基于MEC下沉的承載網解決方案分析

戴小平 胡昱

中國移動通信集團浙江有限公司杭州分公司 浙江 杭州 310015

引言

智慧產業園區是智慧城市的展示窗口。5G、云計算、AI技術將助力產業園區實現數字化和智能化。數字園區的打造符合智慧城市的發展戰略，也將滿足全區企業產業規模化、集群化、現代化升級的發展需求。5G將應用MEC下沉、切片等技術，加速產業園區的數字化、網絡化、智能化轉型，滿足產業園區內部企業“低時延”、“大帶寬”等需求，助力企業資源整合、建立智能制造平臺、打造高端企業品牌。

1 MEC下沉的技術特點

早期的產業園區信息化，以IT應用為核心，僅涉及OA辦公、上網、刷卡考勤等內容。隨著園區數字化改造的開展，園區內部產生了業務子系統遠程作業、部分線上服務等數字化服務。這些業務對應的組網架構中，核心網一般位于省會城市，對接承載網的核心層。這種模式下，業務需要經過接入層、匯聚層、骨干層、核心層，對承載網的整體帶寬要求高，而且由于經過的承載網層級較多，傳輸距離較遠，導致業務時延較大，僅適用于園區內對時延要求不高的業務，不利于新型的低時延業務的開通。

隨著5G時代的到來，物聯網、云計算、大數據、AI等新型ICT業務快速鋪展，園區內企業要求操作系統、管理系統等多系統全連接，數據全融合，并且具備數據可視化、可管理、可控制、甚至高保密的特性。園區內的典型業務，例如機器控制、機器視覺、移動機器人、工業AR及監控、海量數據采集與鏈接、對業務端到端帶寬、時延提出了極高的要求。為了滿足這些業務需求，MEC技術應運而生。MEC具有多接入特性，能將用戶通過不同接入網同意接入5G核心網；具有部署在邊緣的特性，將核心網控制面和網關分離，實現網關邊緣化部署，將核心網用戶面功能UPF下沉靠近用戶的網絡邊緣，與Service、App等一起部署在MEC平臺中，就近提供服務，滿足低時延需求；具有計算能力，將計算能力下放至MEC，實現AI、渲染邊緣化計算的功能。MEC在應用層集成安防、定位、服務、能效管理等功能，在平臺層提供業務處理、數據處理、AI處理、數據儲存等功能，為用戶提供統一的接口標準、維護標準等平臺能力。并且，MEC將下沉至地市骨干層，甚至匯聚層，部署在網絡邊緣，以此達到為用戶就近提供大帶寬能力、降低業務時延的目的。MEC下沉至邊緣帶來了三個優勢：①低時延：縮短端到端的業務時延，滿足時延敏感業務的需求；②大帶寬：減少對承載網核心層、骨干層的帶寬需求，更容易滿足大帶寬業務的需求；③安全可靠：在園區附近或園區內部署MEC，可以滿足數據不出園的需求，降低數據在傳輸過程中的風險。所以MEC下沉將成為數字園區的最優解決方案，承載網架構也將針對MEC下沉做出相應的調整與改變[1]。

2 承載網的應對方案

傳統組網架構中，MEC部署在核心機房中，MEC對接承載網核心層。5G室分站點部署在園區內，承載網需要解決基站和MEC對接的N3業務傳輸問題。如圖1所示，數據需要經過接入層、匯聚層、骨干層、核心層。數據穿過的網絡層級多，光纜路由距離長，設備處理和轉發時間長，會導致時延增加。根據測算，如果MEC部署在核心層，與承載網的核心設備對接，那么業務接入點到MEC的傳輸距離將需要大量的跨地市對接，傳輸距離普遍大于200km，傳輸時延RTT將大于5ms。

圖1 傳統組網架構中MEC與承載網的對接方式

傳統架構中，MEC和5G NGC核心網設備都位于核心機房，承載網一般僅承載N3業務，建立NG-RAN和UPF之間的數據通道。針對共享式MEC，TO B業務和TO C業務共用VPN，可以不再新建VPN。

如果MEC下沉至地市骨干機房，MEC與承載網的骨干層設備對接。根據測算，業務接入點到MEC的傳輸距離一般為100km，傳輸時延RTT將降低至2.5ms左右。如圖2所示，承載網不僅需要承載5G基站至MEC的數據，還要承載MEC至核心網5G NGC、MEC至VoLTE SBC、MEC至MEC管理面的數據。也就是說，針對N3業務和N4業務，承載網都需要進行L3VPN的配置。

圖2 MEC下沉至骨干機房與承載網的對接方式

MEC下沉至地市骨干機房架構中，承載網一般承載N3、N4業務。對于N3業務，承載網建立NG-RAN和UPF之間的數據通道。針對共享式MEC，TO B和TO C共用VPN，可以不再新建VPN。對于N4業務，承載網需要打通UPF和SMF之間的數據通道，采用三層組網，全網新建一個N4 VPN[2]。

