技术周｜5G UPF + MEC 的部署位置、场景与模式

目录：

1、通信⽹络的时延分析

2、MEC 的部署位置

UPF 的部署位置
ME Host 的部署位置

3、MEC 的部署场景

MEC 在 4G ⽹络中的部署

透明串接⽅案

分布式⽹关⽅案

MEC 在 5G ⽹络中的部署

4、MEC 的部署模式

MEC 与 UPF 集成部署，基于 ICT 综合边缘云统⼀承载
MEC 与 UPF 分离部署，基于不同的边缘云各⾃承载
MEC 与 UPF 部分共享部署

5、MEC 的部署组⽹

Part 1

通信⽹络的时延分析

虽然 5G KPI 要求的单向空⼝时延为 1ms（uRLLC）- 5ms（eMBB），但实际通信⽹络的时延是端到端的。也就是说，除了空⼝之外，还需要考虑到承载⽹传输（回传）时延，核⼼⽹处理时延，以及业务服务器端的响应时延等组成部分。

注：4G 的空⼝单向时延为 10-30ms。

例如，5G E2E（端到端）User Plane（⽤户⾯）时延可以由以下⼏个组成部分：

单向空⼝时延：1ms（uRLLC）- 5ms（eMBB）。
单向承载⽹传输时延：接⼊/汇聚环 2 - 3ms，核⼼环（城域）1 - 4ms，核⼼环（省级）2 - 5ms。
单向 UPF 转发时延：1ms（non-DPI）- 3ms（DPI）。
单向 MEC 业务服务器处理时延：< 1ms。
单向 Internet 业务服务器处理时延：依据业务部署为⽌⽽定。

在⽣产部署中，根据不同的部署场景以及部署⽅式可以组合出不同的时延结果，有 1ms - 100ms 不等。

所以对于 “边缘计算的位置在哪⾥？” 的这个问题，笔者认为：边缘应⽤的时延需求决定了边缘计算的部署位置。例如：

为实现⽹络低时延：5G uRLLC ⽹络中 UPF 建议部署在基站附近或者接⼊机房。
为了实现流量卸载：5G eMBB ⽹络中 UPF 建议部署在汇聚机房或核⼼机房。

根据产业成熟度，低延时业务的应⽤场景出现的时间远近如下：

初期主要是视频类业务；
中期是 AR/VR、⼯业控制等；
远期实现远程医疗、⾃动驾驶类。

Part 2

MEC 的部署位置

UPF 的部署位置

在实际部署时，UPF 需要按照不同业务场景对时延、带宽、可靠性等差异化的需求灵活部署，典型的部署位置包括：中⼼、区域、边缘、企业园区。

中⼼级 UPF：适⽤于时延不敏感，吞吐量需求较⾼且相对集中的业务，如：互联⽹、VoNR、NBIoT 等业务。

区域级 UPF：通常部署于地市级区域，主要承载地市区域范围的⽤户⾯业务，包括：互联⽹访问、⾳视频以及本地企业业务等。区域级 UPF 实现⽤户⾯下沉部署，有助于减少数据流量回传对承载⽹的传输压⼒；也可实现本地数据业务下沉，降低业务时延。

边缘级 UPF：通常部署于区县边缘，应对⾼带宽、时延敏感、数据机密性强等业务。将 UPF 下沉到移动边缘节点，可基于 DNN 或 IP 地址等识别⽤户，并根据分流策略对⽤户流量进⾏分流，对需要本地处理的数据流进⾏本地转发和路由，避免流量迂回，降低数据转发时延，提升⽤户体验。

企业级 UPF：：部署于企业机房，通过超⾼带宽、超低时延和超⾼可靠的连接提升⼯业控制的效率和⾃动化⽔平；同时⽣产数据能够在园区内终结，与公众⽹数据安全隔离，确保⽣产的安全可靠。

ME Host 的部署位置

5G ⽹络原⽣采⽤了云化建设，使其更加轻盈和灵活，同样具有中⼼ DC（⼤区中⼼机房）/ 区域 DC（省层⾯机房）、核⼼ DC（本地⽹核⼼机房）、边缘 DC（本地⽹汇聚机房）、接⼊局所 DC 等层级。

