網絡共建背景下5G MEC部署及共享策略研究

鄭銳生 黃勁安 梁雅菁

【摘要】 ? ?在5G共享共建模式下，MEC需結合業(yè)務指標需求以及運營商承載網互通節(jié)點等實際情況，因地制宜確定部署策略，從而實現低時延高可靠業(yè)務保障與網絡設備建設成本的平衡。更進一步地，可根據實際MEC部署位置制定面向客戶的共享方案，以滿足不同客戶的差異化需求，最大化提升網絡資源利用率。

【關鍵詞】 ? ?5G ? ?共享模式 ? ?MEC

引言：

移動互聯(lián)網驅動ICT融合，5G面向跨行業(yè)全業(yè)務方向發(fā)展。為滿足網絡大帶寬、高可靠及低時延等差異化業(yè)務需求，5G網絡通過引入邊緣計算MEC實現業(yè)務本地化、本地分流、緩存加速等功能，為用戶帶來極致的業(yè)務體驗。網絡部分算力從云端遷移到邊緣，很大程度上可以視為以運營商為中心的技術轉移，這種技術轉移基于以往網絡軟件化和虛擬化等的發(fā)展成果，并在5G部署中發(fā)揮作用。繼協(xié)力定義移動邊緣計算（MEC）及相關標準之后，業(yè)界開始大力探索MEC技術在各種行業(yè)應用中的價值，并希望通過MEC和5G技術進一步加深連接和計算的融合。作為CT連接能力與IT計算能力的切入點，MEC在5G網絡中的部署位置直接決定了其性能發(fā)揮。因此，研究和探索MEC平臺的部署要點及策略尤為重要。

一、邊緣計算（MEC）架構

MEC是指在靠近用戶側部署邊緣節(jié)點，將網絡能力和計算能力進行下沉，進而實現業(yè)務流量本地出口、業(yè)務功能本地實現，滿足低時延、大帶寬等業(yè)務需求。MEC在5G網絡中實際充當著DN（Data Network，數據網絡）和AF（Application Function，應用功能）的角色。MEC與5G的結合點為UPF。在UP（User Plane，用戶面），UPF為MEC提供分流功能，實現承載的業(yè)務流與運行在MEC上的AF的對接;在CP（Control Plane，控制面），UPF向MEC按需提供和開放業(yè)務流量計費、網絡策略控制等核心網能力。因此，在部署MEC時，需考慮與UPF的協(xié)同規(guī)劃。

此外，結合運營商網絡架構，MEC可在兼顧性價比的基礎上，根據時延、帶寬及數據安全性等具體業(yè)務指標要求靈活選擇具體的部署位置。具體來看，MEC可部署于站點側、接入層、匯聚層和核心層，其位置分別對應通信網的基站、接入機房、邊緣DC和核心DC。當MEC部署在基站（現場級部署）或接入機房時，可最大程度滿足低時延、高可靠的業(yè)務場景需求，但由于其覆蓋范圍的相對受限（部署在基站側時范圍最?。?，網絡邊際效益降低，網絡管理也變得更為復雜，整體成本將大幅上升，一般URLLC場景采用此種部署方式;當MEC部署在邊緣DC，也即匯聚機房時，MEC可用于承載城域網業(yè)務控制層的媒體流轉發(fā)和核心網UP功能，此時業(yè)務覆蓋范圍相對適中，但由于MEC部署位置相對高，其時延也相應增大，一般單項業(yè)務端到端時延在10ms以內，主要適用于eMBB業(yè)務;當MEC部署在核心DC，也即核心機房時，MEC可承載城域網核心網控制面網元和部分集中部署的UP網元功能，其覆蓋范圍可達城域網范圍，但時延明顯增大，更適用于對時延相對不敏感，且對廣覆蓋和大連接需求相對大的mMTC業(yè)務場景。綜上，5G MEC的部署位置，應以業(yè)務需求和場景為導向，追求性能與成本效益的均衡。

二、共建共享模式下MEC部署方案

上述關于5G MEC部署位置的討論，單純僅就網絡架構而言，并未綜合考慮運營商網絡資產的歸屬問題。實際上，隨著運營商網絡共建共享的深入推進，對于共享的運營商之間，MEC的部署變得復雜，具體需結合運營商屬于主建方還是共享方的情況進行分析研究。

