文 濤,譚 蓓,江曉筠(.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司,河南鄭州 450007;.中國(guó)聯(lián)通河南分公司,河南鄭州 450045)
5G 給千行百業(yè)的2C2B 客戶帶來(lái)了前所未有的新體驗(yàn),這些均緣于5G 新業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)連接的有效協(xié)同。如高清云游戲身臨其境的互動(dòng)是由于5G 邊緣云消除了AR/VR 視頻業(yè)務(wù)原有低效連接的眩暈感;智能安防時(shí)大流量人群安檢的快速報(bào)警,是5G邊緣云解決了視覺(jué)分析處理的算力瓶頸。
同時(shí),這種網(wǎng)業(yè)協(xié)同還可以降低投資成本,進(jìn)一步推動(dòng)了各行各業(yè)5G邊緣的部署;邊緣云引入5G后,業(yè)務(wù)終端可以更加輕載,業(yè)務(wù)決策可以更加敏捷,工廠制作可以更加精準(zhǔn),可以充分實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)體驗(yàn)和投資效益雙贏;因此,智慧工廠、智慧港口、智慧醫(yī)療、智慧城市、智慧園區(qū)等越來(lái)越多領(lǐng)域與5G 邊緣網(wǎng)攜手,協(xié)同使能創(chuàng)新業(yè)務(wù)創(chuàng)新模式,構(gòu)建社會(huì)美好未來(lái)。
多接入邊緣計(jì)算/云(Mobile/Multi-Acess Edge Computing/Cloud,MEC)主要是面向用戶提供低時(shí)延、大帶寬的本地化業(yè)務(wù)處理,為用戶提供差異化的服務(wù)和感知。MEC 涉及的技術(shù)內(nèi)容較廣,包含了網(wǎng)絡(luò)CT技術(shù)以及業(yè)務(wù)/云IT 技術(shù)等,是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的ICT融合。
由于MEC 重點(diǎn)提供的是差異化服務(wù),所以一般會(huì)先以2B為切入點(diǎn),為行業(yè)客戶提供運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放、IaaS/PaaS/SaaS 等能力,其中網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放又與當(dāng)前5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展強(qiáng)相關(guān),是運(yùn)營(yíng)商大力拓展5G 在行業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵抓手,因此MEC 的部署作為運(yùn)營(yíng)商發(fā)展5G高價(jià)值業(yè)務(wù)的重要戰(zhàn)略,被運(yùn)營(yíng)商寄予厚望。
對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商而言,網(wǎng)業(yè)協(xié)同一般指運(yùn)營(yíng)商為其客戶提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)或增值服務(wù)能力,所提供的網(wǎng)絡(luò)能力可以幫助客戶更好地實(shí)現(xiàn)其業(yè)務(wù),網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)二者協(xié)同,從而更好地提高產(chǎn)業(yè)效率,推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。
5G 技術(shù)的引入大大提升了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo),更低的空口時(shí)延、更大的上下行帶寬、更好的網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放性等都為網(wǎng)業(yè)協(xié)同奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
MEC 與5G 的結(jié)合使移動(dòng)網(wǎng)用戶的業(yè)務(wù)可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)處理,運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)能力、業(yè)務(wù)/云化算力的本地化部署是使客戶商業(yè)價(jià)值最大化的關(guān)鍵所在。當(dāng)前越來(lái)越多的行業(yè)客戶開(kāi)始將原有固定/Wi-Fi終端接入替換為5G終端接入,接入方式的調(diào)整提升了業(yè)務(wù)移動(dòng)性和網(wǎng)絡(luò)安全性,也為網(wǎng)業(yè)協(xié)同帶來(lái)了更多的可能性。
