5G邊緣云網業協同方案研究

文 濤，譚 蓓，江曉筠（.中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007；.中國聯通河南分公司，河南鄭州 450045）

1 概述

5G 給千行百業的2C2B 客戶帶來了前所未有的新體驗，這些均緣于5G 新業務與網絡連接的有效協同。如高清云游戲身臨其境的互動是由于5G 邊緣云消除了AR/VR 視頻業務原有低效連接的眩暈感；智能安防時大流量人群安檢的快速報警，是5G邊緣云解決了視覺分析處理的算力瓶頸。

同時，這種網業協同還可以降低投資成本，進一步推動了各行各業5G邊緣的部署；邊緣云引入5G后，業務終端可以更加輕載，業務決策可以更加敏捷，工廠制作可以更加精準，可以充分實現業務體驗和投資效益雙贏；因此，智慧工廠、智慧港口、智慧醫療、智慧城市、智慧園區等越來越多領域與5G 邊緣網攜手，協同使能創新業務創新模式，構建社會美好未來。

多接入邊緣計算/云（Mobile/Multi-Acess Edge Computing/Cloud，MEC）主要是面向用戶提供低時延、大帶寬的本地化業務處理，為用戶提供差異化的服務和感知。MEC 涉及的技術內容較廣，包含了網絡CT技術以及業務/云IT 技術等，是運營商網絡邊緣側的ICT融合。

由于MEC 重點提供的是差異化服務，所以一般會先以2B為切入點，為行業客戶提供運營商的網絡能力開放、IaaS/PaaS/SaaS 等能力，其中網絡能力開放又與當前5G 網絡的發展強相關，是運營商大力拓展5G 在行業應用的關鍵抓手，因此MEC 的部署作為運營商發展5G高價值業務的重要戰略，被運營商寄予厚望。

對于電信運營商而言，網業協同一般指運營商為其客戶提供網絡基礎或增值服務能力，所提供的網絡能力可以幫助客戶更好地實現其業務，網絡及業務二者協同，從而更好地提高產業效率，推動社會生產力的發展。

5G 技術的引入大大提升了移動通信網絡的性能指標，更低的空口時延、更大的上下行帶寬、更好的網絡能力開放性等都為網業協同奠定了技術基礎。

MEC 與5G 的結合使移動網用戶的業務可以在網絡邊緣側處理，運營商網絡能力、業務/云化算力的本地化部署是使客戶商業價值最大化的關鍵所在。當前越來越多的行業客戶開始將原有固定/Wi-Fi終端接入替換為5G終端接入，接入方式的調整提升了業務移動性和網絡安全性，也為網業協同帶來了更多的可能性。

綜上所述，運營商5G邊緣的網業協同優勢在于以更低的成本有效提升了連接、分析及決策的實時性、高效性、安全性，因此，5G邊緣云成為運營商與行業協同發展的關鍵利器，運營商也普遍將5G 邊緣云的“網業協同”能力作為5G行業拓展的研究重點。

本文將在研究分析MEC 網絡及平臺架構的基礎上，結合5G邊緣網絡能力，提出5G邊緣云網業協同方案的建議，為運營商提供借鑒和參考。

2 5G邊緣云架構及協同方式

2.1 5G邊緣云架構

5G 邊緣云架構充分融合了3GPP 5G 網絡架構以及ETSI MEC 平臺架構，總體的5G 邊緣云架構如圖1所示。

2.1.1 3GPP 5G 網絡架構

3GPP 5G 主要基于NFV 虛擬化技術，其核心網基于服務化的網絡架構，實現了網絡的定制化、開放化及服務化。

如圖1 所示，5G 核心網通過服務化架構進行重構，以網絡功能（Network Function，NF）的方式重新定義了網絡實體，各NF 對外提供獨立的功能（服務）并可互相調用，從而實現了從傳統的剛性網絡（網元固定功能、網元間固定連接、固化信令交互等）向基于服務的柔性網絡的轉變。各網絡功能實體（NF）在功能級別上解耦/拆分，互不依賴，獨立運行。

圖1 5G邊緣云架構

服務化的接口、轉控分離的架構、NEF/PCF 等網元的定義都為5G 網絡能力的開放提供了更好的技術和架構支撐。

2.1.2 ETSI MEC架構

ETSI 于2016 年發布了MEC 的參考架構，主要定義了MEO/MEAO、MEPM、MEP等核心功能組件。MEP（ME Platform）作為MEC 節點的業務/應用管理器，部署于各MEC 節點。MEPM（MEP Management）作為MEP 的編排管理器，負責MEP 和邊緣應用的生命周期管理，在實際部署中，MEPM 還承擔了邊緣IaaS/CaaS資源的部署和管理功能。MEO/MEAO（ME Orchestra?tor）主要用于和OSS 系統對接，提供MEC 業務的運維運營支撐。