在共建共享模式下，運營商A與運營商B遵循共建共享原則，共同建設一張5G網絡，雙方劃定區(qū)域，分區(qū)建設，各自負責在劃定區(qū)域內的5G網絡建設相關工作。具體是，采用接入網共享方式，核心網各自建設，5G頻率資源共享。參建運營商共享無線網基站，物理上是一個基站，邏輯上還是兩個基站。邏輯上的兩個基站通過承載網共享互通，分別接入各自的核心網。其接入網共享方案如圖1所示。注意到，在此模式下，對于部分地市而言，會出現一部分區(qū)域是運營商A主建，另一部分區(qū)域則是運營商A共享的情況。為此，有必要研究分析主建場景下與共享場景下的MEC部署方案的要點，以便統(tǒng)籌5G MEC發(fā)展需求，實現MEC的共建共享，大幅降低邊緣計算的建設成本及運營成本。以下就共建和共享兩種不同場景下的MEC部署進行探討。

2.1主建場景下，MEC的部署方案

在主建場景下，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，可以靈活地部署在從基站附近到核心網絡的不同位置，如基站側、接入機房、匯聚機房、核心機房。以下具體介紹每個層級的MEC部署方案：

2.1.1 MEC部署在站點側

此種模式一般采用邊緣級MEC部署于靠近站點側（基站或者BBU集中放置的機房），由于MEC靠近用戶使得其時延最小，但是覆蓋的基站數相對較少，且現網用戶暫無此類層級業(yè)務，該模式則更適合于本地分流場景。

2.1.2 MEC部署在接入層

此種模式一般采用MEC和基站CU共機房，部署在接入層，數據業(yè)務離用戶更近，終端發(fā)起的業(yè)務經過基站、MEC主機到互聯(lián)網/第三方內容服務，主要針對新型超低時延業(yè)務在邊緣才能滿足需求的場景，時延可控制在1ms～10ms之內，如智慧場館、自動駕駛、遠程醫(yī)療診斷、機器人協(xié)作、遠程手術等。

2.1.3 MEC部署在匯聚層

MEC的邏輯位置在UPF之后，會增加一部分回傳網絡的時延，可以為用戶提供低時延、高帶寬服務，如無人機投遞業(yè)務、AR/VR業(yè)務等。

2.1.4 MEC部署在核心層

MEC與UPF在同個邏輯位置，其時延也最大，但能夠解決跨地域傳輸覆蓋的問題，可以用于公眾業(yè)務和行業(yè)業(yè)務場景，如公共安全、移動視頻監(jiān)控、高清視頻等。

在主建的情況下，MEC的部署可降低時延，使用戶可以就近取得所需的內容，以提高用戶訪問網站的響應速度。MEC的部署需要根據業(yè)務需求進行抉擇，MEC部署位置越靠近用戶，時延越低。

2.2共享場景下，MEC的部署方案

在共享場景下，因MEC所處的位置受限于資產歸屬、時延體驗、物理基礎設施等相關因素，其部署的位置可在三個層級，如接入層、匯聚層、核心層。以下具體介紹共享場景下每個層級的MEC部署方案：

2.2.1 MEC部署于運營商A核心層

此類部署方案下，運營商A和運營商B的核心承載層需打通，客戶終端與核心側的MEC建立通話連接后，MEC的數據信息重新經運營商B承載網下載至本地終端，如圖2所示。經計算客戶側數據業(yè)務節(jié)點至核心MEC服務器節(jié)點的光纜線路距離時延，其業(yè)務雙向觸發(fā)時延為0.10～1.00ms，以及設備節(jié)點時延，其業(yè)務雙向觸發(fā)時延在1.00～3.00ms之間，合計傳輸側時延范圍極限值為1.10～4.00ms之間。由于此類部署方案的傳輸時延相對較高，只能滿足近期大寬帶業(yè)務需求，如公共安全、移動視頻監(jiān)控、高清視頻、AR/VR業(yè)務。

