电信企业5G网络共建共享探析

电信企业 5G网络共建共享探析

朱宏、王瑜、杨明、杨宇

中国联合网络通信集团智网创新中心 江苏南京 210019

摘要：在我国5G网络建设迅速发展的背景下，工信部提出要进一步深化通信业务，推进电信基础设施共建共享，强化统筹集约建设。因此，文章论述了电信企业5G网络共建共享的必要性和实践方案，并对当前所面临的问题和难点进行了分析。本文以电信联通的5G网络共建共享为实例，提出了共建共享的优化方案，并对共建共享的5G网络架构进行了深入的探讨。

关键词：电信企业；5G网络；共建共享

引言

5G技术的商业化进程，促进了5G技术在各行各业的广泛应用和快速发展，并形成了一系列产业发展的新模式，促进了社会经济的增长。预计2021年末，我国5G基站将会增加60万个，累积达到120万个，由于5G网络的特性，5G基站将会大大增加建设、运营与维护的成本。5G的高频特性使其难以选定新的基站、5G大带宽对承载网的要求更高、5G基站的高功率消耗等，这些问题都会导致5G网络建设成本比4G要高得多。为此，国家提出鼓励基础电信企业建立共享5G网络，坚持“集约利用存量资源、能共享不新建”的原则。5G时代，随着网络建设投资的不断增加，网络建设的速度也越来越快，各电信企业之间的合作将会越来越多，通过共建、共享的方式建设5G网络，可以更好的节约资金，实现带宽、速度和覆盖范围的翻倍。

一、电信企业5G网络共建共享动因分析

2021年1月，中国移动与中国广电签署“5G战略”合作协议，双方将在今年的5G网络中进行700MHz、2.6GHz的5G网络建设与共享，双方按照1:1的比例，共同出资建造700MHz5G无线网络，并拥有700MHz的5G无线网络资源^[1] ，中国移动为中国广电开放共享2.6GHz频段5G网络。中国移动与中国广电的合作，将会摊薄双方的5G网络运营与维护的成本，进一步加快5G网络的建设。

(一)跟随政策导向，避免重复建设

5G时代，其基站密度越来越大，基站的建造和运行费用也越来越高。各电信企业在使用传统的基础设施建设时，将会产生巨大的资源浪费。为了防止发生4G时代的重复建设问题，在促进电信基础设施资源共享的背景下，中国铁塔孕育而生，其建立的目的在于整合基础电信企业资源，推动共建共享，进一步降低基础设施建设成本、提升运营效率。国家工信部于2019年6月5号正式印发《关于2019年推进电信基础设施共建共享的实施意见》^[2]，同一天，国资委有关领导亲临中国联通进行了考察，并出席了中国电信、中国联通、中国移动的5G产业发展论坛，指出：三大运营商应持续密切的合作，以避免对5G的重复投资。此外，从运营商自身来看，2G、3G、4G等网络资源的建设较为充裕，但是利用率并没有达到最优，各电信企业相互间的合作与共享，将会在降低投入成本、提高资产使用效率与网络使用效率等方面取得突破性进展。

(二)掌控节奏，加速5G布局

当前，采用共建共享模式来降本增效、加速5G网络部署是最佳选择。其中，独立建设区充分利用了4G网络的优势，而联合建设区域既是人口密集的大城市，也是对5G技术需求更高的工业城市。通过共建共享模式的推进，将各电信企业有限的资源高效的用于5G网络布局，能够极大的提升5G网络建设速度与精准度，迅速满足关键区域对于5G网络应用的需求。这使得在短期内获得大量的设备，从而推动了生产链条的日趋成熟，也给国内运营商带来了更多的机遇。中国电信和中国联合网络通信有限公司于2019年9月9号就5G网络共建共享的方案达成了《5G网络共建共享框架合作协议书》^[3]，并顺利开展了5G网络共建共享研究与探索。双方在2020年底共同建成了33万个5G基站，实现了我国所有地市的5G网络覆盖，为合作双方降低了建设成本，共节约资金达2000亿元，共建共享的成果显著。

