邊緣UPF承載5G 2B專(zhuān)線(xiàn)建設(shè)方案的探討

張瑩瑩

（福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350003）

0 引 言

“積極推進(jìn)第五代移動(dòng)通信（5G）和超寬帶關(guān)鍵技術(shù)，啟動(dòng)5G商用”是國(guó)家“十三五”規(guī)劃綱要提出的要求。2019年，中國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)正式商用，開(kāi)啟5G時(shí)代。隨著5G網(wǎng)絡(luò)正式商用，超高帶寬、低時(shí)延的特性為行業(yè)應(yīng)用帶來(lái)新的機(jī)遇，也讓與行業(yè)應(yīng)用深度融合、MEC成為5G時(shí)代行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。應(yīng)用本地化、高帶寬內(nèi)容分發(fā)和低延遲計(jì)算都促進(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)了邊緣計(jì)算（MEC）的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用區(qū)域，支撐5G 2B專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)需求[1]。

5G MEC在為用戶(hù)建立邊緣計(jì)算的用戶(hù)面承載時(shí)，要實(shí)現(xiàn)本地流量分流，UPF作為MEC系統(tǒng)的一個(gè)組成網(wǎng)元，負(fù)責(zé)將邊緣網(wǎng)絡(luò)的流量分發(fā)導(dǎo)流到MEC業(yè)務(wù)系統(tǒng)，邏輯上UPF與MEC業(yè)務(wù)系統(tǒng)是分離、松耦合的[2]。

1 業(yè)務(wù)需求及要求

5G時(shí)代下，大量的2B場(chǎng)景下，低時(shí)延類(lèi)應(yīng)用、數(shù)據(jù)安全和園區(qū)自治類(lèi)應(yīng)用及高交互類(lèi)應(yīng)用都對(duì)邊緣計(jì)算下沉到邊緣和企業(yè)園區(qū)產(chǎn)生大量的需求。各運(yùn)營(yíng)商在推進(jìn)5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的過(guò)程中，大部分工業(yè)企業(yè)客戶(hù)和園區(qū)客戶(hù)需要5G無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)，確保數(shù)據(jù)不出園區(qū)/廠區(qū)。表1為園區(qū)用戶(hù)5G應(yīng)用需求表。

2 邊緣MEC建設(shè)模式

2.1 邊緣MEC現(xiàn)狀

當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商以省為單位搭建5G承載網(wǎng)，逐步過(guò)渡本地網(wǎng)組網(wǎng)為主，兼顧省內(nèi)組網(wǎng)需求，形成省內(nèi)端到端切片能力，支撐省內(nèi)4G/5G業(yè)務(wù)組網(wǎng)，滿(mǎn)足5G大帶寬、低延時(shí)、安全可信需求及5G核心網(wǎng)云化分布部署需求，同時(shí)滿(mǎn)足政企專(zhuān)線(xiàn)/云專(zhuān)線(xiàn)承載需求。面向5G的STN承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)總體保持與4G網(wǎng)絡(luò)一致。5GC CE用于5GC的接入與匯聚[3]。在省級(jí)核心、本地核心建設(shè)5GC CE，統(tǒng)一接入5G核心網(wǎng)元和下沉到本地的轉(zhuǎn)發(fā)面UPF/MEC網(wǎng)元；匯聚機(jī)房通過(guò)匯聚STN-B，接入下沉到邊緣機(jī)房的轉(zhuǎn)發(fā)面UPF/MEC網(wǎng)元。

表1 園區(qū)用戶(hù)5G應(yīng)用需求表

邊緣數(shù)據(jù)中心大部分部署在運(yùn)營(yíng)商的匯聚和核心機(jī)房，邊緣計(jì)算在選址策略上圍繞3個(gè)方面進(jìn)行考慮，首選MEC部署的機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施、MEC部署硬件體系選型以及網(wǎng)絡(luò)時(shí)延與傳輸距離對(duì)選址的影響[4]。

2.2 邊緣UPF承載方案

當(dāng)前本地網(wǎng)建設(shè)共享型MEC，只建設(shè)UPF對(duì)接現(xiàn)網(wǎng)的MEP，園區(qū)級(jí)別有特殊需求需要下沉的，直接本地園區(qū)或區(qū)縣機(jī)房新建MEC（MEP+UPF）。

