機(jī)上報(bào)的CTNET 或CTLTE DNN糾錯(cuò)成校園網(wǎng)DNN，如圖7 所示。該校園網(wǎng)DNN 可同時(shí)訪問校園網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，語音業(yè)務(wù)仍由IMS 承載。如外省AMF 配合相應(yīng)配置（DNN 和DNN 糾錯(cuò)），可支持在任何有5G SA 覆蓋的區(qū)域跨省漫游。

圖7 校園專網(wǎng)方案

5 基于5G 數(shù)據(jù)分流的5G 融合專網(wǎng)應(yīng)用前景

5G 核心網(wǎng)架構(gòu)的CUPS 特性讓5G 網(wǎng)絡(luò)的用戶面可以靈活部署，讓邊緣計(jì)算在移動(dòng)通信領(lǐng)域成為可行并成為特色潛力能力。在商業(yè)實(shí)踐中，除了少數(shù)企業(yè)終端外，絕大多數(shù)使用手機(jī)等通用終端的5G 專網(wǎng)用戶，幾乎全部都有UPF 下沉部署和公網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)同時(shí)訪問的要求。即便是企業(yè)專用終端，實(shí)踐中運(yùn)營商發(fā)現(xiàn)也大多有互聯(lián)網(wǎng)訪問需求。例如深圳某制造業(yè)企業(yè)所使用的掃碼槍，雖然掃碼槍是連接內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫，但掃碼槍需要訪問位于互聯(lián)網(wǎng)的支持服務(wù)，一樣缺不了5G 數(shù)據(jù)分流技術(shù)的支持。

在一個(gè)終端配置多個(gè)DNN 切換，顯然不是一個(gè)好的解決方案。5G 終端根據(jù)不同的業(yè)務(wù)內(nèi)容進(jìn)行分流，目前只有基于3GPP 協(xié)議中提供的3 種方式，其中一種是在UE 端對(duì)應(yīng)用進(jìn)行識(shí)別，從而選擇不同的網(wǎng)絡(luò)切片；兩種是在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)地址和域名標(biāo)記進(jìn)行識(shí)別，從而選擇不同的路由。

對(duì)于綜合應(yīng)用終端，尤其手機(jī)而言，從UE 端識(shí)別并分流的URSP 技術(shù)是一項(xiàng)很有價(jià)值的技術(shù)，但遺憾的是當(dāng)前沒有任何規(guī)模使用的商用終端支持URSP。

對(duì)于產(chǎn)業(yè)數(shù)字化應(yīng)用的終端，ULCL 和IPv6BP 是很好的分流技術(shù)，也是目前可商用的最佳選擇。

本文設(shè)計(jì)的3 種5G 專網(wǎng)數(shù)據(jù)分流模式，從終端的類型、使用對(duì)象的特征等對(duì)產(chǎn)品商用非常關(guān)鍵的特征入手，嘗試從是否需要定制DNN、是否限制地理位置等維度對(duì)5G 融合專網(wǎng)做了產(chǎn)品規(guī)劃。

基于5G 數(shù)據(jù)分流的5G 融合專網(wǎng)在任何有一定地理范圍的組織實(shí)體都有應(yīng)用意義，只不過產(chǎn)業(yè)數(shù)字化用途尤其是機(jī)器控制用途的場(chǎng)景限制更苛刻，辦公和教育用途的限制更少更側(cè)重便捷。

其中，基于5G 數(shù)據(jù)分流的5G 融合專網(wǎng)在toBtoC 領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，教育專網(wǎng)、醫(yī)療專網(wǎng)、政務(wù)專網(wǎng)等等凡是需要接待大量普通民眾，并在特定范圍內(nèi)享受特定行業(yè)服務(wù)的場(chǎng)景，都是5G 融合專網(wǎng)的目標(biāo)場(chǎng)景。相信未來此類專網(wǎng)會(huì)成為一個(gè)巨大的商業(yè)市場(chǎng)，甚至需要專門的運(yùn)營商來運(yùn)營，催生更多新的通信服務(wù)形式。

6 5G 融合專網(wǎng)存在的問題

5G 數(shù)據(jù)分流仍然處于一個(gè)發(fā)展中的階段，如本文所述，目前除了ULCL 技術(shù)外，其他幾種數(shù)據(jù)分流技術(shù)都不成熟，IPv6BP 可能會(huì)在IPv6 普及后逐漸廣泛應(yīng)用。

ULCL 本身也存在不少問題和缺陷，如ULCL 僅用于5G，LTE 協(xié)議中沒有ULCL，這是該技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)明顯的絆腳石，是通過增強(qiáng) 5G 覆蓋替代LTE 解決，還是通過EPC 技術(shù)的增強(qiáng)或采取外部數(shù)通方法解決，是另一個(gè)值得研究的課題。