网络共建背景下5G MEC部署及共享策略研究

    郑锐生 黄劲安 梁雅菁

    

    

    

    【摘要】 ? ?在5G共享共建模式下，MEC需结合业务指标需求以及运营商承载网互通节点等实际情况，因地制宜确定部署策略，从而实现低时延高可靠业务保障与网络设备建设成本的平衡。更进一步地，可根据实际MEC部署位置制定面向客户的共享方案，以满足不同客户的差异化需求，最大化提升网络资源利用率。

    【关键词】 ? ?5G ? ?共享模式 ? ?MEC

    引言：

    移动互联网驱动ICT融合，5G面向跨行业全业务方向发展。为满足网络大带宽、高可靠及低时延等差异化业务需求，5G网络通过引入边缘计算MEC实现业务本地化、本地分流、缓存加速等功能，为用户带来极致的业务体验。网络部分算力从云端迁移到边缘，很大程度上可以视为以运营商为中心的技术转移，这种技术转移基于以往网络软件化和虚拟化等的发展成果，并在5G部署中发挥作用。继协力定义移动边缘计算（MEC）及相关标准之后，业界开始大力探索MEC技术在各种行业应用中的价值，并希望通过MEC和5G技术进一步加深连接和计算的融合。作为CT连接能力与IT计算能力的切入点，MEC在5G网络中的部署位置直接决定了其性能发挥。因此，研究和探索MEC平台的部署要点及策略尤为重要。

    一、边缘计算（MEC）架构

    MEC是指在靠近用户侧部署边缘节点，将网络能力和计算能力进行下沉，进而实现业务流量本地出口、业务功能本地实现，满足低时延、大带宽等业务需求。MEC在5G网络中实际充当着DN（Data Network，数据网络）和AF（Application Function，应用功能）的角色。MEC与5G的结合点为UPF。在UP（User Plane，用户面），UPF为MEC提供分流功能，实现承载的业务流与运行在MEC上的AF的对接;在CP（Control Plane，控制面），UPF向MEC按需提供和开放业务流量计费、网络策略控制等核心网能力。因此，在部署MEC时，需考虑与UPF的协同规划。

    此外，结合运营商网络架构，MEC可在兼顾性价比的基础上，根据时延、带宽及数据安全性等具体业务指标要求灵活选择具体的部署位置。具体来看，MEC可部署于站点侧、接入层、汇聚层和核心层，其位置分别对应通信网的基站、接入机房、边缘DC和核心DC。当MEC部署在基站（现场级部署）或接入机房时，可最大程度满足低时延、高可靠的业务场景需求，但由于其覆盖范围的相对受限（部署在基站侧时范围最小），网络边际效益降低，网络管理也变得更为复杂，整体成本将大幅上升，一般URLLC场景采用此种部署方式;当MEC部署在边缘DC，也即汇聚机房时，MEC可用于承载城域网业务控制层的媒体流转发和核心网UP功能，此时业务覆盖范围相对适中，但由于MEC部署位置相对高，其时延也相应增大，一般单项业务端到端时延在10ms以内，主要适用于eMBB业务;当MEC部署在核心DC，也即核心机房时，MEC可承载城域网核心网控制面网元和部分集中部署的UP网元功能，其覆盖范围可达城域网范围，但时延明显增大，更适用于对时延相对不敏感，且对广覆盖和大连接需求相对大的mMTC业务场景。综上，5G MEC的部署位置，应以业务需求和场景为导向，追求性能与成本效益的均衡。

    二、共建共享模式下MEC部署方案

    上述关于5G MEC部署位置的讨论，单纯仅就网络架构而言，并未综合考虑运营商网络资产的归属问题。实际上，随着运营商网络共建共享的深入推进，对于共享的运营商之间，MEC的部署变得复杂，具体需结合运营商属于主建方还是共享方的情况进行分析研究。

    在共建共享模式下，运营商A与运营商B遵循共建共享原则，共同建设一张5G网络，双方划定区域，分区建设，各自负责在划定区域内的5G网络建设相关工作。具体是，采用接入网共享方式，核心网各自建设，5G频率资源共享。参建运营商共享无线网基站，物理上是一个基站，逻辑上还是两个基站。逻辑上的两个基站通过承载网共享互通，分别接入各自的核心网。其接入网共享方案如图1所示。注意到，在此模式下，对于部分地市而言，会出现一部分区域是运营商A主建，另一部分区域则是运营商A共享的情况。为此，有必要研究分析主建场景下与共享场景下的MEC部署方案的要点，以便统筹5G MEC发展需求，实现MEC的共建共享，大幅降低边缘计算的建设成本及运营成本。以下就共建和共享两种不同场景下的MEC部署进行探讨。

    2.1主建场景下，MEC的部署方案

    在主建场景下，MEC主机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，可以灵活地部署在从基站附近到核心网络的不同位置，如基站侧、接入机房、汇聚机房、核心机房。以下具体介绍每个层级的MEC部署方案：

    2.1.1 MEC部署在站点侧

    此种模式一般采用边缘级MEC部署于靠近站点侧（基站或者BBU集中放置的机房），由于MEC靠近用户使得其时延最小，但是覆盖的基站数相对较少，且现网用户暂无此类层级业务，该模式则更适合于本地分流场景。

    2.1.2 MEC部署在接入層

    此种模式一般采用MEC和基站CU共机房，部署在接入层，数据业务离用户更近，终端发起的业务经过基站、MEC主机到互联网/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，如智慧场馆、自动驾驶、远程医疗诊断、机器人协作、远程手术等。