(三)运营商自身竞争局面使然

据各运营商今年上半年的业绩显示，中国电信、中国联通、中国移动三家企业的业绩差距在逐年扩大，中国移动的收入、利润率、移动用户数多项指标比其它两家总和还要多。在4G用户中，中国移动占比59%，中国电信占比22%，中国联通占比19%，^[4]同时，DOU也在不断增长。另在5G投入方面，中国移动预计投入240亿，中国电信预计投入90亿，中国联通预计投入80亿，中国移动的5G建网投入比中国电信和中国联通之和还要多。在此背景下，中国电信与中国联通在5G时代如不能取得战略性突破，其与中国移动的差距将越来越大。因此，中国电信和中国联通积极探索5G网络共建共享，可以显著降低成本、提高效率。同时，由于中国电信和中国联通的5G频带的临近，5G带宽将会增加到200M，从而使网络速度得到了进一步的提高，打破网络瓶颈，有效提升网络与服务品质。

二、共建共享网络架构

基于共建共享的5G网络架构，按照共享模式和共享的程度不同，一般可将其划分为站址共享、MORAN（Multi-OperatorRadioAccessNetwork）、MOCN（Multi-OperatorCoreNetwork）、GWCN（GatewayCoreNetwork）四种。第一，站址共享。运营商间仅共用一个物理站址，包括：机房、铁塔、电源、天馈系统等。因为站址的投入比较大，所以采用该方法可以充分利用站址资源，降低重复投入、提高使用率。例如，中国铁塔为某地不同的运营商提供统一的站址基础设施。第二，MORAN。即分载频共享模式，仅利用了基带和RRM，实现了对频率资源、RRM、业务部署的分离。该方法还包括基于站点共享的基本无线接入设备（也就是基站设备），在各自的载频上进行广播。在此模式中，各承建商和共享方共用一个站点的基本结构或网络设备，但是各承建商各自拥有一个单独的网孔，这些单元叫做子载频率共用单元，每一个单元都是由运营商各自管理。该技术仅对基站内的非无线资源进行共享，而不会共享单元和频率。对移动电话而言，这就像没有共用一个基站：每个电信企业的蜂窝和频率都是分开的，而移动电话则是按照合约与他们自己的网络相连。所以，MORAN的实施比较简单，但不能完全共享。第三，MOCN。也就是共载频共享模式，共享基带单元和射频单元，共享频率资源，共享RRM，统一服务部署。该方法是建立在只有MORAN基站设备共用的基础上，而基站中最关键的单元，也就是单元和频率点。不同的运营者的PLMN必须被广播。在同一负载频率下的此模型中，承建商与共享者共用一个站点的基本结构或网络设备，并共用一个载波单元。这种共同的单元叫做共用载波单元，共用一个共同的载波单元是一个共同的单元，并且在同一时间共享。小区同步广播承建商与共用承建商的PLMN，而移动电话则依据各自的商业网络PLMN进行连结。由于该方法涉及到在一个基站中进行资源的分配，所以它比较复杂，但是可更深入地分享，更有利于扩展使用范围和共享效果。第四，GWCN，也就是共享RAN和部分核心网络，它是以MOCN为基础的网络单元，实现了更大的共享。但是，由于核心网络端存储了大量的运营商资源和用户数据，这就给运营商的控制带来了困难。与此同时，由于核心网的存在，网络的更新、维护工作也会增加，I/O比率也会随之下降。综上，站址共享、MORAN、MOCN和GWCN技术的共享程度日益提升，同时也带来了容量和性能规划、参数变化等问题，使得共享变得越来越困难。当前，中国联通与中国电信共同构建了5G网络共建共享模式。多家运营商5G主网均接入同一NGRAN，利用无线接入网实现资源共享。

三、5G共建共享战略和意义

目前，5G运营商对智能通讯网络和智慧办公的需求越来越大，因此，5G的建设和运营成本成为亟待解决的问题。与此同时，5G网络的建设也面临着两大难题。首先，与4G相比，5G部署的带宽大幅增加，尽管5G采用MIMO技术，但由于上行覆盖能力的限制，导致单站的覆盖面积减小，当某一站的覆盖率降低时，在需要连续覆盖的情况下，将会有更多的站点出现，5G的建设需要投入大量的资金，从而增加了运营商的潜在成本。其次，在5G网络中，要适应5G服务和数据传输的要求，就必须增加频谱资源，增加系统带宽。5G基站数量多，MassiveMIMO技术的推行，使AAU拥有64个信道，在提高系统的性能的同时，不可避免的造成了5G基站能源消耗的升高，从而使得运营商的网络运行和维护费用大增。在运营商为减少5G总成本带来的巨大压力下，构建共享5G网络是解决高投入、高运维成本的有效途径。