其中，MEC 系统级⽹管（包括 MEPM、MEAO）需要协调不同 ME Host（包括 MEP、UPF、ME APP）之间以及 ME Host 与 5GC 之间的操作（e.g. 选择主机、应⽤迁移、策略交互等），⼀般部署在区域 DC（省层⾯）或者中⼼ DC（⼤区中⼼）。

⽽ ME Host 部署⽅⾯应以业务为导向按需部署，并与 UPF 的下沉和分布式部署相互协同，在实际组⽹中，根据对操作性、性能或安全的相关需求，ME Host 可以灵活地部署在从基站附近到中央数据⽹络的不同位置。但是不管如何部署，都需要由 UPF 来控制流量指向 ME APP 或是指向⽹络。下图概述了 MEHost 物理位置的⼀般可⾏选项。

ME Host 在接⼊局所 DC：此种模式⼀般采⽤ ME Host 和基站 CU 共机房，部署在基站后⾯，数据业务离⽤户更近，终端发起的业务经过基站、ME Host 到互联⽹/第三⽅内容服务，主要针对新型超低时延业务在边缘才能满⾜需求的场景，时延可控制在 1ms-10ms 之内，例如：⽆⼈机投递业务（10ms，15Mbit/s）、智慧场馆（10ms，1Gbit/s）、⾃动驾驶（1ms，50Mbit/s以上）、远程医疗诊断（10ms，50Mbit/s）、机器⼈协作（1ms，1~10Mbit/s）、远程⼿术（1ms~10ms，300Mbit/s）等。

ME Host 部署在边缘 DC：此种模式 ME Host ⼀般部署在本地⽹汇聚机房，逻辑位置在UPF/PGW-U 之后，会增加⼀部分回传⽹络的时延，可以为⽤户提供低时延、⾼带宽服务，例如：AR/VR业务（20ms，1Gbit/s）、移动视频监控（20ms，50Mbit/s）、移动⼴播（⼩于100ms，10Mbit/s）、公共安全（20ms，10Mbit/s）、⾼清视频（20ms，10Mbit/s）等。

Part 3

MEC 的部署场景

MEC 在 4G ⽹络中的部署

MEC 的概念早在 4G 建设的前期就已经被提出，所以 MEC 在 4G 和 5G ⽹络中均可部署。但是在 4G ⽹络中因为 MEC 提出时 LTE ⽹络标准已完成制定，所以 4G ⽹络下的 MEC 部署⽬前⼤多采⽤⾮标的串联部署或者⼚家私有标准部署模式，在计费、监听、业务移动性⽀持⽅⾯并不完善。

4G ⽹关未实现彻底的控制和转发分离。复杂⽹关功能部署在⽹络边缘造成管理复杂，且成本较⾼。
4G ⽆线⽹络开接⼝，⽆法⽀持计费、机动性和合法监听，增加⽹络管理复杂度。
边缘计算涉及会发管理、⽹络策略（QoS），计费，合法监听和内容管理等⽅⾯，4G 缺乏统⼀的端到端设计。

1、透明串接⽅案

eNB 和 SAE GW 间串接 MEC，通过数据包分析实现本地分流和处理。
实现 MEC 的透明部署、UE、⽹络侧、传输⽆需改造。
不⽀持下⾏数据寻呼、业务连续性、移动性⽀持有限，计费和合法监听较难实现。

MEC 部署在 RAN（⽆线接⼊⽹）侧 ：MEC 可以部署在单个 eNB 节点之后，也可以部署在多个 eNB 的汇聚节点之后，这是 4G 中⽐较常⻅的部署⽅式。称为⽆线侧 TOF（Traffic Offload）。这种部署⽅式适合⽤于学校、⼤型购物中⼼、体育场馆等热点区域下。将 MEC 部署在 RAN 侧的优势在于可以更⽅便地通过监听、解析 S1-C 接⼝的信令来获取基站侧⽆线相关信息，也可以通过解析 S1-U 接⼝的 GTP-U 报⽂将业务数据流量卸载到边缘进⾏处理，以此降低⽹络时延到毫秒级。但是该⽅案需要进⼀步解决计费和合法监听等安全性问题。

