摘要:5G SA依托5G核心網進行組網。為應對業務需求,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。MEC的引入和UPF的下沉,N2、N3、N4、N6、N9等業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業務接口和承載方案。
為解決新的業務需求,特別是URLLC業務,5G系統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可根據業務需要部署在省級中心、城域中心、區縣中心和企業園區,部署在邊緣的UPF與MEC平臺融合,可以進行本地分流,滿足低時延業務場景需求,有利于按需快速部署業務。
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務接口需要有線接入網進行承載。
1、5G核心網架構和業務接口
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節點掌控,UPF也代替了原來4G中執行路由和轉發功能的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勢。
根據歐洲電信標準協會(ETSI)的定義,MEC包含系統層和主機層,如圖2所示。
圖2 MEC架構
MEC系統層包含MEC編排器(MEO)、運營支撐系統(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系統層網管需要協調不同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中心。
MEC主機部署方面應以業務為導向按需部署,并與UPF的下沉和分布式部署相互協同,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接口為外部互聯網接口。各業務接口及說明見表1。
表1 5G業務接口說明
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部署在區縣中心(或企業園區)、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、區縣中心到大區中心。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互聯城域內由傳送網解決,城域間由數據網解決。方案2的優點是形成了統一的承載平臺,但同時也造成了管理界面不清晰、故障運維需要多專業間協調的問題,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到互聯網或企業應用的互聯,包括有以下3個場景。
(1)場景1為企業園區MEC訪問互聯網,承載方案為城域內用5G分組傳送網,骨干用互聯網專用接入網。
(2)場景2為地市或省中心MEC訪問互聯網,承載方案為運營商互聯網專用接入網絡。
(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。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。
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原文標題:基于MEC的5G SA業務接口及承載方案研究
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