2.2.2 MEC部署于運營商A匯聚層

此類部署方案下，運營商A和運營商B的匯聚層打通，客戶終端與和匯聚側的MEC服務器建立通話連接后，MEC的相關數據信息由運營商A匯聚機房——運營商B匯聚機房——運營商B 5G基站——用戶終端，如圖3所示。經計算客戶側數據業(yè)務節(jié)點至核心MEC服務器節(jié)點的光纜線路距離時延，其業(yè)務雙向觸發(fā)時延為0.05～0.20ms，以及設備節(jié)點時延，其業(yè)務雙向觸發(fā)時延在0.80～1.60ms之間，最終觸發(fā)理論時延在 0.25～2.20ms之間。此類部署方案可滿足中遠期的低時延和多連接業(yè)務需求，如無人機投遞業(yè)務、遠程醫(yī)療診斷。

2.3 MEC部署于運營商A接入層

此類方案不適合現網部署，由于運營商A和運營商B的接入層打通，客戶終端與和接入機房側的MEC服務器建立通話連接，這可大大降低用戶時延，但由于耗費光纜資源，建設成本增加，這有違共享共建理念，MEC部署于運營商A接入機房的方案不適合應用于現網。

三、面向用戶的MEC共享方案

MEC通過NEF與5GC進行實時交互，并調用5G網絡能力為自身提供網絡服務。因此，MEC也可以視為5G網絡資源之一進行共建共享。但受限于運營商的市場體制、網絡自主性等方面的制約，當下討論MEC的共建可能為時尚早，但這并不妨礙我們從用戶的角度出發(fā)，討論MEC的共享方案。

從用戶需求的角度出發(fā)，可按照不同業(yè)務場景對時延、帶寬、可靠性等差異化要求來決定共享或專享某一層級的MEC。而運營商也可以借此最大化提升網絡資源利用率。

根據業(yè)務需求及部署位置，面向用戶的MEC共享方案可分為以下三種部署模式：

3.1共享型部署

網元UPF及MEC均部署在匯聚或核心機房，網元共享可為不同客戶配置不同的分流方案。在現網的網絡架構中，部署層級更高的UPF及MEC，可在環(huán)境、硬件、維護等方面獲得優(yōu)越的資源，客戶也可因此獲得良好的業(yè)務保障。資源共享模式運用成本低廉，適合對時延及本地化要求不強烈的客戶。對于以上討論的MEC與UPF部署網絡層級，在主建情況和共享情況下，共享型都適用MEC部署在核心機房。

3.2專供型部署

網元與平臺專供于客戶，UPF及MEC下沉部署在用戶側邊緣機房?？蛻舻谋镜胤至鳂I(yè)務由UPF控制分流本地平臺。由于專供型模式要求QoS級別高、數據本地化、設備維護技術高，專供型部署模式更適用于對時延和數據安全敏感的行業(yè)客戶。對于以上討論的UPF與MEC部署網絡層級，在主建情況下，專供型都適用MEC部署在運營商A匯聚機房以及接入機房;在共享情況下，該模式適用MEC部署運營商A匯聚機房。

3.3混合型部署

該模式的網元UPF在核心或匯聚機房部署，MEC在用戶側邊緣機房部署，且利用承載網或專線連接UPF與MEC;因此，具有平臺部署本地化，網元可共享等優(yōu)勢。由于混合型部署模式要求部署成本低、時延業(yè)務保障高、MEC部署本地化，混合型部署模式更適用于對成本和平臺本地化敏感的行業(yè)客戶。對于以上討論的MEC與UPF部署網絡層級，在主建情況和共享情況下，混合型與專供型的MEC部署位置無多大區(qū)別，主要不同之處為UPF部署位置。

四、 結束語

MEC的部署位置需結合具體的業(yè)務場景需求進行具體分析。在共建共享模式下，運營商部署MEC存在多種方案，本文分別從運營商主建和共享的角度討論MEC部署于基站側及接入層、匯聚層以及核心層方案的可行性及性能表現，并提出了在不同部署方案下，MEC平臺進一步面向客戶的共享方案建議，包括共享型、專供型和混合型等。這對于運營商建設MEC或具有良好的借鑒意義。

參 ?考 ?文 ?獻

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