隨著5G的不斷發(fā)展，未來(lái)5G將廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，新的“5G +邊緣計(jì)算+ AI”模式的出現(xiàn)也促使運(yùn)營(yíng)商助力垂直行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。不過(guò)，這也給運(yùn)營(yíng)商的承載網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了四大新挑戰(zhàn)。為了構(gòu)建5G MEC Ready承載網(wǎng)，運(yùn)營(yíng)商需要解決六個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

MEC是5G時(shí)代行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵

應(yīng)用本地化(不向園區(qū)外傳輸數(shù)據(jù))、高帶寬內(nèi)容分發(fā)和低延遲計(jì)算本地化都促進(jìn)了服務(wù)內(nèi)容、應(yīng)用程序和計(jì)算向邊緣的遷移，從而推動(dòng)了多接入邊緣計(jì)算(MEC)的發(fā)展和5G核心網(wǎng)下移。

圖1 將服務(wù)遷移到邊緣促進(jìn)了MEC的發(fā)展和5G核心網(wǎng)下移

5G核心網(wǎng)采用的是用戶(hù)平面功能(UPF)和會(huì)話(huà)管理功能(SMF)分離的靈活架構(gòu)。通過(guò)這種方式，UPF可以按需靈活部署。一個(gè)SMF可以同時(shí)管理多個(gè)UPF，同時(shí)保證5G核心網(wǎng)的高性能。5G為MEC帶來(lái)了許多新優(yōu)勢(shì)，包括：

• 核心網(wǎng)UPF下移到企業(yè)園區(qū)，以確保關(guān)鍵服務(wù)數(shù)據(jù)不出園區(qū)，并提供低延遲承載解決方案。運(yùn)營(yíng)商可以為每個(gè)企業(yè)獨(dú)立配置UPF，從而為企業(yè)用戶(hù)定制無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)。
• 運(yùn)營(yíng)商提供開(kāi)放、可編程的5G定位、無(wú)線(xiàn)通信等5G通信服務(wù)功能，企業(yè)用戶(hù)可以使用并集成到企業(yè)服務(wù)系統(tǒng)中，企業(yè)可以定制自己的5G創(chuàng)新應(yīng)用程序。
• 下沉的5G MEC系統(tǒng)與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)直接互連，使分布在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上的應(yīng)用程序能夠?qū)崟r(shí)集成和簡(jiǎn)化，并促進(jìn)定制創(chuàng)新應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。

運(yùn)營(yíng)商5G MEC承載網(wǎng)絡(luò)的四大挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)4G承載網(wǎng)，因?yàn)榱髁恐饕悄媳毕虻模芏噙\(yùn)營(yíng)商采用L2+L3方式，已經(jīng)不再適合5G MEC流量本地化需求。5G MEC對(duì)運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)絡(luò)提出了四大新挑戰(zhàn)：

圖2 運(yùn)營(yíng)商5G MEC承載網(wǎng)的新挑戰(zhàn)

• 現(xiàn)場(chǎng)MEC(部署在企業(yè)園區(qū))是一個(gè)新的應(yīng)用場(chǎng)景，運(yùn)營(yíng)商在企業(yè)園區(qū)內(nèi)的基站和MEC之間需要有低時(shí)延連接，企業(yè)重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不能出園區(qū)，這對(duì)運(yùn)營(yíng)商接入網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。
• 5G MEC中UPF的下移導(dǎo)致了5G核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)端口下移(如N4，N6，N9， 5GC OAM等接口)，使4G時(shí)代原來(lái)在骨干網(wǎng)上的(無(wú)線(xiàn)核心網(wǎng))L3 VPN下移到UPF接入點(diǎn)上;同時(shí)UPF的大量分布式部署，增加了L3 VPN的覆蓋范圍。運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)需要支持L3 VPN下移和覆蓋廣泛的L3 VPN網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)5G MEC大量部署的新挑戰(zhàn)。
• MEC的UPF需要與其控制平面(SMF)以及中心云中5G核心網(wǎng)的管理和控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，并滿(mǎn)足電信云的高性能通信要求。MEC應(yīng)用程序可能是數(shù)據(jù)中心(DC)中云計(jì)算的一部分，并部署在邊緣。他們需要與此云計(jì)算應(yīng)用程序互連和協(xié)作，這給運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)上的邊云協(xié)同帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
• MEC支持固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上的集成訪(fǎng)問(wèn)，并提供無(wú)縫的固定-移動(dòng)融合(FMC)服務(wù)。承載網(wǎng)需要為MEC提供跨移動(dòng)和固定承載網(wǎng)絡(luò)的連接，以提供MEC與中心云之間以及MEC之間的服務(wù)互通。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)，特別是對(duì)于同時(shí)擁有移動(dòng)承載城域網(wǎng)和固定承載城域網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)商。

運(yùn)營(yíng)商5G MEC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的六個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

圖3 從MEC的角度看運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)架構(gòu)模型

不同運(yùn)營(yíng)商的承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是多種多樣的。以下幾節(jié)從圖1-3中的MEC角度介紹了承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型。上述5G MEC網(wǎng)絡(luò)通信模型要求運(yùn)營(yíng)商在構(gòu)建MEC承載網(wǎng)時(shí)解決以下六個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

