隨著5G的不斷發(fā)展，未來5G將廣泛應用于各行各業(yè)，新的“5G +邊緣計算+ AI”模式的出現(xiàn)也促使運營商助力垂直行業(yè)實現(xiàn)數字化、智能化轉型。不過，這也給運營商的承載網絡帶來了四大新挑戰(zhàn)。為了構建5G MEC Ready承載網，運營商需要解決六個關鍵問題。

MEC是5G時代行業(yè)數字化轉型的關鍵

應用本地化(不向園區(qū)外傳輸數據)、高帶寬內容分發(fā)和低延遲計算本地化都促進了服務內容、應用程序和計算向邊緣的遷移，從而推動了多接入邊緣計算(MEC)的發(fā)展和5G核心網下移。

圖1 將服務遷移到邊緣促進了MEC的發(fā)展和5G核心網下移

5G核心網采用的是用戶平面功能(UPF)和會話管理功能(SMF)分離的靈活架構。通過這種方式，UPF可以按需靈活部署。一個SMF可以同時管理多個UPF，同時保證5G核心網的高性能。5G為MEC帶來了許多新優(yōu)勢，包括：

• 核心網UPF下移到企業(yè)園區(qū)，以確保關鍵服務數據不出園區(qū)，并提供低延遲承載解決方案。運營商可以為每個企業(yè)獨立配置UPF，從而為企業(yè)用戶定制無線業(yè)務。
• 運營商提供開放、可編程的5G定位、無線通信等5G通信服務功能，企業(yè)用戶可以使用并集成到企業(yè)服務系統(tǒng)中，企業(yè)可以定制自己的5G創(chuàng)新應用程序。
• 下沉的5G MEC系統(tǒng)與企業(yè)網絡直接互連，使分布在兩個網絡系統(tǒng)上的應用程序能夠實時集成和簡化，并促進定制創(chuàng)新應用程序的開發(fā)。

運營商5G MEC承載網絡的四大挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)4G承載網，因為流量主要是南北向的，很多運營商采用L2+L3方式，已經不再適合5G MEC流量本地化需求。5G MEC對運營商承載網絡提出了四大新挑戰(zhàn)：

圖2 運營商5G MEC承載網的新挑戰(zhàn)

• 現(xiàn)場MEC(部署在企業(yè)園區(qū))是一個新的應用場景，運營商在企業(yè)園區(qū)內的基站和MEC之間需要有低時延連接，企業(yè)重要業(yè)務數據不能出園區(qū)，這對運營商接入網提出了新的挑戰(zhàn)。
• 5G MEC中UPF的下移導致了5G核心網的業(yè)務端口下移(如N4，N6，N9， 5GC OAM等接口)，使4G時代原來在骨干網上的(無線核心網)L3 VPN下移到UPF接入點上;同時UPF的大量分布式部署，增加了L3 VPN的覆蓋范圍。運營商承載網需要支持L3 VPN下移和覆蓋廣泛的L3 VPN網絡，以適應5G MEC大量部署的新挑戰(zhàn)。
• MEC的UPF需要與其控制平面(SMF)以及中心云中5G核心網的管理和控制系統(tǒng)進行通信，并滿足電信云的高性能通信要求。MEC應用程序可能是數據中心(DC)中云計算的一部分，并部署在邊緣。他們需要與此云計算應用程序互連和協(xié)作，這給運營商承載網上的邊云協(xié)同帶來了新的挑戰(zhàn)。
• MEC支持固網和移動網絡上的集成訪問，并提供無縫的固定-移動融合(FMC)服務。承載網需要為MEC提供跨移動和固定承載網絡的連接，以提供MEC與中心云之間以及MEC之間的服務互通。這對網絡架構提出了新的挑戰(zhàn)，特別是對于同時擁有移動承載城域網和固定承載城域網的運營商。

運營商5G MEC網絡架構模型和網絡建設的六個關鍵問題

圖3 從MEC的角度看運營商承載網架構模型

不同運營商的承載網絡架構是多種多樣的。以下幾節(jié)從圖1-3中的MEC角度介紹了承載網絡架構模型。上述5G MEC網絡通信模型要求運營商在構建MEC承載網時解決以下六個關鍵問題：