在邊緣節點上，MEP 通過MP2 接口與用戶面（Da?ta Plane）相連，提供流量引導控制能力，通過MP1接口與邊緣應用（ME APP）相連，實現應用管理、能力開放等。可以看出，ETSI MEC架構同樣也基于網業協同的需求進行了相關的功能設計。

2.2 5G邊緣云網業協同方式

基于5G邊緣云的網業協同需要充分結合5G無線網、5G 核心網的各種能力（ME-Service），通過接口將其開放給MEC 平臺系統，并通過平臺系統開放給邊緣業務應用（ME APP）或者邊緣客戶，從而更好地為行業客戶提供基于網絡能力的5G邊緣差異化服務。

由圖1 可以看出，5G 邊緣云網業協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絡能力開放。

方式1：MEP通過無線側的接口獲取5G RAN 側能力或配置權限，并將其通過ETSI MP1接口開放給應用程序，為客戶應用提供基于無線網絡能力的協同。

方式2：MEP 與UPF 通過ETSI MP2 接口對接，獲取核心網用戶面的網絡能力及配置權限，并將其通過ETSI MP1 接口開放給應用程序，為客戶應用提供基于核心網能力的協同。

方式3：5G NEF/PCF統一獲取5G無線及核心網能力，并與MEC 平臺系統對接，由MEC 平臺系統通過客戶自服務等方式，提供用戶級網絡能力開放。傳統意義上，MEC 平臺系統更多地被網絡側認為是不可信系統，通過N33 接口與5G NEF 對接；當前國內運營商則一般采用自研自建MEC 平臺，因此也可以考慮通過N5接口與PCF對接。

對于5G邊緣客戶來說，客戶非常看重網絡能力的本地化開放和能力與業務的協同，因此本文重點討論基于方式1和方式2的網絡能力協同部署方案。

3 無線網絡能力開放協同方案

3.1 開放的無線網絡能力

運營商應可以面向ME APP 應用或者行業客戶提供與邊緣業務用戶終端及基站相關的無線網絡能力開放，所開放的能力一般包括無線網絡信息服務（Ra?dio Network Information Service，RNIS）、位置服務（Lo?cation Based Service，LBS）等。

3.1.1 無線網絡信息服務

運營商許可授權的應用可以通過查詢或者訂閱的方式，獲得邊緣終端移動性相關的無線網絡信息，從而更好地為終端及業務提供服務，可提供的信息主要包括以下內容。

a）與用戶數據平面相關的無線網絡測量和統計信息。

b）與MEC 業務關聯的小區所服務的終端相關信息（例如終端上下文和無線接入承載信息）。

c）與MEC 業務關聯的小區所服務的終端相關信息的更改等。

d）最新的關于無線網絡狀態的信息。

3.1.2 位置服務

通過MEC 開放的位置服務與傳統的位置服務差異不大，主要是面向運營商許可授權的應用提供小區ID、基于基站定位的經緯度位置信息等，可以提供的信息一般包括以下內容。

a）與MEC業務關聯的當前特定終端的位置信息。

b）與MEC 業務關聯的無線基站等當前服務的所有終端的位置信息。

c）與MEC 業務關聯的當前特定類別終端的位置信息。

d）與MEC 業務關聯的特定區域位置的終端列表信息。

e）與MEC業務關聯的基站節點的位置信息。

3.2 無線網絡能力協同開放方式

無線網絡能力開放最直接的方式是由MEP 平臺與基站側通過接口進行信息交互。國內運營商一般都有自研的MEP 平臺，而基站廠家一般通過私有接口提供無線網絡能力，這給基于MEC 的無線網絡能力開放增加了一定的部署難度。對于運營商而言，主要有自定義無線網絡能力接口和平臺集成廠商無線能力模塊2種部署方案。

3.2.1 運營商自定義無線網絡能力接口

運營商基于自有MEP 平臺，自研無線網絡能力開放模塊，并標準化該模塊與基站側接口，由基站廠家進行定制開發，具體如圖2所示。

圖2 運營商自定義無線網絡能力開放方式

該種方式下，運營商通過統一的標準定義實現面向基站接口的標準化，便于運營商管理網絡能力，從無線側獲取的能力通過MEP 與應用之間的MP1 接口面向應用開放。

3.2.2 模塊化部署廠商提供的無線網絡能力

基站廠家一般都具備私有化的基站能力接口開放模塊，將其作為一種應用直接注冊于運營商自有MEP 之上，并通過MEP 向邊緣應用開放，具體如圖3所示。

該種方式對于運營商MEP 平臺能力要求相對較低，更易實現部署，但是廠家依賴性強，不利于運營商對無線網絡能力的規范化管理。

圖3 運營商平臺集成廠商無線能力模塊方式

上述2種方式技術上均可以實現無線相關的能力開放，從運營商網絡能力統一管理的角度，建議選擇自定義無線網絡能力接口的方式。

4 核心網能力開放協同方案

4.1 開放的核心網絡能力

在基于5G 的邊緣計算架構中，UPF等核心網元一般直接部署在行業客戶側邊緣機房，與MEP 就近部署，因此運營商5G 核心網絡能力的開放，對于行業客戶是十分重要的網業協同抓手。而UPF 作為本地部署網元，也具備了核心網能力開放的先決優勢。