国外的运营商也遇到了同样的问题：在国外，由于运营商数量庞大，其运行费用已成为制约其运营的一个主要因素。为了节约成本，很多运营企业都需要网络的共建和分享，因此，我们对国外运营商的合作方式进行探讨，并从中吸取经验。英国运营商C企业和D企业，作为其国内第二大和第三大运营商企业，在竞争中受到了很大的压力，为了迅速实现LTE覆盖，两大运营商都打算建立一个共同的LTE基站，把英国划分成东部和西部两个主要地区。核心网络是独立的，包含800MHz和1800兆赫（两家企业均使用两种资源）。ENodeB通过两个运营商的C、D组成，它们采用了一个载波分享模式，各自拥有各自的品牌。瑞典运营商E企业和F企业，是瑞典第二大、第三大运营商。其最大的运营商企业在2009年末首次采用商用LTE技术，凭借先发制人的优势占领了市场。为缓解市场竞争的压力，运营商E、F在LTE网络建设中共同组建了一个双方合资的企业，以减少LTE业务的投入和运营费用。将瑞典分为4个地区，其合资企业负责建设LTE站点，但并不直接进行网上业务，它将LTE分段通过共用的载波租赁给运营商E和F，并且按照业务的不同来进行单独的计算，运营商企业E和F企业利用各自的商标向公用运营商提供LTE业务。^[5]

所以，无论是从国内的矛盾分析，还是从国外的实践来看，都必须实现5G的创新与共享。通过“创新、开放、协作”的方式，构建“适应不同地区、不同发展需求的5G网络”。

四、共建共享安全风险

在目前共建共享的环境下，存在多运营商场景、共享和非共享场景等多种边缘场景，客观上使得共建共享面临诸多安全挑战。鉴于5G网络的安全性问题，本文着重从接入网、承载网、核心网、网管系统等方面进行了分析，并提出了一些新的安全隐患。第一，接入网络存在着安全隐患。MOCN模式下的共建与共享，两个人共用一个基站，承包商的基站要连接双方的核心网络，共用基站提供的互联可以提高基站的使用率。为了保证系统的安全性和基站的物理安全性，厂商必须制订切实可行的措施。若两个基站之间的加强不相容或缺少，一旦发生安全问题，就会对另一方造成一定的影响。5G基站采用N2、N3接口将主网与其它基站之间的Xn接口相连接，在共用基站时，由于共用基站与其它网元（例如UPF、AMF等）的回程界面，会有较大的流量截获及重复攻击。第二，承载网安全问题。承载网互连是实现共建和共享的根本，能否满足网络需求，对5G网络的传输性能有很大的影响。承载网互通会使网络使用者受到更多的影响，同时也会对胡同节点的路由设备与组件提出了较高的安全性需求。比如，连接端口失效会造成通讯中断，使其所承载的基站不能正常工作。这些漏洞可以被入侵者利用，通过网络攻击或入侵设备，造成设备的资源可用性降低，路由信息泄漏或不正常的数据流造成网络拥挤，而共享和可交互的单向网络将会面对大量的高流量。由于路由拥塞和负载失衡，会造成路由节点、传送设备性能下降、路由拥塞、无法使用等问题。第三，核心网安全问题。5G核心网络采用了独立的控制和转发结构，以保证移动管理和会话管理的独立性；5G核心网是5G网络的大脑，它对整个网络进行全面的管理与监视，因此必须重视其安全性。在传统的5G网络中，采用的是自己的基站，具有较高的安全性。然而，一旦在基站共用之后，核心网就会与承包商基站相连，这将会增加以承包商基站或转播网为跳板来攻击5G核心网的危险。同时，还应注意到共用基站对AMF、UPF网络的攻击，以及5G与常规基站之间的回传通信存在的安全性问题。第四，网管中存在的安全隐患。为了满足共享基站对共享侧的访问要求，以及对共享用户的网络运营和管理要求，可以从两个方面进行逆向牵引，即向共享侧开放网管能力和双开接口。开放式网络管理体系使得网络管理的双方可以在网络管理领域中进行共享，但同时也存在着网络管理领域分离的风险，同时也存在着网络被盗用、篡改等问题。维护两方的网络管理，建立一个网管帐号，并分配帐号的权限和管理复杂性。第五，安全管理中存在着一定的风险。共建共享利用双方合作的方法对网络进行管理，从而改变了传统的网络工作模式。当双方的安保系统不健全、对接过程不清楚、安全需求不统一时，就会出现安全事故，网络的运行效率很低，安全风险管理也很差。