邊緣UPF下沉到本地網(wǎng)實(shí)現(xiàn)客戶(hù)本地業(yè)務(wù)分流的傳輸承載涉及控制面、用戶(hù)面和網(wǎng)管3個(gè)方面，包含基站與5GC互通信令流、下沉的UPF與5GC互通的信令流、基站與下沉的UPF間的數(shù)據(jù)流、下沉的UPF與福州核心UPF間的數(shù)據(jù)流、下沉的UPF的網(wǎng)管管理以及企業(yè)園區(qū)與UPF互通等。本文從用戶(hù)接入注冊(cè)、業(yè)務(wù)分流的流程說(shuō)明承載方案要求，具體如下。

（1）基站與5GC間的信令流：5G基站的信令面經(jīng)過(guò)IPRAN B設(shè)備接入省級(jí)5GC的AMF網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)接入鑒權(quán)等功能。

（2）下沉UPF與5GC互通的信令流：本地網(wǎng)下沉的UPF的控制面采用N4接口與省級(jí)5GC的SMF網(wǎng)元對(duì)接，實(shí)現(xiàn)SMF為本地用戶(hù)選擇下沉的UPF（即邊緣MEC節(jié)點(diǎn)）、PDU會(huì)話(huà)創(chuàng)建等功能，承載于CDMA-EPC的VPN上。

（3）分流用戶(hù)的業(yè)務(wù)流交互：5G基站的所有數(shù)據(jù)流量經(jīng)下沉的UPF網(wǎng)元識(shí)別分流，分流的規(guī)則有多種，如源IP地址、目的IP地址、端口號(hào)、域名等。如果業(yè)務(wù)流識(shí)別為本地用戶(hù)流量，則經(jīng)下沉的UPF設(shè)備通過(guò)相關(guān)專(zhuān)線(xiàn)路由到客戶(hù)服務(wù)器。如果業(yè)務(wù)流識(shí)別為非本地流量（即INTERNET流量），則通過(guò)下沉UPF的N9接口進(jìn)行疏通路由至省級(jí)5GC核心網(wǎng)UPF網(wǎng)元N9接口進(jìn)行INTERNET流量的轉(zhuǎn)發(fā)，承載于CDMA-EPC的VPN上。

（4）遠(yuǎn)程網(wǎng)管方案：本地網(wǎng)下沉UPF（即MEC）的網(wǎng)管流量經(jīng)IPRAN B設(shè)備等承載設(shè)備接入5GC CE實(shí)現(xiàn)與U2020、MANO等網(wǎng)管網(wǎng)元進(jìn)行互通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)下沉UPF設(shè)備的拉遠(yuǎn)管理，承載于CDMA-Outband的VPN上。

（5）下沉UPF所接的IRRAN B設(shè)備上需要新增CDMA-Outband的VPN、CDMA-EPC的VPN用于與省級(jí)5GC的互通。

（6）企業(yè)園區(qū)與下沉UPF是通過(guò)STN專(zhuān)線(xiàn)（專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)）互通。

3 5G 2B專(zhuān)線(xiàn)承載方案

3.1 STN網(wǎng)2B專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)通方式

針對(duì)園區(qū)無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)，在現(xiàn)網(wǎng)條件有限的情況下，提出STN網(wǎng)2B專(zhuān)線(xiàn)的開(kāi)通方式及承載方案。圖1為2B專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)通方式。

（1）城域UPF分流到園區(qū)內(nèi)網(wǎng)：5G STN組網(wǎng)方案使用VPN連接，從園區(qū)內(nèi)網(wǎng)接入同機(jī)房A設(shè)備再到匯聚B設(shè)備通過(guò)L3VPN到5GC-CE。

（2）城域UPF分流到MEP平臺(tái)（N6接口）：MEP和UPF異地機(jī)房部署，通過(guò)L3VPN互聯(lián)，即MEP和UPF間的流量通過(guò)5GC-CE和MEP交換機(jī)上部署的園區(qū)VRF互通。

（3）運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)中B設(shè)備與ER之間采用10G接口，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，10G接口不支持FlexE，因此建議先采用L3VPN進(jìn)行2B專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)通。

3.2 STN網(wǎng)2B專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)承載方案

MEC架構(gòu)承載需求[5]如表2所示。

為滿(mǎn)足園區(qū)無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)需求，結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)網(wǎng)資源，邊緣UPF建設(shè)分兩階段進(jìn)行。