如果MEC進一步下沉至園區，MEC與承載網的匯聚層設備對接，那么業務接入點到MEC的傳輸距離將進一步縮短至20km，傳輸時延RTT將降低至1ms左右。如圖3所示，承載網不僅需要承載5G基站至MEC的數據，需要承載MEC至核心網5G NGC、MEC至VoLTE SBC、MEC至MEC管理面的數據，還要承載MEC至錨點UPF的數據。也就是說，針對N3業務、N4業務和N9業務，承載網都需要進行L3VPN的配置。

圖3 MEC下沉至園區機房與承載網的對接方式

MEC下沉至園區架構中，MEC接入承載網可能涉及的業務包括N3、N4、N6、N9、OM。對于N3業務，承載網建立NGRAN和UPF之間的數據通道。針對共享式MEC，TO B和TO C共用VPN，可以不再新建VPN。對于N4業務，承載網需要打通UPF和SMF之間的數據通道，采用三層組網，全網新建一個N4 VPN。對于N6業務，承載網需要打通UPF和DN之間的數據通道，盡可能采用三層組網方案，采用不分層方案，全網新建一個共用N6 VPN。對于有特殊隔離需求的企業，承載網可以單獨建立獨享的N6 VPN。如果涉及多機房的分布式UPF，會產生UPF之間的N9業務對接。對于N9業務，承載網需要打通UPF和UPF之間的數據通道。如果UPF之間涉及防火墻的問題，承載網采用二層架構方案。如果承載網采用三層架構方案，需要全網新建一個共用的N9 VPN。對于OM業務，承載網將在全網建立一個共用OM VPN載業務。

此外，5G承載網側可以根據用戶對園區專網數據可靠性的要求，提供FlexE的技術，保證生產網和公網的絕對隔離。為了給園區所有業務提供高效的SLA保障，實現網絡的隔離和獨立運營，承載網需要滿足3個訴求：業務內容的安全隔離，業務的獨立運營，為業務提供可保障的SLA。承載網為了滿足這3個訴求，提出了網絡片技術。

網絡切片是基于客戶化的需求，滿足客戶特定的業務隔離需求，在網絡硬件實體上搭建的包含了虛擬網元、網管系統以及運算和存儲資源的臨時邏輯網絡。用戶根據不同的可靠性要求、帶寬要求、時延要求，承載網予以滿足。相比于傳統的QoS只用來保障網絡的傳輸質量，切片還提供了計算、存儲、安全方面的保障。如圖5所示，網絡切片可以按照業務特性或者業務類型進行切片。根據業務特性的切片，不區分業務類型，將具有相同業務質量要求的業務放在一個切片內。根據業務類型的切片，按業務類型劃分切片，但同一類業務存在不同服務質量要求，需要行隔離。

圖4 根據業務性的切片

圖5 根據業務類型的切片

傳統以太網存在著接口速率提升困難、業務帶寬互相搶占的問題。切片技術引入了FlexE接口，將傳統的以太網兩層架構改成了三層架構：client、shim、group。Client對應客戶的業務流，通過FlexE接口接入后，多條client可以封裝進一個FlexE接口。Shim對PHY的帶寬進行了時隙劃分。它主要利用傳統時隙劃分的思想，將傳統以太網接口速率通過時隙進行劃分，用來承載不同的切片業務。各個接口的物理帶寬由于是基于時隙的劃分，而不是統計復用，不會出現沖突和搶占，解決了傳統以太網業務搶占的問題。比如對于一個100GE的接口劃分20個時隙，每個時隙5GE，然后對時隙進行配置，最終可以配置成三個非標準速率的15GE、45GE、40GE接口。Group則是把幾個端口通過Flex接口進行了綁定，例如2個100GE的接口綁定成200GE的接口，并且兩個100GE接口上的流量負載均衡，解決了傳統以太網Eth-trunk端口綁定后負載不均衡的問題。

FlexE可以通過通道層的66bit碼塊交換建立交叉連接，形成端到端的FlexE組網架構，有效降低業務時延。并且FlexE支持1+1雙端倒換、1+1單端倒換、1:1雙端倒換等保護模式，而且通過在通道層中插入OAM報文實現更加豐富的FlexE交叉故障感知。

在園區業務部署的時候，核心網確認業務切片，例如生產網切片、辦公網切片、常規互聯網切片后，承載網根據無線的切片需求，利用FlexE的硬切片特性，可以將傳輸承載網通道劃分成生產網切片、辦公網切片、常規互聯網切片等子通道，各個切片間的數據互相隔離，保證生產網的絕對可靠[3]。在H市，某運營與大型企業GW合作，構建了MEC下沉部署的低時延切片。GW的業務根據國家相關文件的要求，必須實現信息管理區塊和生產控制區塊的業務隔離。運營商在承載網側，根據GW企業的業務需求，配置了三個單獨的FlexE通道，并且基于FlexE通道部署了VPN Over SR-TP隧道，保障了動力保障業務的低時延需求，端到端通信時延可以滿足至17ms以內，并且可以實現設備終端的時間同步等要求。

3 結束語

MEC下沉已經是智慧園區的建設趨勢，一方面可以解決目前核心機房的空間、動力等問題，另一方面可以讓數據服務器更貼近用戶側，降低時延、增大帶寬、保障數據安全性，提高用戶體驗感知。承載網也將面向MEC的下沉需求，提供傳輸業務承載的解決方案。