綜上所述,運(yùn)營(yíng)商5G邊緣的網(wǎng)業(yè)協(xié)同優(yōu)勢(shì)在于以更低的成本有效提升了連接、分析及決策的實(shí)時(shí)性、高效性、安全性,因此,5G邊緣云成為運(yùn)營(yíng)商與行業(yè)協(xié)同發(fā)展的關(guān)鍵利器,運(yùn)營(yíng)商也普遍將5G 邊緣云的“網(wǎng)業(yè)協(xié)同”能力作為5G行業(yè)拓展的研究重點(diǎn)。
本文將在研究分析MEC 網(wǎng)絡(luò)及平臺(tái)架構(gòu)的基礎(chǔ)上,結(jié)合5G邊緣網(wǎng)絡(luò)能力,提出5G邊緣云網(wǎng)業(yè)協(xié)同方案的建議,為運(yùn)營(yíng)商提供借鑒和參考。
5G 邊緣云架構(gòu)充分融合了3GPP 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及ETSI MEC 平臺(tái)架構(gòu),總體的5G 邊緣云架構(gòu)如圖1所示。
2.1.1 3GPP 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
3GPP 5G 主要基于NFV 虛擬化技術(shù),其核心網(wǎng)基于服務(wù)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的定制化、開(kāi)放化及服務(wù)化。
如圖1 所示,5G 核心網(wǎng)通過(guò)服務(wù)化架構(gòu)進(jìn)行重構(gòu),以網(wǎng)絡(luò)功能(Network Function,NF)的方式重新定義了網(wǎng)絡(luò)實(shí)體,各NF 對(duì)外提供獨(dú)立的功能(服務(wù))并可互相調(diào)用,從而實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的剛性網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)元固定功能、網(wǎng)元間固定連接、固化信令交互等)向基于服務(wù)的柔性網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變。各網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)體(NF)在功能級(jí)別上解耦/拆分,互不依賴,獨(dú)立運(yùn)行。
圖1 5G邊緣云架構(gòu)
服務(wù)化的接口、轉(zhuǎn)控分離的架構(gòu)、NEF/PCF 等網(wǎng)元的定義都為5G 網(wǎng)絡(luò)能力的開(kāi)放提供了更好的技術(shù)和架構(gòu)支撐。
2.1.2 ETSI MEC架構(gòu)
ETSI 于2016 年發(fā)布了MEC 的參考架構(gòu),主要定義了MEO/MEAO、MEPM、MEP等核心功能組件。MEP(ME Platform)作為MEC 節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)/應(yīng)用管理器,部署于各MEC 節(jié)點(diǎn)。MEPM(MEP Management)作為MEP 的編排管理器,負(fù)責(zé)MEP 和邊緣應(yīng)用的生命周期管理,在實(shí)際部署中,MEPM 還承擔(dān)了邊緣IaaS/CaaS資源的部署和管理功能。MEO/MEAO(ME Orchestra?tor)主要用于和OSS 系統(tǒng)對(duì)接,提供MEC 業(yè)務(wù)的運(yùn)維運(yùn)營(yíng)支撐。
在邊緣節(jié)點(diǎn)上,MEP 通過(guò)MP2 接口與用戶面(Da?ta Plane)相連,提供流量引導(dǎo)控制能力,通過(guò)MP1接口與邊緣應(yīng)用(ME APP)相連,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用管理、能力開(kāi)放等。可以看出,ETSI MEC架構(gòu)同樣也基于網(wǎng)業(yè)協(xié)同的需求進(jìn)行了相關(guān)的功能設(shè)計(jì)。
基于5G邊緣云的網(wǎng)業(yè)協(xié)同需要充分結(jié)合5G無(wú)線網(wǎng)、5G 核心網(wǎng)的各種能力(ME-Service),通過(guò)接口將其開(kāi)放給MEC 平臺(tái)系統(tǒng),并通過(guò)平臺(tái)系統(tǒng)開(kāi)放給邊緣業(yè)務(wù)應(yīng)用(ME APP)或者邊緣客戶,從而更好地為行業(yè)客戶提供基于網(wǎng)絡(luò)能力的5G邊緣差異化服務(wù)。
由圖1 可以看出,5G 邊緣云網(wǎng)業(yè)協(xié)同可以有多種方式及路徑,并可以面向不同客戶提供不同類型的網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放。
方式1:MEP通過(guò)無(wú)線側(cè)的接口獲取5G RAN 側(cè)能力或配置權(quán)限,并將其通過(guò)ETSI MP1接口開(kāi)放給應(yīng)用程序,為客戶應(yīng)用提供基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力的協(xié)同。
方式2:MEP 與UPF 通過(guò)ETSI MP2 接口對(duì)接,獲取核心網(wǎng)用戶面的網(wǎng)絡(luò)能力及配置權(quán)限,并將其通過(guò)ETSI MP1 接口開(kāi)放給應(yīng)用程序,為客戶應(yīng)用提供基于核心網(wǎng)能力的協(xié)同。