如2.2 節中所述，5G MEC 基于UPF 與MEP 的接口MP2來實現能力開放，這是最便捷的網業協同方式，當前運營商也都逐漸開始關注MP2 接口的標準化定義工作，期望通過MP2 接口開放更多的網絡能力。本章后續提到的能力和方案均基于MP2接口承載。

4.2 基于核心網絡能力的網業協同方案

基于5G的核心網絡能力開放，依托于UPF相關的用戶面功能，可以提供IP 分流規則的配置、DNS 規則配置、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分流規則配置

圖4展示了邊緣平臺部署新的業務應用ME APP2之后，MEP 與UPF 交互并配置分流規則的流程。在步驟④中，MEP 下發規則的操作可以通過MEP 平臺開放給ME APP2 或者通過邊緣側部署的自服務系統開放給行業客戶，由客戶按需進行配置。

圖4 IP分流規則配置流程

MEP 與UPF 通過MP2 接口協商，對每條分流規則都進行唯一ID 標識，確定規則標識后，MEP 可以按需向UPF 下發針對特定規則條目的修改、刪除及更新工作，并可以發起向UPF 的分流規則查詢工作，確定當前UPF的規則配置情況。

基于上述能力，行業客戶可以根據邊緣平臺上業務應用部署情況，按需隨時進行業務流量本地分流規則的配置工作，隨時響應業務需求，大大提升網業協同效率。

4.2.2 DNS規則配置

圖5展示了當邊緣平臺部署新的基于域名訪問的業務應用ME APP2 之后，MEP 與UPF 交互并配置DNS規則的流程。在ETSI 定義中，MEP 應支持DNS han?dling 能力，MEP 將DNS 請求的監聽規則配置給UPF，并通過自身的DNS 解析能力返回DNS 響應，從而實現業務的正確引流。在步驟④中，MEP 下發規則的操作同樣可以通過MEP 平臺開放給ME APP2 或者通過邊緣側部署的自服務系統開放給行業客戶，由客戶按需進行配置。

本文建議針對每條DNS 域名規則都進行唯一ID標識，以便MEP 可以按需向UPF 下發針對特定規則條目的修改、刪除及更新工作，并可以發起向UPF 的DNS規則查詢工作，確定當前UPF的規則配置情況。

圖5 DNS規則配置流程

與IP 分流規則類似，DNS 規則配置適用于基于域名訪問的業務應用場景。DNS 規則與IP 規則結合，可以實現特定域名業務的邊緣引流工作。

4.2.3 黑白名單控制

UPF與平臺聯動可以為行業客戶提供邊緣應用的終端訪問控制能力，黑名單內的終端不允許訪問某邊緣應用，白名單內的終端可以訪問某邊緣應用。根據行業客戶需要控制的終端范圍，黑白名單可以結合使用，以黑名單為例，其業務流程如圖6所示。

黑白名單規則一般與特定的應用地址相匹配，由UPF 做UE 標識和應用地址的訪問權限配置，UE 標識一般可以是用戶的IMSI、MSISDN、SUPI、GPSI等。

黑白名單功能適用于行業客戶側終端經常變動的場景，為用戶提供靈活便利的訪問權限控制。

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UPF 與平臺聯動，為行業客戶提供面向特定應用的閾值管理工作，其中帶寬管理建議支持應用級管理和承載級管理，流量管理面向應用級提供支持即可。以承載級帶寬管理能力為例，其業務流程如圖7所示。

當運營商或者行業客戶需要對應用或者訪問應用的承載進行帶寬或者流量管理時，可以通過平臺對UPF進行配置，由UPF執行N6接口的出口上下行帶寬控制策略。

圖6 黑名單規則配置流程

圖7 承載級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。通過平臺與UPF 之間的聯動，可以實現用戶輸入一項參數，由平臺返回其他參數，從而方便行業用戶對于終端的管理。

行業客戶發現某IP 地址訪問了某項業務，有違規操作的嫌疑，希望獲取該IP 對應的終端號碼。行業客戶輸入IP 地址，通過平臺可以獲取終端號碼，從而定位到終端當前的持有人，降低業務安全風險。

5 結束語

基于5G邊緣云的網業協同是運營商拓展5G行業市場的重要抓手，也是運營商當前重點研究的方向。本文結合5G 網絡架構以及ETSI MEC 架構，基于行業客戶對網絡能力的業務需求，提出了5G邊緣云在無線及核心網上的網業協同方案建議，為運營商邊緣云平臺及5G網絡的能力部署提供借鑒和參考。