2、分布式⽹关⽅案

在 eNB 和 EPC 之间串接 RGW，根据 APN、IP 等信息实现分流。
新增 RGW 和 PGW 之间 S18 接⼝，实现计费和合法监听。
⽹关间协同切换⽀持⽤户移动性。
对现⽹ PGW 有改造要求。

MEC 服务器部署在 CN（核⼼⽹）侧：MEC 部署在 PGW 之后（或与 PGW 集成在⼀起）。这种⽅式可以解决 RAN 侧部署⽅案下的计费和安全问题，但在 C/U 没有分离 4G EPS 架构中，MEC 部署的位置通常与⽤户距离较远，存在时延较⼤和占⽤核⼼⽹资源的问题。好处就是该⽅案不需要改变现有的 EPC 架构，⽽且 SGi 接⼝出来的是 IP 报⽂，也就不需要 MEC 去处理 GTP 报⽂解析了。

⽽在 4G EPC CUPS 架构中，PGW 被拆分成了 PGW-C 和 PGW-U（即 DGW）。其中，PGW-C 驻留在原位置，DGW 下沉到 RAN 侧或者核⼼⽹边缘，DGW 负责计费、监听、鉴权等功能，也解决了⽹络时延⼤的问题。缺点在于，4G C/U 分离技术并不完全，PGW-C 和 DGW 之间为私有接⼝，需要由同⼀设备⼚商提供。

MEC 在 5G ⽹络中的部署

3GPP 的 5G 核⼼⽹在标准上天然⽀持 UPF 的下沉及 MEC 边缘计算的部署，解决了 4G ⽹络中 MEC 部署存在的计费监听等问题。ETSI MEC 规范包括了⽤户数据平⾯功能以及边缘计算平台功能，⽽ 3GPP 的5G 标准⾥⾯主要定义了 UPF ⽹元，两⼤组织⼀直在合作推进将 UPF 作为 MEC 系统中的⼀个组成⽹元，充当 DP 模块，UPF 负责将边缘⽹络的流量卸载到 MEC 平台。

逻辑上 UPF 与 MEC 平台是松耦合的，⼀般认为 5G 场景中 MEC 与 UPF 的关系如下图所示：

Part 4

MEC 的部署模式

MEC 与 UPF 集成部署，基于 ICT 综合边缘云统⼀承载

建设包括 UPF 在内的统⼀ MEC 系统， MEC 系统的建设也通常被锁定在提供 UPF 的核⼼⽹⼚家，MEC业务系统与 UPF 共享 NFV 电信边缘云基础设施以及统⼀纳管，节约部分投资，另外靠近基站的边缘接⼊点资源⽐较紧张，集成部署有利于资源的充分利⽤。但是该⽅案需要既可以满⾜ UPF 等 NFV ⾼性能⽹络转发处理需求，还需要⽀持 IT 类业务应⽤的容器化部署与编排管理、边缘 AI 类以及视频类业务应⽤的 GPU/FPGA 等加速及异构计算处理，之前主要⾯向⽹络通信处理的 NFV 电信云需要扩展成为 ICT综合边缘云，包括 MANO 也需要相应的扩展。

MEC 与 UPF 分离部署，基于不同的边缘云各⾃承载

MEC 业务系统与 UPF 分离部署，⽀持分⼚家建设，⽀持引⼊ IT ⼚家或者⾃研提供 MEC 业务系统，并且UPF 作为 5G 核⼼⽹元，与承载⾃有及第三⽅业务应⽤的 MEC 业务系统物理隔离也有利于 5G ⽹络的安全保障。但是该⽅案下 MEC 业务系统如果提供⽹络流量业务链处理类服务，不能与 UPF 共享⽹络处理，有⼀定的重复投资，并且部分资源受限的边缘点也很难建设提供两朵边缘云，两朵云的利⽤率不如集成部署的统⼀边缘承载⽅案。