五、共建共享安全策略分析

共建共享包括建设者与分享者两大主体。双方必须遵守公平、互惠的原则，以保证双方的内部事务不会影响到彼此的网络。在此期间，各方应共同努力，保证网络的建设与共享。5G网络设备的安全与共享工作仍在正常进行。本文从接入网、承载网、核心网、网管和安全管理等五个角度出发，对共建共享环境下的安全问题进行了分析以及应对之策。第一，对接入网络的安全性策略。在5GMOCN共用体系结构下，接入基站以共用为主。所以，在网络中，网络的共享和网络的安全性和网络的传输都需要引起各方的重视，为了保证共用基站的安全性，各方都应采取相应的安全措施，更为严厉的安保规定并非互相抵触。例如，增强了gNB和eNB/gNB的Xn接口的通讯，并在gNB和5GC间提供N2和N3等反馈接口的保护，并在必要的情况下，采用IPSec协议进行双向认证和加密，增强网络的可靠性；从账户加固、网络加固、系统加固、日志审计、物理安全等方面增强了基站常用网络单元的安全，并就增强了安全需求，并建立了补丁管理和更新程序、检查基线安全配置机制、新保护等，保证接入网的可靠。第二，承载网安全战略。共建共享5G的目的在于通过承载网来实现5G的互联，按用户需求共享承载网络由。共建共享双方要强化热点的安全防范，避免不相关业务的流量进入自己的网络，以保证网络的安全、可靠。承载网通过建立多个VPN和支持FlexE切片，实现了多个承载网的安全隔离；提高了路由存取的安全性，避免了路由信息泄漏，在承载网的控制平面和转发平面上设置了专用的安全控制策略，以阻止非业务的非法进入，从而避免了对承载网的潜在攻击。第三，核心网络的安全战略。共用基站会使5G核心网络与其它业者共用基站相连。5G的核心网络应重视对AMF、UPF等接入公用基站的核心网络的安全性，避免由共用基站引起的不确定的访问。由于连结操作员网络，会造成安全性危险，也会造成网络攻击。比如，在5G网络中，连接到基站的AMF、UPF网络单元，采用了路由过滤策略、ACL访问策略等安全措施来阻止非正常的业务进入核心网络。第四，网管系统的安全战略。因为共用方对共用基站的运作有特殊需求，因此，在网络效能上，共建共用方一般会以两种方式开启无线网络管理，如环回端或开放北端。而逆向端则是指透过布设专线，将OMC网管终端反向接入共享侧，实现5G网管能力的开放。所谓“北口”模式，是指在“北端口”上增设一个新的“北入口”，并根据“北端口”的要求，将“共享网络”的配置、性能和告警情况上报给“共享方”。在OMC开放网管中，应强化OMC的安全管理，将设备、接口、终端安全区域分开，划分安全区域的界限，实施访问需求和安全策略。每一个分界线。比如，在网络管理外围配置双重防火墙，将安全区域的边缘安全地分隔开，一个主站和一个备份，以避免单一的失败，达到负载平衡；根据“工作关联、最小权限”的原则，采用了以承包者和共享者为主体的方式实现的访问控制策略。角色管理网络管理员帐号的存取控制。合同方的网管帐户拥有网管的组态和运行的权利，共享方的网管帐户拥有唯读的权利；加强安全措施，防止在传送时被破坏或泄漏。第五，安全管理战略。共建共享利用双方合作的方法对网络进行管理，从而改变了传统的网络经营模式。这就要求双方安保合作必须联合应对。所以，在合作发展过程中，要建立和分享合作关系，建立一个快捷、高效的安全交流和响应机制，如安全事件协同处理、安全事件通报、安全事件分析、安全事件处理等，为下一步的稽核工作提供资料，使网络安全、稳定、有效。