    2.1.3 MEC部署在汇聚层

    MEC的逻辑位置在UPF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，如无人机投递业务、AR/VR业务等。

    2.1.4 MEC部署在核心层

    MEC与UPF在同个逻辑位置，其时延也最大，但能够解决跨地域传输覆盖的问题，可以用于公众业务和行业业务场景，如公共安全、移动视频监控、高清视频等。

    在主建的情况下，MEC的部署可降低时延，使用户可以就近取得所需的内容，以提高用户访问网站的响应速度。MEC的部署需要根据业务需求进行抉择，MEC部署位置越靠近用户，时延越低。

    2.2共享场景下，MEC的部署方案

    在共享场景下，因MEC所处的位置受限于资产归属、时延体验、物理基础设施等相关因素，其部署的位置可在三个层级，如接入层、汇聚层、核心层。以下具体介绍共享场景下每个层级的MEC部署方案：

    2.2.1 MEC部署于运营商A核心层

    此类部署方案下，运营商A和运营商B的核心承载层需打通，客户终端与核心侧的MEC建立通话连接后，MEC的数据信息重新经运营商B承载网下载至本地终端，如图2所示。经计算客户侧数据业务节点至核心MEC服务器节点的光缆线路距离时延，其业务双向触发时延为0.10～1.00ms，以及设备节点时延，其业务双向触发时延在1.00～3.00ms之间，合计传输侧时延范围极限值为1.10～4.00ms之间。由于此类部署方案的传输时延相对较高，只能满足近期大宽带业务需求，如公共安全、移动视频监控、高清视频、AR/VR业务。

    2.2.2 MEC部署于运营商A汇聚层

    此类部署方案下，运营商A和运营商B的汇聚层打通，客户终端与和汇聚侧的MEC服务器建立通话连接后，MEC的相关数据信息由运营商A汇聚机房——运营商B汇聚机房——运营商B 5G基站——用户终端，如图3所示。经计算客户侧数据业务节点至核心MEC服务器节点的光缆线路距离时延，其业务双向触发时延为0.05～0.20ms，以及设备节点时延，其业务双向触发时延在0.80～1.60ms之间，最终触发理论时延在 0.25～2.20ms之间。此类部署方案可满足中远期的低时延和多连接业务需求，如无人机投递业务、远程医疗诊断。

    2.3 MEC部署于运营商A接入层

    此类方案不适合现网部署，由于运营商A和运营商B的接入层打通，客户终端与和接入机房侧的MEC服务器建立通话连接，这可大大降低用户时延，但由于耗费光缆资源，建设成本增加，这有违共享共建理念，MEC部署于运营商A接入机房的方案不适合应用于现网。

    三、面向用户的MEC共享方案

    MEC通过NEF与5GC进行实时交互，并调用5G网络能力为自身提供网络服务。因此，MEC也可以视为5G网络资源之一进行共建共享。但受限于运营商的市场体制、网络自主性等方面的制约，当下讨论MEC的共建可能为时尚早，但这并不妨碍我们从用户的角度出发，讨论MEC的共享方案。

    从用户需求的角度出发，可按照不同业务场景对时延、带宽、可靠性等差异化要求来决定共享或专享某一层级的MEC。而运营商也可以借此最大化提升网络资源利用率。

    根据业务需求及部署位置，面向用户的MEC共享方案可分为以下三种部署模式：

    3.1共享型部署

    网元UPF及MEC均部署在汇聚或核心机房，网元共享可为不同客户配置不同的分流方案。在现网的网络架构中，部署层级更高的UPF及MEC，可在环境、硬件、维护等方面获得优越的资源，客户也可因此获得良好的业务保障。资源共享模式运用成本低廉，适合对时延及本地化要求不强烈的客户。对于以上讨论的MEC与UPF部署网络层级，在主建情况和共享情况下，共享型都适用MEC部署在核心机房。

    3.2专供型部署

    网元与平台专供于客户，UPF及MEC下沉部署在用户侧边缘机房。客户的本地分流业务由UPF控制分流本地平台。由于专供型模式要求QoS级别高、数据本地化、设备维护技术高，专供型部署模式更适用于对时延和数据安全敏感的行业客户。对于以上讨论的UPF与MEC部署网络层级，在主建情况下，专供型都适用MEC部署在运营商A汇聚机房以及接入机房;在共享情况下，该模式适用MEC部署运营商A汇聚机房。

    3.3混合型部署

    该模式的网元UPF在核心或汇聚机房部署，MEC在用户侧边缘机房部署，且利用承载网或专线连接UPF与MEC;因此，具有平臺部署本地化，网元可共享等优势。由于混合型部署模式要求部署成本低、时延业务保障高、MEC部署本地化，混合型部署模式更适用于对成本和平台本地化敏感的行业客户。对于以上讨论的MEC与UPF部署网络层级，在主建情况和共享情况下，混合型与专供型的MEC部署位置无多大区别，主要不同之处为UPF部署位置。

    四、 结束语

    MEC的部署位置需结合具体的业务场景需求进行具体分析。在共建共享模式下，运营商部署MEC存在多种方案，本文分别从运营商主建和共享的角度讨论MEC部署于基站侧及接入层、汇聚层以及核心层方案的可行性及性能表现，并提出了在不同部署方案下，MEC平台进一步面向客户的共享方案建议，包括共享型、专供型和混合型等。这对于运营商建设MEC或具有良好的借鉴意义。

    参 ?考 ?文 ?献

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