技术周|5GUPF+MEC的部署位置、场景与模式

技术周|5GUPF+MEC的部署位置、场景与模式
⽬录:
1、通信⽹络的时延分析
2、MEC 的部署位置
•UPF 的部署位置
•ME Host 的部署位置
3、MEC 的部署场景
•MEC 在 4G ⽹络中的部署
潮湿1V2
透明串接⽅案
分布式⽹关⽅案
•MEC 在 5G ⽹络中的部署
4、MEC 的部署模式
•MEC 与 UPF 集成部署,基于 ICT 综合边缘云统⼀承载
•MEC 与 UPF 分离部署,基于不同的边缘云各⾃承载
•MEC 与 UPF 部分共享部署
5、MEC 的部署组⽹
Part 1
通信⽹络的时延分析
虽然 5G KPI 要求的单向空⼝时延为 1ms(uRLLC)- 5ms(eMBB),但实际通信⽹络的时延是端到端的。也就是说,除了空⼝之外,还需要考虑到承载⽹传输(回传)时延,核⼼⽹处理时延,以及业务服务器端的响应时延等组成部分。
注:4G 的空⼝单向时延为 10-30ms。
例如,5G E2E(端到端)User Plane(⽤户⾯)时延可以由以下⼏个组成部分:
•单向空⼝时延:1ms(uRLLC)- 5ms(eMBB)。
•单向承载⽹传输时延:接⼊/汇聚环 2 - 3ms,核⼼环(城域)1 - 4ms,核⼼环(省级)2 - 5ms。
•单向 UPF 转发时延:1ms(non-DPI)- 3ms(DPI)。
•单向 MEC 业务服务器处理时延:< 1ms。
•单向 Internet 业务服务器处理时延:依据业务部署为⽌⽽定。
在⽣产部署中,根据不同的部署场景以及部署⽅式可以组合出不同的时延结果,有 1ms - 100ms 不等。
所以对于 “边缘计算的位置在哪⾥?” 的这个问题,笔者认为:边缘应⽤的时延需求决定了边缘计算的部署位置。例如:
•为实现⽹络低时延:5G uRLLC ⽹络中 UPF 建议部署在附近或者接⼊机房。
•为了实现流量卸载:5G eMBB ⽹络中 UPF 建议部署在汇聚机房或核⼼机房。
根据产业成熟度,低延时业务的应⽤场景出现的时间远近如下:
•初期主要是视频类业务;
•中期是 AR/VR、⼯业控制等;
•远期实现远程医疗、⾃动驾驶类。
Part 2
MEC 的部署位置
UPF 的部署位置
在实际部署时,UPF 需要按照不同业务场景对时延、带宽、可靠性等差异化的需求灵活部署,典型的部署位置包括:中⼼、区域、边缘、企业园区。
•中⼼级 UPF:适⽤于时延不敏感,吞吐量需求较⾼且相对集中的业务,如:互联⽹、VoNR、NBIoT 等业务。•区域级UPF:通常部署于地市级区域,主要承载地市区域范围的⽤户⾯业务,包括:互联⽹访问、⾳视频以及本地企业业务等。区域级 UPF 实现⽤户⾯下沉部署,有助于减少数据流量回传对承载⽹的传输压⼒;也可实现本地数据业务下沉,降低业务时延。
•边缘级UPF:通常部署于区县边缘,应对⾼带宽、时延敏感、数据机密性强等业务。将UPF 下沉到移动边缘节点,可基于 DNN 或 IP 地址等识别⽤户,并根据分流策略对⽤户流量进⾏分流,对需要本地处理的数据流进⾏本地转发和路由,避免流量迂回,降低数据转发时延,提升⽤户体验。
•企业级UPF::部署于企业机房,通过超⾼带宽、超低时延和超⾼可靠的连接提升⼯业控制的效率和⾃动化⽔平;
同时⽣产数据能够在园区内终结,与公众⽹数据安全隔离,确保⽣产的安全可靠。
ME Host 的部署位置
5G ⽹络原⽣采⽤了云化建设,使其更加轻盈和灵活,同样具有中⼼ DC(⼤区中⼼机房)/ 区域 DC(省层⾯机房)、核⼼ DC(本地⽹核⼼机房)、边缘 DC(本地⽹汇聚机房)、接⼊局所 DC 等层级。
其中,MEC 系统级⽹管(包括 MEPM、MEAO)需要协调不同 ME Host(包括 MEP、UPF、ME APP)之间以及 ME Host 与 5GC 之间的操作(e.g. 选择主机、应⽤迁移、策略交互等),⼀般部署在区域 DC(省层⾯)或者中⼼ DC(⼤区中⼼)。
