邊緣UPF承載5G 2B專線建設方案的探討

張瑩瑩

（福建省郵電規劃設計院有限公司，福建 福州 350003）

0 引 言

“積極推進第五代移動通信（5G）和超寬帶關鍵技術，啟動5G商用”是國家“十三五”規劃綱要提出的要求。2019年，中國5G網絡正式商用，開啟5G時代。隨著5G網絡正式商用，超高帶寬、低時延的特性為行業應用帶來新的機遇，也讓與行業應用深度融合、MEC成為5G時代行業數字化轉型的關鍵。應用本地化、高帶寬內容分發和低延遲計算都促進了服務內容、應用程序和計算向邊緣的遷移，從而推動了邊緣計算（MEC）的發展，實現5G網絡應用于重點行業應用區域，支撐5G 2B專線業務需求[1]。

5G MEC在為用戶建立邊緣計算的用戶面承載時，要實現本地流量分流，UPF作為MEC系統的一個組成網元，負責將邊緣網絡的流量分發導流到MEC業務系統，邏輯上UPF與MEC業務系統是分離、松耦合的[2]。

1 業務需求及要求

5G時代下，大量的2B場景下，低時延類應用、數據安全和園區自治類應用及高交互類應用都對邊緣計算下沉到邊緣和企業園區產生大量的需求。各運營商在推進5G工業互聯網業務的過程中，大部分工業企業客戶和園區客戶需要5G無線專網，確保數據不出園區/廠區。表1為園區用戶5G應用需求表。

2 邊緣MEC建設模式

2.1 邊緣MEC現狀

當前運營商以省為單位搭建5G承載網，逐步過渡本地網組網為主，兼顧省內組網需求，形成省內端到端切片能力，支撐省內4G/5G業務組網，滿足5G大帶寬、低延時、安全可信需求及5G核心網云化分布部署需求，同時滿足政企專線/云專線承載需求。面向5G的STN承載網絡架構總體保持與4G網絡一致。5GC CE用于5GC的接入與匯聚[3]。在省級核心、本地核心建設5GC CE，統一接入5G核心網元和下沉到本地的轉發面UPF/MEC網元；匯聚機房通過匯聚STN-B，接入下沉到邊緣機房的轉發面UPF/MEC網元。

表1 園區用戶5G應用需求表

邊緣數據中心大部分部署在運營商的匯聚和核心機房，邊緣計算在選址策略上圍繞3個方面進行考慮，首選MEC部署的機房基礎設施、MEC部署硬件體系選型以及網絡時延與傳輸距離對選址的影響[4]。

2.2 邊緣UPF承載方案

當前本地網建設共享型MEC，只建設UPF對接現網的MEP，園區級別有特殊需求需要下沉的，直接本地園區或區縣機房新建MEC（MEP+UPF）。

邊緣UPF下沉到本地網實現客戶本地業務分流的傳輸承載涉及控制面、用戶面和網管3個方面，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間的數據流、下沉的UPF與福州核心UPF間的數據流、下沉的UPF的網管管理以及企業園區與UPF互通等。本文從用戶接入注冊、業務分流的流程說明承載方案要求，具體如下。

（1）基站與5GC間的信令流：5G基站的信令面經過IPRAN B設備接入省級5GC的AMF網元，實現用戶接入鑒權等功能。

（2）下沉UPF與5GC互通的信令流：本地網下沉的UPF的控制面采用N4接口與省級5GC的SMF網元對接，實現SMF為本地用戶選擇下沉的UPF（即邊緣MEC節點）、PDU會話創建等功能，承載于CDMA-EPC的VPN上。

（3）分流用戶的業務流交互：5G基站的所有數據流量經下沉的UPF網元識別分流，分流的規則有多種，如源IP地址、目的IP地址、端口號、域名等。如果業務流識別為本地用戶流量，則經下沉的UPF設備通過相關專線路由到客戶服務器。如果業務流識別為非本地流量（即INTERNET流量），則通過下沉UPF的N9接口進行疏通路由至省級5GC核心網UPF網元N9接口進行INTERNET流量的轉發，承載于CDMA-EPC的VPN上。