方式3:5G NEF/PCF統(tǒng)一獲取5G無(wú)線及核心網(wǎng)能力,并與MEC 平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)接,由MEC 平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)客戶自服務(wù)等方式,提供用戶級(jí)網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放。傳統(tǒng)意義上,MEC 平臺(tái)系統(tǒng)更多地被網(wǎng)絡(luò)側(cè)認(rèn)為是不可信系統(tǒng),通過(guò)N33 接口與5G NEF 對(duì)接;當(dāng)前國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商則一般采用自研自建MEC 平臺(tái),因此也可以考慮通過(guò)N5接口與PCF對(duì)接。
對(duì)于5G邊緣客戶來(lái)說(shuō),客戶非??粗鼐W(wǎng)絡(luò)能力的本地化開(kāi)放和能力與業(yè)務(wù)的協(xié)同,因此本文重點(diǎn)討論基于方式1和方式2的網(wǎng)絡(luò)能力協(xié)同部署方案。
運(yùn)營(yíng)商應(yīng)可以面向ME APP 應(yīng)用或者行業(yè)客戶提供與邊緣業(yè)務(wù)用戶終端及基站相關(guān)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放,所開(kāi)放的能力一般包括無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)(Ra?dio Network Information Service,RNIS)、位置服務(wù)(Lo?cation Based Service,LBS)等。
3.1.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)
運(yùn)營(yíng)商許可授權(quán)的應(yīng)用可以通過(guò)查詢或者訂閱的方式,獲得邊緣終端移動(dòng)性相關(guān)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息,從而更好地為終端及業(yè)務(wù)提供服務(wù),可提供的信息主要包括以下內(nèi)容。
a)與用戶數(shù)據(jù)平面相關(guān)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)信息。
b)與MEC 業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的小區(qū)所服務(wù)的終端相關(guān)信息(例如終端上下文和無(wú)線接入承載信息)。
c)與MEC 業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的小區(qū)所服務(wù)的終端相關(guān)信息的更改等。
d)最新的關(guān)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的信息。
3.1.2 位置服務(wù)
通過(guò)MEC 開(kāi)放的位置服務(wù)與傳統(tǒng)的位置服務(wù)差異不大,主要是面向運(yùn)營(yíng)商許可授權(quán)的應(yīng)用提供小區(qū)ID、基于基站定位的經(jīng)緯度位置信息等,可以提供的信息一般包括以下內(nèi)容。
a)與MEC業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的當(dāng)前特定終端的位置信息。
b)與MEC 業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的無(wú)線基站等當(dāng)前服務(wù)的所有終端的位置信息。
c)與MEC 業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的當(dāng)前特定類別終端的位置信息。
d)與MEC 業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的特定區(qū)域位置的終端列表信息。
e)與MEC業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的基站節(jié)點(diǎn)的位置信息。
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放最直接的方式是由MEP 平臺(tái)與基站側(cè)通過(guò)接口進(jìn)行信息交互。國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商一般都有自研的MEP 平臺(tái),而基站廠家一般通過(guò)私有接口提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力,這給基于MEC 的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放增加了一定的部署難度。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言,主要有自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力接口和平臺(tái)集成廠商無(wú)線能力模塊2種部署方案。