MEC 与 UPF 部分共享部署

MEC 业务系统分为 CT 类 VNF 与 IT 类 APP 两⼤类业务服务，其中 CT 类 VNF 与 UPF 统⼀承载集成部署，IT 类 APP 独⽴部署。对于 CT 类业务服务共享 NFV 边缘云，仍然由运营商⽹络运维部⻔负责统⼀运营管理。同时独⽴建设 IT 边缘云，满⾜ IT 类边缘业务灵活性，这部分 IT 边缘云可以考虑由运营商负责公有云的部⻔统⼀集约运营。这种模式的问题在于增加了边缘业务的统⼀管理复杂度，同时部分融合业务也很难简单的是化为 IT 类还是 CT 类业务，⽐如远程驾驶控制等。

Part 5

MEC 的部署组⽹

MEC 相关的⽹络可以概况为三部分：

1. gNB/UPF 接⼊ MEC ⽹络：5G 承载⽹前传和回传接⼊层部分；

2. MEC 内部⽹络：数据中⼼交换机⽹络；

3. MEC 与其他云间⽹络：包括去往 5GC CP 的⽹络、去往其他业务中⼼⽹络、去往第三⽅云的⽹络等。

技术周｜5G UPF + MEC 的部署位置、场景与模式相关推荐

5G UPF + MEC 的部署位置、场景与模式
目录文章目录目录通信网络的时延分析部署位置 UPF 的部署位置中心级 UPF 区域级 UPF 边缘级 UPF 企业级 UPF ME Host 的部署位置 ME Host 在接入局所 DC M ...
基于5G和MEC的新型智慧工地应用研究
摘要: 随着 5G 和 MEC 技术的快速发展,利用新技术打造智慧工地系统已成为建筑行业提升项目管理水平的重要手段.探索信息化管理手段在工地管理中的新应用,通过新型智慧化解决方案,可实现工地管理 ...
5G网络能力开放部署及关键技术方案
[摘要]5G网络的逐步规模商用伴随着能力开放需求的增加,5G网络能力开放将有助于运营商.业务提供商以及用户的三方共赢.首先介绍了5G网络能力开放框架及能力:其次,提出了5G网络能力开放部署方案及策 ...
5G和MEC在工业互联网中的应用探讨
本文首发于<邮电设计技术>杂志,边缘计算社区经过授权发布. 摘要: 工业互联网已成为中国经济发展的重要战略之一,在工业化和互联网化两化融合的过程中存在诸多难题,需要 5G 和 MEC 等 ...
20大5G技术【5G通信技术，转载自微信公众号网优雇佣军】
20大5G技术[5G通信技术] 5G网络技术主要分为三类:核心网.回传和前传网络.无线接入网. 核心网核心网关键技术主要包括:网络功能虚拟化(NFV).软件定义网络(SDN).网络切片和多接入边缘计 ...
[4G+5G专题-133]: 部署 - 4G/5G常见的室内部署方案
作者主页(文火冰糖的硅基工坊):文火冰糖(王文兵)的博客_文火冰糖的硅基工坊_CSDN博客本文网址:https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/detai ...
视频云技术系列 - 5G 700MHz建设方案及产业链
作者,中国移动李琳,咪咕灯塔项目组中国广电作为新晋的通信运营商,在5G 拥有低频段700MHz,中频段4.9GHz 和3.3G~3.4GHz 多个频段的牌照.如何建设和部署才能充分发挥700MHz ...
[云原生专题-64]：云原生技术助力5G RAN步入”云”霄 - 对云原生的理解
作者主页(文火冰糖的硅基工坊):文火冰糖(王文兵)的博客_文火冰糖的硅基工坊_CSDN博客本文网址:https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/detai ...
关于5G技术和5G技术即将面临的各项挑战
关于5G技术和5G技术即将面临的各项挑 1.世界通讯技术的发展史 2.5G的优势 3.关于5G的核心技术应用 4.5G技术正在面临哪些挑战总结: 1.世界通讯技术的发展史截止到2020年的今天,世 ...

技术周｜5G UPF + MEC 的部署位置、场景与模式

技术周｜5G UPF + MEC 的部署位置、场景与模式相关推荐

最新文章

热门文章