(1) 最短MEC接入網：運營商需要為從gNB到MEC UPF的N3接口服務流提供最短的路徑。在現(xiàn)場MEC模式下，需要直接通過園區(qū)中的移動承載路由器將N3接口服務流轉發(fā)到MEC。除了確保低延遲并節(jié)省運營商網絡上的帶寬外，這還確保了企業(yè)的關鍵服務數據不會離開園區(qū)，如圖4所示。這需要MEC訪問路由器通過最短路徑轉發(fā)數據包。為此，要求MEC接入路由器提供必要的路由功能(L3到邊緣)。

圖4 MEC需要低延遲的接入網

(2) 低延遲切片：為了滿足MEC應用程序對低延遲、高安全性和高可靠性的要求，運營商的承載網需要為企業(yè)用戶提供低延遲切片網絡服務。MEC切片網絡包括gNB，移動承載網絡(在gNB和MEC之間)和UPF。即企業(yè)業(yè)務流到MEC所經過的所有網元。數據包通過的網元越少，切片越簡單，傳輸延遲越短。

(3) MEC多點通信：MEC與5G核心網(N4和OAM接口)、MEP管理平臺以及其他MEC間的業(yè)務流都是多點對多點通信模式，并且需要L3 VPN支持。MEC承載網絡需要在整個網絡(包括接入網)上提供L3VPN功能;也就是將L3 VPN連接到網絡邊緣。此外，L3 VPN需要跨越多個網段，如城域網和骨干網。與4G承載網絡相比，MEC承載網絡在網元數量(大量UPF下移)和網絡覆蓋面(從接入到骨干)都要復雜得多。因此，需要一個靈活而強大的L3 VPN來支持多點通信，如圖5所示。

圖5 跨多個網絡的管理和控制服務接口

(4) 集成在MEC系統(tǒng)路由器中的通信功能：小型和微型MEC在5G MEC中是常規(guī)的。由于成本和通信需求，MEC通常使用一層集成網絡模型(如圖6所示)，而數據中心一般使用復雜的多層網絡體系結構。MEC的路由器需要提供所有必需的通信功能，例如MEC中的設備之間的互通，VM之間第2層和第3層的可靠連接，與外部IP網絡(IP RAN)的互通和可靠通信以及邊緣云協(xié)同作用。UPF作為網絡功能虛擬化(NFV)可以在多個VM上運行，以提高性能和可靠性。MEC路由器需要為目前的高性能UPF提供等價的多路徑路由(ECMP)，以實現(xiàn)16路徑負載平衡。

圖6 MEC網絡模型

(5) 邊緣與云的協(xié)同作用：MEC UPF作為5G核心網的一個下沉數據面， MEC中的應用作為云業(yè)務的一個下沉實時處理單元，都需要運營商承載網提供可靠的云邊通信能力，還需要在自動化部署和運維方面支持邊云協(xié)同。UPF的云邊協(xié)同可以參考電信云的承載方案。

(6) 兩個網絡之間的安全互通：運營商MEC網絡需要和企業(yè)網互通，讓企業(yè)可以把5G通信能力和MEC應用集成到企業(yè)的業(yè)務系統(tǒng)中。現(xiàn)在一般是通過MEC里面的路由器來和企業(yè)網互通，網絡安全是企業(yè)網和運營商網絡都非常關注的問題，需要采用基于防火墻的網絡安全方案。

總結

5G移動通信系統(tǒng)在支持垂直行業(yè)方面做了很多改進，如低延遲無線通信、靈活的核心網架構、超級上行等，是區(qū)別于4G的最主要特征。MEC是運營商助力垂直行業(yè)數字化和智能化的新模式。MEC是智能在網絡上廣泛分布的開始，在未來萬物互聯(lián)的智能世界里，基于邊緣計算的智能會在網絡上星羅棋布。

4G承載網是基于2C(面向普通手機用戶)思路建設，流量模型是簡單的南北向、無線核心網集中模型，沒有考慮面向垂直行業(yè)的MEC網絡需求，因此5G MEC承載網絡建設不是4G網絡的簡單帶寬升級。