（4）遠程網管方案：本地網下沉UPF（即MEC）的網管流量經IPRAN B設備等承載設備接入5GC CE實現與U2020、MANO等網管網元進行互通，從而實現對下沉UPF設備的拉遠管理，承載于CDMA-Outband的VPN上。

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

（6）企業園區與下沉UPF是通過STN專線（專線業務）互通。

3 5G 2B專線承載方案

3.1 STN網2B專線開通方式

針對園區無線專網，在現網條件有限的情況下，提出STN網2B專線的開通方式及承載方案。圖1為2B專線開通方式。

（1）城域UPF分流到園區內網：5G STN組網方案使用VPN連接，從園區內網接入同機房A設備再到匯聚B設備通過L3VPN到5GC-CE。

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

（3）運營商現網中B設備與ER之間采用10G接口，根據行業標準規范，10G接口不支持FlexE，因此建議先采用L3VPN進行2B專線開通。

3.2 STN網2B專線業務承載方案

MEC架構承載需求[5]如表2所示。

為滿足園區無線專網需求，結合當前現網資源，邊緣UPF建設分兩階段進行。

圖1 2B專線開通方式

表2 MEC架構承載需求表

首先，一階段拓撲和承載方案（見圖2）。邊緣UPF和省級5GC-CE鏈路為園區分配VLAN，實現UPF和MEC/內網互通，9306交換機通過OTN專線到省級UPF的5GC CE設備，承載UPF到MEP平臺間的流量；園區內網通過OTN/裸纖專線到9306交換機，承載MEP和企業內網間的流量；邊緣UPF到園區內網間的流量經過9306交換機承載。

（1）城域UPF和省級5GC-CE鏈路為園區分配VLAN，實現UPF和MEC/內網互通。

（2）9306交換機作為園區內網和MEP平臺的網關設備。

（3）N2/N3接口復用現網IPRAN VPN，N4接口不需要通過STN網絡承載。

（4）N6接口：MEP接入城域9306交換機和省級5GC-CE間建L3VPN和UPF互通，創建園區VRF實例。

（5）省級UPF分流到園區內網專線：UPF經5GC-CE接入到九牧 VRF，園區內網CE設備通過OTN接入9306交換機的園區VRF。

（6）園區內網和MEP平臺間同樣使用園區VRF互通。

其次，二階段拓撲和承載方案（見圖3）。采用邊緣UPF承接園區及所有2B專線業務，新增5GC CE設備（異局址）進行匯聚，防火墻旁掛在5GC CE。5GC CE與城域ER對接，5GC CE與MEP平臺的9306交換機對接。

（1）N2/N3接口復用現網IPRAN VPN，N4接口通過STN網絡承載現網 L3VPN。

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

（3）N6接口：MEP接入城域交換機和城域5GC-CE的L3VPN實現和UPF互通。

（4）城域UPF和5GC-CE鏈路為園區分配VLAN，實現UPF和MEC互通。

圖2 5G 2B專線業務承載拓撲圖（一階段）

圖3 5G 2B專線業務承載拓撲圖（二階段）

（5）城域UPF分流到園區內網（L3VPN），UPF接入到5GC-CE以客戶為單位的園區VRF，園區內網CE設備接入匯聚B設備部署到5GC-CE的L3VPN路由，橋接進園區VRF。

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

（7）STN專線2：5GC-CE作為園區內網和MEP平臺的網關設備，園區內網和MEP平臺通過園區VRF互聯互通。

4 結 論

目前，各運營商業務試點中邊緣UPF的建設模式有多種模式，有可能是更靠近基站的邊緣節點采用集成方式部署，也有可能是更靠近中心的邊緣節點會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專線方案，可供參考，未來可以實現邊緣UPF的快速部署。