圖1 2B專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)通方式

表2 MEC架構(gòu)承載需求表

首先，一階段拓?fù)浜统休d方案（見(jiàn)圖2）。邊緣UPF和省級(jí)5GC-CE鏈路為園區(qū)分配VLAN，實(shí)現(xiàn)UPF和MEC/內(nèi)網(wǎng)互通，9306交換機(jī)通過(guò)OTN專(zhuān)線(xiàn)到省級(jí)UPF的5GC CE設(shè)備，承載UPF到MEP平臺(tái)間的流量；園區(qū)內(nèi)網(wǎng)通過(guò)OTN/裸纖專(zhuān)線(xiàn)到9306交換機(jī)，承載MEP和企業(yè)內(nèi)網(wǎng)間的流量；邊緣UPF到園區(qū)內(nèi)網(wǎng)間的流量經(jīng)過(guò)9306交換機(jī)承載。

（1）城域UPF和省級(jí)5GC-CE鏈路為園區(qū)分配VLAN，實(shí)現(xiàn)UPF和MEC/內(nèi)網(wǎng)互通。

（2）9306交換機(jī)作為園區(qū)內(nèi)網(wǎng)和MEP平臺(tái)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

（3）N2/N3接口復(fù)用現(xiàn)網(wǎng)IPRAN VPN，N4接口不需要通過(guò)STN網(wǎng)絡(luò)承載。

（4）N6接口：MEP接入城域9306交換機(jī)和省級(jí)5GC-CE間建L3VPN和UPF互通，創(chuàng)建園區(qū)VRF實(shí)例。

（5）省級(jí)UPF分流到園區(qū)內(nèi)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)：UPF經(jīng)5GC-CE接入到九牧 VRF，園區(qū)內(nèi)網(wǎng)CE設(shè)備通過(guò)OTN接入9306交換機(jī)的園區(qū)VRF。

（6）園區(qū)內(nèi)網(wǎng)和MEP平臺(tái)間同樣使用園區(qū)VRF互通。

其次，二階段拓?fù)浜统休d方案（見(jiàn)圖3）。采用邊緣UPF承接園區(qū)及所有2B專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)，新增5GC CE設(shè)備（異局址）進(jìn)行匯聚，防火墻旁?huà)煸?GC CE。5GC CE與城域ER對(duì)接，5GC CE與MEP平臺(tái)的9306交換機(jī)對(duì)接。

（1）N2/N3接口復(fù)用現(xiàn)網(wǎng)IPRAN VPN，N4接口通過(guò)STN網(wǎng)絡(luò)承載現(xiàn)網(wǎng) L3VPN。

（2）N9接口：省級(jí)UPF和城域UPF通過(guò)各自的5GC-CE設(shè)備上部署的L3VPN互通。

（3）N6接口：MEP接入城域交換機(jī)和城域5GC-CE的L3VPN實(shí)現(xiàn)和UPF互通。

（4）城域UPF和5GC-CE鏈路為園區(qū)分配VLAN，實(shí)現(xiàn)UPF和MEC互通。

圖2 5G 2B專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)承載拓?fù)鋱D（一階段）

圖3 5G 2B專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)承載拓?fù)鋱D（二階段）

（5）城域UPF分流到園區(qū)內(nèi)網(wǎng)（L3VPN），UPF接入到5GC-CE以客戶(hù)為單位的園區(qū)VRF，園區(qū)內(nèi)網(wǎng)CE設(shè)備接入?yún)R聚B設(shè)備部署到5GC-CE的L3VPN路由，橋接進(jìn)園區(qū)VRF。

（6）城域UPF分流到MEP平臺(tái)（N6接口），MEP為園區(qū)分配VPC私有地址通過(guò)VLAN或者L3VPN和5GC-CE的園區(qū)VRF互通。

（7）STN專(zhuān)線(xiàn)2：5GC-CE作為園區(qū)內(nèi)網(wǎng)和MEP平臺(tái)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，園區(qū)內(nèi)網(wǎng)和MEP平臺(tái)通過(guò)園區(qū)VRF互聯(lián)互通。

4 結(jié) 論

目前，各運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)試點(diǎn)中邊緣UPF的建設(shè)模式有多種模式，有可能是更靠近基站的邊緣節(jié)點(diǎn)采用集成方式部署，也有可能是更靠近中心的邊緣節(jié)點(diǎn)會(huì)采用部分共享部署方案[6]。本文提出城域邊緣UPF共享部署及承載2B專(zhuān)線(xiàn)方案，可供參考，未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)邊緣UPF的快速部署。