(1) 最短MEC接入網(wǎng)：運(yùn)營(yíng)商需要為從gNB到MEC UPF的N3接口服務(wù)流提供最短的路徑。在現(xiàn)場(chǎng)MEC模式下，需要直接通過(guò)園區(qū)中的移動(dòng)承載路由器將N3接口服務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)到MEC。除了確保低延遲并節(jié)省運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)上的帶寬外，這還確保了企業(yè)的關(guān)鍵服務(wù)數(shù)據(jù)不會(huì)離開(kāi)園區(qū)，如圖4所示。這需要MEC訪(fǎng)問(wèn)路由器通過(guò)最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。為此，要求MEC接入路由器提供必要的路由功能(L3到邊緣)。

圖4 MEC需要低延遲的接入網(wǎng)

(2) 低延遲切片：為了滿(mǎn)足MEC應(yīng)用程序?qū)Φ脱舆t、高安全性和高可靠性的要求，運(yùn)營(yíng)商的承載網(wǎng)需要為企業(yè)用戶(hù)提供低延遲切片網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。MEC切片網(wǎng)絡(luò)包括gNB，移動(dòng)承載網(wǎng)絡(luò)(在gNB和MEC之間)和UPF。即企業(yè)業(yè)務(wù)流到MEC所經(jīng)過(guò)的所有網(wǎng)元。數(shù)據(jù)包通過(guò)的網(wǎng)元越少，切片越簡(jiǎn)單，傳輸延遲越短。

(3) MEC多點(diǎn)通信：MEC與5G核心網(wǎng)(N4和OAM接口)、MEP管理平臺(tái)以及其他MEC間的業(yè)務(wù)流都是多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信模式，并且需要L3 VPN支持。MEC承載網(wǎng)絡(luò)需要在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)(包括接入網(wǎng))上提供L3VPN功能;也就是將L3 VPN連接到網(wǎng)絡(luò)邊緣。此外，L3 VPN需要跨越多個(gè)網(wǎng)段，如城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。與4G承載網(wǎng)絡(luò)相比，MEC承載網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)元數(shù)量(大量UPF下移)和網(wǎng)絡(luò)覆蓋面(從接入到骨干)都要復(fù)雜得多。因此，需要一個(gè)靈活而強(qiáng)大的L3 VPN來(lái)支持多點(diǎn)通信，如圖5所示。

圖5 跨多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理和控制服務(wù)接口

(4) 集成在MEC系統(tǒng)路由器中的通信功能：小型和微型MEC在5G MEC中是常規(guī)的。由于成本和通信需求，MEC通常使用一層集成網(wǎng)絡(luò)模型(如圖6所示)，而數(shù)據(jù)中心一般使用復(fù)雜的多層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。MEC的路由器需要提供所有必需的通信功能，例如MEC中的設(shè)備之間的互通，VM之間第2層和第3層的可靠連接，與外部IP網(wǎng)絡(luò)(IP RAN)的互通和可靠通信以及邊緣云協(xié)同作用。UPF作為網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)可以在多個(gè)VM上運(yùn)行，以提高性能和可靠性。MEC路由器需要為目前的高性能UPF提供等價(jià)的多路徑路由(ECMP)，以實(shí)現(xiàn)16路徑負(fù)載平衡。

圖6 MEC網(wǎng)絡(luò)模型

(5) 邊緣與云的協(xié)同作用：MEC UPF作為5G核心網(wǎng)的一個(gè)下沉數(shù)據(jù)面， MEC中的應(yīng)用作為云業(yè)務(wù)的一個(gè)下沉實(shí)時(shí)處理單元，都需要運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)提供可靠的云邊通信能力，還需要在自動(dòng)化部署和運(yùn)維方面支持邊云協(xié)同。UPF的云邊協(xié)同可以參考電信云的承載方案。

(6) 兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的安全互通：運(yùn)營(yíng)商MEC網(wǎng)絡(luò)需要和企業(yè)網(wǎng)互通，讓企業(yè)可以把5G通信能力和MEC應(yīng)用集成到企業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中。現(xiàn)在一般是通過(guò)MEC里面的路由器來(lái)和企業(yè)網(wǎng)互通，網(wǎng)絡(luò)安全是企業(yè)網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)都非常關(guān)注的問(wèn)題，需要采用基于防火墻的網(wǎng)絡(luò)安全方案。

總結(jié)

5G移動(dòng)通信系統(tǒng)在支持垂直行業(yè)方面做了很多改進(jìn)，如低延遲無(wú)線(xiàn)通信、靈活的核心網(wǎng)架構(gòu)、超級(jí)上行等，是區(qū)別于4G的最主要特征。MEC是運(yùn)營(yíng)商助力垂直行業(yè)數(shù)字化和智能化的新模式。MEC是智能在網(wǎng)絡(luò)上廣泛分布的開(kāi)始，在未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的智能世界里，基于邊緣計(jì)算的智能會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上星羅棋布。

4G承載網(wǎng)是基于2C(面向普通手機(jī)用戶(hù))思路建設(shè)，流量模型是簡(jiǎn)單的南北向、無(wú)線(xiàn)核心網(wǎng)集中模型，沒(méi)有考慮面向垂直行業(yè)的MEC網(wǎng)絡(luò)需求，因此5G MEC承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不是4G網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單帶寬升級(jí)。