3.2.1 運(yùn)營(yíng)商自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力接口
運(yùn)營(yíng)商基于自有MEP 平臺(tái),自研無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放模塊,并標(biāo)準(zhǔn)化該模塊與基站側(cè)接口,由基站廠家進(jìn)行定制開(kāi)發(fā),具體如圖2所示。
圖2 運(yùn)營(yíng)商自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放方式
該種方式下,運(yùn)營(yíng)商通過(guò)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定義實(shí)現(xiàn)面向基站接口的標(biāo)準(zhǔn)化,便于運(yùn)營(yíng)商管理網(wǎng)絡(luò)能力,從無(wú)線側(cè)獲取的能力通過(guò)MEP 與應(yīng)用之間的MP1 接口面向應(yīng)用開(kāi)放。
3.2.2 模塊化部署廠商提供的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力
基站廠家一般都具備私有化的基站能力接口開(kāi)放模塊,將其作為一種應(yīng)用直接注冊(cè)于運(yùn)營(yíng)商自有MEP 之上,并通過(guò)MEP 向邊緣應(yīng)用開(kāi)放,具體如圖3所示。
該種方式對(duì)于運(yùn)營(yíng)商MEP 平臺(tái)能力要求相對(duì)較低,更易實(shí)現(xiàn)部署,但是廠家依賴性強(qiáng),不利于運(yùn)營(yíng)商對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力的規(guī)范化管理。
圖3 運(yùn)營(yíng)商平臺(tái)集成廠商無(wú)線能力模塊方式
上述2種方式技術(shù)上均可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線相關(guān)的能力開(kāi)放,從運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)能力統(tǒng)一管理的角度,建議選擇自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力接口的方式。
在基于5G 的邊緣計(jì)算架構(gòu)中,UPF等核心網(wǎng)元一般直接部署在行業(yè)客戶側(cè)邊緣機(jī)房,與MEP 就近部署,因此運(yùn)營(yíng)商5G 核心網(wǎng)絡(luò)能力的開(kāi)放,對(duì)于行業(yè)客戶是十分重要的網(wǎng)業(yè)協(xié)同抓手。而UPF 作為本地部署網(wǎng)元,也具備了核心網(wǎng)能力開(kāi)放的先決優(yōu)勢(shì)。
如2.2 節(jié)中所述,5G MEC 基于UPF 與MEP 的接口MP2來(lái)實(shí)現(xiàn)能力開(kāi)放,這是最便捷的網(wǎng)業(yè)協(xié)同方式,當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商也都逐漸開(kāi)始關(guān)注MP2 接口的標(biāo)準(zhǔn)化定義工作,期望通過(guò)MP2 接口開(kāi)放更多的網(wǎng)絡(luò)能力。本章后續(xù)提到的能力和方案均基于MP2接口承載。
基于5G的核心網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放,依托于UPF相關(guān)的用戶面功能,可以提供IP 分流規(guī)則的配置、DNS 規(guī)則配置、黑白名單控制、帶寬管理、流量管理、終端信息查詢等能力。
4.2.1 IP分流規(guī)則配置
圖4展示了邊緣平臺(tái)部署新的業(yè)務(wù)應(yīng)用ME APP2之后,MEP 與UPF 交互并配置分流規(guī)則的流程。在步驟④中,MEP 下發(fā)規(guī)則的操作可以通過(guò)MEP 平臺(tái)開(kāi)放給ME APP2 或者通過(guò)邊緣側(cè)部署的自服務(wù)系統(tǒng)開(kāi)放給行業(yè)客戶,由客戶按需進(jìn)行配置。
圖4 IP分流規(guī)則配置流程
MEP 與UPF 通過(guò)MP2 接口協(xié)商,對(duì)每條分流規(guī)則都進(jìn)行唯一ID 標(biāo)識(shí),確定規(guī)則標(biāo)識(shí)后,MEP 可以按需向UPF 下發(fā)針對(duì)特定規(guī)則條目的修改、刪除及更新工作,并可以發(fā)起向UPF 的分流規(guī)則查詢工作,確定當(dāng)前UPF的規(guī)則配置情況。