⽽ ME Host 部署⽅⾯应以业务为导向按需部署,并与 UPF 的下沉和分布式部署相互协同,在实际组
⽹中,根据对操作性、性能或安全的相关需求,ME Host 可以灵活地部署在从附近到中央数据⽹络的不同位置。但是不管如何部署,都需要由 UPF 来控制流量指向 ME APP 或是指向⽹络。下图概述了 MEHost 物理位置的⼀般可⾏选项。
•ME Host 在接⼊局所DC:此种模式⼀般采⽤ME Host 和CU 共机房,部署在后⾯,数据业务离⽤户更近,终端发起的业务经过、ME Host 到互联⽹/第三⽅内容服务,主要针对新型超低时延业务在边缘才能满⾜需求的场景,时延可控制在1ms-10ms 之内,例如:⽆⼈机投递业务(10ms,15Mbit/s)、智慧场馆(10ms,1Gbit/s)、⾃动驾驶(1ms,50Mbit/s以上)、远程医疗诊断(10ms,50Mbit/s)、机器⼈协作
(1ms,1~10Mbit/s)、远程⼿术(1ms~10ms,300Mbit/s)等。
•ME Host 部署在边缘 DC:此种模式 ME Host ⼀般部署在本地⽹汇聚机房,逻辑位置在UPF/PGW-U 之后,会增加⼀部分回传⽹络的时延,可以为⽤户提供低时延、⾼带宽服务,例如:AR/VR业务(20ms,1Gbit/s)、移动视频监控(20ms,50Mbit/s)、移动⼴播(⼩于100ms,10Mbit/s)、公共安全(20ms,10Mbit/s)、⾼清视频
(20ms,10Mbit/s)等。
Part 3
MEC 的部署场景
MEC 在 4G ⽹络中的部署
MEC 在 4G ⽹络中的部署辣椒种植技术
MEC 的概念早在 4G 建设的前期就已经被提出,所以 MEC 在 4G 和 5G ⽹络中均可部署。但是在 4G ⽹络中因为 MEC 提出时 LTE ⽹络标准已完成制定,所以 4G ⽹络下的 MEC 部署⽬前⼤多采⽤⾮标的串联部署或者⼚家私有标准部署模式,在计费、监听、业务移动性⽀持⽅⾯并不完善。
•4G ⽹关未实现彻底的控制和转发分离。复杂⽹关功能部署在⽹络边缘造成管理复杂,且成本较⾼。
•4G ⽆线⽹络开接⼝,⽆法⽀持计费、机动性和合法监听,增加⽹络管理复杂度。
•边缘计算涉及会发管理、⽹络策略(QoS),计费,合法监听和内容管理等⽅⾯,4G 缺乏统⼀的端到端设计。
1、透明串接⽅案
•eNB 和 SAE GW 间串接 MEC,通过数据包分析实现本地分流和处理。
•实现 MEC 的透明部署、UE、⽹络侧、传输⽆需改造。
•不⽀持下⾏数据寻呼、业务连续性、移动性⽀持有限,计费和合法监听较难实现。
1-溴芘MEC 部署在 RAN(⽆线接⼊⽹)侧:MEC 可以部署在单个 eNB 节点之后,也可以部署在多个 eNB 的汇聚节点之后,这是 4G 中⽐较常⻅的部署⽅式。称为⽆线侧 TOF(Traffic Offload)。这种部署⽅式适合⽤于学校、⼤型购物中⼼、体育场馆等热点区域下。将 MEC 部署在 RAN 侧的优势在于可以更⽅便地通过监听、解析 S1-C 接⼝的信令来获取侧⽆线相关信息,也可以通过解析 S1-U 接⼝的 GTP-U 报⽂将业务数据流量卸载到边缘进⾏处理,以此降低⽹络时延到毫秒级。但是该⽅案需要进⼀步解决计费和合法监听等安全性问题。
2、分布式⽹关⽅案
•在 eNB 和 EPC 之间串接 RGW,根据 APN、IP 等信息实现分流。
雷击次数•新增 RGW 和 PGW 之间 S18 接⼝,实现计费和合法监听。
•⽹关间协同切换⽀持⽤户移动性。
•对现⽹ PGW 有改造要求。
MEC 服务器部署在 CN(核⼼⽹)侧:MEC 部署在 PGW 之后(或与 PGW 集成在⼀起)。这种⽅式可以解决 RAN 侧部署⽅案下的计费和安全问题,但在 C/U 没有分离 4G EPS 架构中,MEC 部署的位置通常与⽤户距离较远,存在时延较⼤和占⽤核⼼⽹资源的问题。好处就是该⽅案不需要改变现有的 EPC 架构,⽽且 SGi 接⼝出来的是 IP 报⽂,也就不需要 MEC 去处理 GTP 报⽂解析了。
