基于MEC的5G SA業(yè)務接口和承載方案

摘要：5G SA依托5G核心網進行組網。為應對業(yè)務需求，5G核心網采用模塊化設計的SBA架構，各模塊間利用接口互聯(lián)。MEC的引入和UPF的下沉，N2、N3、N4、N6、N9等業(yè)務接口需要傳輸網絡進行承載。本文介紹了5G核心網、MEC架構和部署方式，并描述了基于MEC的5G SA業(yè)務接口和承載方案。

為解決新的業(yè)務需求，特別是URLLC業(yè)務，5G系統(tǒng)架構有了顛覆性的變化。從核心網層面來說，5G核心網采用服務化網絡架構和SDN/NFV技術實現網絡重構，將控制面功能（CPF）和用戶面功能（UPF）分離。統(tǒng)一的CPF（包括AMF和SMF等）部署在中心云，實現集中管控運營；分布式的UPF可根據業(yè)務需要部署在省級中心、城域中心、區(qū)縣中心和企業(yè)園區(qū)，部署在邊緣的UPF與MEC平臺融合，可以進行本地分流，滿足低時延業(yè)務場景需求，有利于按需快速部署業(yè)務。

隨著核心網架構的變化，承載網將不再僅僅解決無線RAN和核心網之間的接口傳送需求，在5G網絡中將有更多的業(yè)務接口需要有線接入網進行承載。

1、5G核心網架構和業(yè)務接口

1.1 5G核心網架構

5G核心網采用SBA（基于服務架構），網絡功能可由多個模塊化的網絡功能服務組成，并通過基于服務的接口展現。其表現形式如圖1所示。

圖1 5G SA核心網架構

5G核心網基礎構架基于云原生的微服務構架設計原則，以模塊化、軟件化的構建方式來構架，以高效執(zhí)行不同服務類型的網絡切片。

AMF（接入和移動性管理功能實體）和SMF（會話管理功能實體）是控制面的兩個主要節(jié)點，4G中MME的功能被分解到AMF和SMF。單一的AMF負責終端的移動性和接入管理。SMF負責對話管理功能，可以配置多個。

5G核心網的用戶面由UPF節(jié)點掌控，UPF也代替了原來4G中執(zhí)行路由和轉發(fā)功能的SGW和PGW。

1.2 多接入邊緣計算（MEC）架構及部署

MEC是實現5G低延遲和提升帶寬速率等的關鍵技術之一，將應用程序托管從集中式數據中心下沉到網絡邊緣，在靠近移動用戶的網絡邊緣提供IT和云計算的能力，并利用網絡能力開放獲得高帶寬、低延遲和近端部署優(yōu)勢。

根據歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）的定義，MEC包含系統(tǒng)層和主機層，如圖2所示。

圖2 MEC架構

MEC系統(tǒng)層包含MEC編排器（MEO）、運營支撐系統(tǒng)（OSS）和應用生命周期管理代理等。

主機層包含MEC主機和MEC主機網管。MEC主機由虛擬化基礎設施（VI）、MEC平臺（MEP）和MEC應用組成；MEC主機網管包含MEC平臺管理（MEPM）和虛擬化基礎設施管理（VIM）。其中MEP是最重要的部分，將會有非常多的第三方APP部署在MEP上。MEP提供的基礎服務包括本地分流、無線網絡信息管理、網絡自組織（SON）管理、用戶/網絡大數據分析和網絡加速功能，并通過開放的API向上層應用開放等，所有的邊緣服務都要通過MEP進行注冊，并受MEP的管控。

MEC系統(tǒng)層網管需要協(xié)調不同MEC主機之間以及主機與5GC之間的操作（如選擇主機、應用遷移、策略交互等），一般部署在省中心或者大區(qū)中心。

MEC主機部署方面應以業(yè)務為導向按需部署，并與UPF的下沉和分布式部署相互協(xié)同，由UPF來控制流量指向MEC應用或是指向網絡。

1.3 與承載網相關的5G業(yè)務接口

在4G網絡中，承載網需要解決的接口為基站與核心網（MME及GW）之間的S1接口以及基站間X2接口；而5G SA架構中，特別是MEC的引入和UPF的下沉，相應的接口除基站間的Xn外，還將承載N2、N3、N4、N6、N9等業(yè)務接口。其中N2、N4接口為內部信令接口；N3、N9接口為內部媒體流接口；N6接口為外部互聯(lián)網接口。各業(yè)務接口及說明見表1。

表1 5G業(yè)務接口說明

注：OM為網管信令接口，其傳輸路徑與N4相似。

2、業(yè)務接口承載方案

2.1 N2接口承載方案

N2接口為RAN到AMF間接口，即基站至大區(qū)中心云信令接口。承載方案1是端到端采用傳送網承載；方案2是城域內通過5G分組傳送網承載，之后經數據承載網接入到大區(qū)中心。由于N2接口為控制面接口，速率較低且對時延要求相對不高，采用方案2將更為經濟，如圖3所示。

圖3 N2接口各場景承載方案

2.2 N3接口承載方案

N3接口為RAN到UPF間接口，由于UPF部署在區(qū)縣中心（或企業(yè)園區(qū)）、地市中心或省中心，因此基站到這3個中心均有承載需求。N3接口為用戶面接口，速率高且時延要求高，因此采用全程傳送網方案，在城域內通過分組傳送網承載，至省中心還需要省干分組傳送網承載，如圖4所示。

圖4 N3接口各場景承載方案

2.3 N4接口承載方案

N4接口為UPF到SMF，OM接口為UPF到網管，從承載上看都是省中心、地市中心、區(qū)縣中心到大區(qū)中心。此接口為控制接口，時延性要求不高，建議數據網方式承載。方案1是城域內用5G分組傳送網，往上承載在數據網上，如圖5所示。方案2是在MEC邊緣接入新增CE路由器，并與數據網CE路由器形成一張獨立的網絡，CE互聯(lián)城域內由傳送網解決，城域間由數據網解決。方案2的優(yōu)點是形成了統(tǒng)一的承載平臺，但同時也造成了管理界面不清晰、故障運維需要多專業(yè)間協(xié)調的問題，且增加了網絡投資，因此建議方案1。

圖5 N4接口各場景承載方案

2.4 N6接口承載方案

N6接口為UPF到互聯(lián)網或企業(yè)應用的互聯(lián)，包括有以下3個場景。

（1）場景1為企業(yè)園區(qū)MEC訪問互聯(lián)網，承載方案為城域內用5G分組傳送網，骨干用互聯(lián)網專用接入網。

（2）場景2為地市或省中心MEC訪問互聯(lián)網，承載方案為運營商互聯(lián)網專用接入網絡。

（3）場景3為接入MEC應用訪問地市中心集中UPF。

各場景承載方案如圖6所示。

圖6 N6接口各場景承載方案

2.5 N9接口承載方案

N9為UPF間的數據接口，包括同一城域內或城域間UPF數據互聯(lián)。承載方案如圖7所示，同一城域內采用分組承載網承載，城域間采用分組傳送網加數據承載網承載。

圖7 N9接口各場景承載方案

綜合上述方案對比，5G SA架構下需要承載網解決的數據接口如圖8所示。

圖8 5G SA業(yè)務接口流向圖

3、結束語

3GPP的R15版本中，5G架構分成NSA和SA兩個階段。當前為降低建設難度和快速部署，一般采用NSA Option 3x，核心網沿襲了4G的大部分EPC架構，其接口與4G時代基本相同。但NSA在網絡切片、MEC、網絡安全與開放、運維等方面較SA架構有較大差距，SA架構是5G的必然之選。