基于上述能力,行業(yè)客戶可以根據(jù)邊緣平臺(tái)上業(yè)務(wù)應(yīng)用部署情況,按需隨時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)流量本地分流規(guī)則的配置工作,隨時(shí)響應(yīng)業(yè)務(wù)需求,大大提升網(wǎng)業(yè)協(xié)同效率。
4.2.2 DNS規(guī)則配置
圖5展示了當(dāng)邊緣平臺(tái)部署新的基于域名訪問(wèn)的業(yè)務(wù)應(yīng)用ME APP2 之后,MEP 與UPF 交互并配置DNS規(guī)則的流程。在ETSI 定義中,MEP 應(yīng)支持DNS han?dling 能力,MEP 將DNS 請(qǐng)求的監(jiān)聽(tīng)規(guī)則配置給UPF,并通過(guò)自身的DNS 解析能力返回DNS 響應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的正確引流。在步驟④中,MEP 下發(fā)規(guī)則的操作同樣可以通過(guò)MEP 平臺(tái)開(kāi)放給ME APP2 或者通過(guò)邊緣側(cè)部署的自服務(wù)系統(tǒng)開(kāi)放給行業(yè)客戶,由客戶按需進(jìn)行配置。
本文建議針對(duì)每條DNS 域名規(guī)則都進(jìn)行唯一ID標(biāo)識(shí),以便MEP 可以按需向UPF 下發(fā)針對(duì)特定規(guī)則條目的修改、刪除及更新工作,并可以發(fā)起向UPF 的DNS規(guī)則查詢工作,確定當(dāng)前UPF的規(guī)則配置情況。
圖5 DNS規(guī)則配置流程
與IP 分流規(guī)則類似,DNS 規(guī)則配置適用于基于域名訪問(wèn)的業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景。DNS 規(guī)則與IP 規(guī)則結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)特定域名業(yè)務(wù)的邊緣引流工作。
4.2.3 黑白名單控制
UPF與平臺(tái)聯(lián)動(dòng)可以為行業(yè)客戶提供邊緣應(yīng)用的終端訪問(wèn)控制能力,黑名單內(nèi)的終端不允許訪問(wèn)某邊緣應(yīng)用,白名單內(nèi)的終端可以訪問(wèn)某邊緣應(yīng)用。根據(jù)行業(yè)客戶需要控制的終端范圍,黑白名單可以結(jié)合使用,以黑名單為例,其業(yè)務(wù)流程如圖6所示。
黑白名單規(guī)則一般與特定的應(yīng)用地址相匹配,由UPF 做UE 標(biāo)識(shí)和應(yīng)用地址的訪問(wèn)權(quán)限配置,UE 標(biāo)識(shí)一般可以是用戶的IMSI、MSISDN、SUPI、GPSI等。
黑白名單功能適用于行業(yè)客戶側(cè)終端經(jīng)常變動(dòng)的場(chǎng)景,為用戶提供靈活便利的訪問(wèn)權(quán)限控制。
4.2.4 帶寬及流量管理
帶寬管理及流量管理較為類似,均是通過(guò)UPF 與平臺(tái)聯(lián)動(dòng),為行業(yè)客戶提供面向特定應(yīng)用的閾值管理工作,其中帶寬管理建議支持應(yīng)用級(jí)管理和承載級(jí)管理,流量管理面向應(yīng)用級(jí)提供支持即可。以承載級(jí)帶寬管理能力為例,其業(yè)務(wù)流程如圖7所示。
當(dāng)運(yùn)營(yíng)商或者行業(yè)客戶需要對(duì)應(yīng)用或者訪問(wèn)應(yīng)用的承載進(jìn)行帶寬或者流量管理時(shí),可以通過(guò)平臺(tái)對(duì)UPF進(jìn)行配置,由UPF執(zhí)行N6接口的出口上下行帶寬控制策略。
圖6 黑名單規(guī)則配置流程
圖7 承載級(jí)上行帶寬管理配置流程
4.2.5 終端信息查詢
UPF 可以提供的終端信息一般包括終端源IP 地址、IMSI、SUPI、MSISDN、GPSI、IMEI、PEI 等。通過(guò)平臺(tái)與UPF 之間的聯(lián)動(dòng),可以實(shí)現(xiàn)用戶輸入一項(xiàng)參數(shù),由平臺(tái)返回其他參數(shù),從而方便行業(yè)用戶對(duì)于終端的管理。
行業(yè)客戶發(fā)現(xiàn)某IP 地址訪問(wèn)了某項(xiàng)業(yè)務(wù),有違規(guī)操作的嫌疑,希望獲取該IP 對(duì)應(yīng)的終端號(hào)碼。行業(yè)客戶輸入IP 地址,通過(guò)平臺(tái)可以獲取終端號(hào)碼,從而定位到終端當(dāng)前的持有人,降低業(yè)務(wù)安全風(fēng)險(xiǎn)。
基于5G邊緣云的網(wǎng)業(yè)協(xié)同是運(yùn)營(yíng)商拓展5G行業(yè)市場(chǎng)的重要抓手,也是運(yùn)營(yíng)商當(dāng)前重點(diǎn)研究的方向。本文結(jié)合5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及ETSI MEC 架構(gòu),基于行業(yè)客戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的業(yè)務(wù)需求,提出了5G邊緣云在無(wú)線及核心網(wǎng)上的網(wǎng)業(yè)協(xié)同方案建議,為運(yùn)營(yíng)商邊緣云平臺(tái)及5G網(wǎng)絡(luò)的能力部署提供借鑒和參考。