六、电联共建共享方案

从经济效益上看，共建共享5G网络可以减少建设费用。5G网络的建设费用比4G要高得多。第一，站点选址困难，没有足够的安装空间。小区内的通信设备很难安装，站点选址也很难，而且租金也很贵。第二，对通信系统进行了改进。5G网络的速度很快，需要更多的带宽，10G的光纤传输是必需的，而传输网的更新也是一项巨大的投资。第三，电源改造。5G装置的功率消耗很大，一般1台AAU的功率大于1000W, 一个基站的功率可达4000W,相比一个4G基站的功耗低于1000W而言，5G设备被称为“电老虎”。许多机房的电力供应都比较紧张，需要增设电力设施，对电力系统进行大的改造。第四，天面改造。多个运营商和多个标准的天线共用同一平面，而在这些天线柱上没有任何空间可以安装。需要更改平面，比如增加一个多端口的天线或者增加一个加法器来给5GAAU提供足够的空间。中国联通和中国电信企业在南北两个方面都有比较明显的优势。为了充分利用地理位置上的优势，双方已合作建立5G网络，以减少网络建设成本，并推动5G大规模的发展，由于网络建设的资金不断投入，5G的商业速度也随之加快。

（一）5G网络共享难点

5G网络共享的首要任务是协同网络策略，确定两个共享运营商的合作模式，以及技术细节。第一，组网策略的协调。NSA是当前5G网络建设和竞争优势的关键，而SA则是5G发展的主要目标。运营商可以选择逐步实施，先从NSA，再逐步过渡到SA，或者逐步适应SA体系结构。所以，当两个共享者无法达成协议时，NSA/SA将会出现共享的问题，从而使技术的实施变得更加复杂。第二，技术方案的选择。在NSA模式下，采用多种方式上网，长期来看，总的投入和运行费用最少，但是短期内要进行大规模的网络改造，主要包括：交换、MME和SGW的扩展，4G基站在接入网端的转变或更新。此外，在业务方面，由于在共用端，用户的数据包必须经由基站传送至主建核心网，而主机端则将其核心网引至本地网，并最终将其引至服务器端，这会造成更多的服务延时。为此，本文提出了在NSA阶段，就5G网络的分享做出决策。SA模式下，若使用跨网漫游方式，将会导致用户的交互性延迟增大，使网络间的隔离变得困难。同时，还提出了在SA阶段进行接入网络共享的决策，从而确保从NSA向SA的演化过程中都能保持同一共享模式，从而使演化更为顺畅。第三，在技术上的细节取舍。在接入网络共享模式下，RRC连接数目和基站级的容量都是基础层的资源，因此必须对资源共享方进行资源配置。为确保频谱资源的最大利用率，双方应以固定的比例进行资源配置。如果某一方的固定资源被消耗殆尽，而另一方的资源处于闲置状态，则该资源将被临时占据。在单向网互联方面，建议采用逻辑双信道，也就是利用VPN技术进行业务的逆向互联。在URLLC方案中，由于路由绕过所造成的时延增大，可以通过增设专用专线来解决。

（二）电联共建共享网络建设方案

中国电信与中国联通共同发起的“共建共享”计划，在实践中取得了一定的成效。第一，双锚点独立载波方案，也就是两个锚点（独立的）+一个共享的5G载波。中国电信与中国联通4G、5G基站分别由同一厂商提供，中国电信与联通原有4G基站完成NSA基站的升级。4G网络的早期升级，主要是为了支持NSA的组网。在NSA组网方式下，4G基站的更新较少，可以迅速部署；5G基站要与中国联通、中国电信等运营商建立联系。同时IPRAN的接入环路；5G基站要增加4G基站的配置，锚定邻区，并安装X2接口。在运行维护的时候，中国联通与中国电信必须进行统一的系统升级，也就是将捆绑的网站与5G网站的版本进行同步。4G、5G没有共用站点，这就给网络的规划与优化带来了一定的困难。电信4G基站结合频率设定可接受1.8GHz(1860至1880/1765至1785)1.2110至2130/1920至1940）。联通4G基站固定频率设定可接受1.8GHz(1840至1860/1745至1765）或2.1GHz(2135至2155/1945至1965）。第二，采用1.8GHz频段开展，承包商原有的1.8GHzLTE（采用共用载波）+5GNR基站。1.8G的软件升级，支持共创共用一般运营商；针对LTE的负荷，调整offload策略，降低NSA用户对4G用户的影响；将联通4G基站的捆绑频率设定为20M(1860-1880/1765-1785),4G基站的捆绑频率设定为20M(1840-1860/1745-1765）。第三，独立的载波方案，2.1G的单锚点，也就是2.1G的单锚点（独立的载波）+一个共享的5G载波。合作方将在2.1GHz频段（使用单独的或共用的载波方式）建设2.1GHz的4G基站+新的5G基站。利用2.1G单锚点，对中国电信与中国联通的原有通信网络进行了维修和改建，将1.8G的锚地设置为2.1G。