⽽在 4G EPC CUPS 架构中,PGW 被拆分成了 PGW-C 和 PGW-U(即 DGW)。其中,PGW-C 驻留在原位
置,DGW 下沉到 RAN 侧或者核⼼⽹边缘,DGW 负责计费、监听、鉴权等功能,也解决了⽹络时延⼤的问题。缺点在于,4G C/U 分离技术并不完全,PGW-C 和 DGW 之间为私有接⼝,需要由同⼀设备⼚商提供。
MEC 在 5G ⽹络中的部署
3GPP 的 5G 核⼼⽹在标准上天然⽀持 UPF 的下沉及 MEC 边缘计算的部署,解决了 4G ⽹络中 MEC 部署存在的计费监听等问题。ETSI MEC 规范包括了⽤户数据平⾯功能以及边缘计算平台功能,⽽ 3GPP 的5G 标准⾥⾯主要定义了UPF ⽹元,两⼤组织⼀直在合作推进将 UPF 作为 MEC 系统中的⼀个组成⽹元,充当 DP 模块,UPF 负责将边缘⽹络的流量卸载到 MEC 平台。
逻辑上 UPF 与 MEC 平台是松耦合的,⼀般认为 5G 场景中 MEC 与 UPF 的关系如下图所⽰:
淋幕机Part 4
MEC 的部署模式
MEC 与 UPF 集成部署,基于 ICT 综合边缘云统⼀承载
MEC 与 UPF 集成部署,基于 ICT 综合边缘云统⼀承载
建设包括 UPF 在内的统⼀ MEC 系统, MEC 系统的建设也通常被锁定在提供 UPF 的核⼼⽹⼚家,MEC业务系统与UPF 共享 NFV 电信边缘云基础设施以及统⼀纳管,节约部分投资,另外靠近的边缘接⼊点资源⽐较紧张,集成部署有利于资源的充分利⽤。但是该⽅案需要既可以满⾜ UPF 等 NFV ⾼性能⽹络转发处理需求,还需要⽀持 IT 类业务应⽤的容器化部署与编排管理、边缘 AI 类以及视频类业务应⽤的 GPU/FPGA 等加速及异构计算处理,之前主要⾯向⽹络通信处理的 NFV 电信云需要扩展成为 ICT综合边缘云,包括 MANO 也需要相应的扩展。
MEC 与 UPF 分离部署,基于不同的边缘云各⾃承载
MEC 业务系统与 UPF 分离部署,⽀持分⼚家建设,⽀持引⼊ IT ⼚家或者⾃研提供 MEC 业务系统,并且UPF 作为 5G 核⼼⽹元,与承载⾃有及第三⽅业务应⽤的 MEC 业务系统物理隔离也有利于 5G ⽹络的安全保障。但是该⽅案下 MEC 业务系统如果提供⽹络流量业务链处理类服务,不能与 UPF 共
享⽹络处理,有⼀定的重复投资,并且部分资源受限的边缘点也很难建设提供两朵边缘云,两朵云的利⽤率不如集成部署的统⼀边缘承载⽅案。
MEC 与 UPF 部分共享部署
MEC 业务系统分为 CT 类 VNF 与 IT 类 APP 两⼤类业务服务,其中 CT 类 VNF 与 UPF 统⼀承载集成部署,IT 类APP 独⽴部署。对于 CT 类业务服务共享 NFV 边缘云,仍然由运营商⽹络运维部⻔负责统⼀运营管理。同时独⽴建设IT 边缘云,满⾜ IT 类边缘业务灵活性,这部分 IT 边缘云可以考虑由运营商负责公有云的部⻔统⼀集约运营。这种模式的问题在于增加了边缘业务的统⼀管理复杂度,同时部分融合业务也很难简单的是化为 IT 类还是 CT 类业务,⽐如远程驾驶控制等。
Part 5
MEC 的部署组⽹
MEC 相关的⽹络可以概况为三部分:
1. gNB/UPF 接⼊ MEC ⽹络:5G 承载⽹前传和回传接⼊层部分;
2. MEC 内部⽹络:数据中⼼交换机⽹络;
3. MEC 与其他云间⽹络:包括去往 5GC CP 的⽹络、去往其他业务中⼼⽹络、去往第三⽅云的⽹络等。外接头

本文发布于:2024-09-24 00:23:30,感谢您对本站的认可!

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标签:部署   业务   边缘   时延   数据   承载   监听
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