（三）电联共建共享网络优化方案

3.1共建共享网络VoLTE语音业务方案

第一，采用一个2.1G+共享5G运营商网。这一方案不会对4GVoLTEITU的使用者造成任何影响；对ITUNSA的使用者来说，若中国联通为其提供2.1G的VoLTE服务，则会有5G标识；若ITUNSA的使用者转至相应4G网络，则不会显示5G标识；若联通终端不能使用VoLTE，则会退回至3G网络。第二，采用1.8G共享运营商网+5G共享运营商网。中国联通建设地区的电信NSA客户转移到850M话音服务，而VoLTE和传统的话音服务能够支持现有的网络策略。目前，电信运营商NSA、4GVoLTE用户已经全部转移到850M话音业务，联通VoLTE用户将会转到1.8G/900M。采用VoLTE交换方案，可以保证联通NSA和4GVoLTE用户的通话品质。

3.2共建共享网络互操作策略

第一，2.1G的独立载波系统互联策略。在SIB5中，使用SIB5系统消息分发基础优先权，并在IMMCIRRCrelease域中分发优先权，并将其分配到更高的带宽。在接入网络之后，用户会按照主优先权来选择具有最大优先权的网络。如果网络为一个具体的终端类型设定了一个专用的优先权，那么这个终端就会按照它的相应的特殊的优先权来选择一个特殊的优先权。优先级：当前最高级的网络接入和在线。联通4G普通用户的访问流程，基于基本网络的优先权，选择1.8G作为优先权；联通NSA的接入流程，则是按照主网的优先权，选择1.8G作为优先权，然后按照NSA的专用终端进行访问。第二，1.8G的共享式方案。系统消息SIB5传送基础优先配置，使UE保持闲置；指定的优先权配置是通过IMMCIRRCrelease字段来传送，并以较高的带宽优先权。联通4G的普通用户在接通4G之后，无论在空闲状态还是连接状态下，都会优先考虑4G网络。在4G用户使用空闲状态时，如果4G用户在正常测试水平，则会按照指定的优先级，使用IMMCI与Telecom1.8G/800M进行连接。当联通NSA的普通用户处于闲置状态时，NSA的使用者会按照指定的优先权访问，并且在1.8G的公用锚地上坐下。NSA用户在一般的NSA用户处于等待和连接的情况下，按照指定的优先权，NSA用户可以在1.8G的公用锚地上进行访问。

结语

2021年，国家工信部提出，要进一步加强基础电信企业的合作，进一步推进各领域的技术创新。面对庞大的5G市场空间与巨额投资，如何以高效率、低成本建设成高覆盖、高速率、高感知的5G网络，成为当前各电信企业亟待思考并解决的问题。在各电信企业共同推进5G网络的建立与共享的过程中，将面临并解决诸多关键问题，其中合作双方的网络数据的可视性、可控性、有效的资源分配、保障共享时的信任等尤为重要。5G网络共建共享的目的是为了达到低成本、高效率地建设5G网络，这是5G网络部署与运行的一个新趋势，它的需求与战略意义日益凸显。在共建和共享的过程中，合作双方要进行深度融合研究，重点探索、实践和归纳各种合作环境下的安全风险和对策，并构建一个常态化的协同优化机制，保证网络的正常和稳定。在今后的发展中，基于大数据和人工智能技术，共享安全将会在安全事件感知与预警、数据共享、MEC/共享等方面取得进一步的突破和发展。

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