基于MEC的5G SA业务接口和承载方案

摘要：5G SA依托5G核心网进行组网。为应对业务需求，5G核心网采用模块化设计的SBA架构，各模块间利用接口互联。MEC的引入和UPF的下沉，N2、N3、N4、N6、N9等业务接口需要传输网络进行承载。本文介绍了5G核心网、MEC架构和部署方式，并描述了基于MEC的5G SA业务接口和承载方案。

为解决新的业务需求，特别是URLLC业务，5G系统架构有了颠覆性的变化。从核心网层面来说，5G核心网采用服务化网络架构和SDN/NFV技术实现网络重构，将控制面功能（CPF）和用户面功能（UPF）分离。统一的CPF（包括AMF和SMF等）部署在中心云，实现集中管控运营；分布式的UPF可根据业务需要部署在省级中心、城域中心、区县中心和企业园区，部署在边缘的UPF与MEC平台融合，可以进行本地分流，满足低时延业务场景需求，有利于按需快速部署业务。

随着核心网架构的变化，承载网将不再仅仅解决无线RAN和核心网之间的接口传送需求，在5G网络中将有更多的业务接口需要有线接入网进行承载。

1、5G核心网架构和业务接口

1.1  5G核心网架构

5G核心网采用SBA（基于服务架构），网络功能可由多个模块化的网络功能服务组成，并通过基于服务的接口展现。其表现形式如图1所示。

图1  5G SA核心网架构

5G核心网基础构架基于云原生的微服务构架设计原则，以模块化、软件化的构建方式来构架，以高效执行不同服务类型的网络切片。

AMF（接入和移动性管理功能实体）和SMF（会话管理功能实体）是控制面的两个主要节点，4G中MME的功能被分解到AMF和SMF。单一的AMF负责终端的移动性和接入管理。SMF负责对话管理功能，可以配置多个。

5G核心网的用户面由UPF节点掌控，UPF也代替了原来4G中执行路由和转发功能的SGW和PGW。

1.2  多接入边缘计算（MEC）架构及部署

MEC是实现5G低延迟和提升带宽速率等的关键技术之一，将应用程序托管从集中式数据中心下沉到网络边缘，在靠近移动用户的网络边缘提供IT和云计算的能力，并利用网络能力开放获得高带宽、低延迟和近端部署优势。

根据欧洲电信标准协会（ETSI）的定义，MEC包含系统层和主机层，如图2所示。

图2  MEC架构

MEC系统层包含MEC编排器（MEO）、运营支撑系统（OSS）和应用生命周期管理代理等。

主机层包含MEC主机和MEC主机网管。MEC主机由虚拟化基础设施（VI）、MEC平台（MEP）和MEC应用组成；MEC主机网管包含MEC平台管理（MEPM）和虚拟化基础设施管理（VIM）。其中MEP是最重要的部分，将会有非常多的第三方APP部署在MEP上。MEP提供的基础服务包括本地分流、无线网络信息管理、网络自组织（SON）管理、用户/网络大数据分析和网络加速功能，并通过开放的API向上层应用开放等，所有的边缘服务都要通过MEP进行注册，并受MEP的管控。

MEC系统层网管需要协调不同MEC主机之间以及主机与5GC之间的操作（如选择主机、应用迁移、策略交互等），一般部署在省中心或者大区中心。

MEC主机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，由UPF来控制流量指向MEC应用或是指向网络。

1.3  与承载网相关的5G业务接口

在4G网络中，承载网需要解决的接口为基站与核心网（MME及GW）之间的S1接口以及基站间X2接口；而5G SA架构中，特别是MEC的引入和UPF的下沉，相应的接口除基站间的Xn外，还将承载N2、N3、N4、N6、N9等业务接口。其中N2、N4接口为内部信令接口；N3、N9接口为内部媒体流接口；N6接口为外部互联网接口。各业务接口及说明见表1。

表1  5G业务接口说明

注：OM为网管信令接口，其传输路径与N4相似。

2、业务接口承载方案

2.1  N2接口承载方案

N2接口为RAN到AMF间接口，即基站至大区中心云信令接口。承载方案1是端到端采用传送网承载；方案2是城域内通过5G分组传送网承载，之后经数据承载网接入到大区中心。由于N2接口为控制面接口，速率较低且对时延要求相对不高，采用方案2将更为经济，如图3所示。

图3  N2接口各场景承载方案

2.2  N3接口承载方案

N3接口为RAN到UPF间接口，由于UPF部署在区县中心（或企业园区）、地市中心或省中心，因此基站到这3个中心均有承载需求。N3接口为用户面接口，速率高且时延要求高，因此采用全程传送网方案，在城域内通过分组传送网承载，至省中心还需要省干分组传送网承载，如图4所示。

图4  N3接口各场景承载方案

2.3  N4接口承载方案

N4接口为UPF到SMF，OM接口为UPF到网管，从承载上看都是省中心、地市中心、区县中心到大区中心。此接口为控制接口，时延性要求不高，建议数据网方式承载。方案1是城域内用5G分组传送网，往上承载在数据网上，如图5所示。方案2是在MEC边缘接入新增CE路由器，并与数据网CE路由器形成一张独立的网络，CE互联城域内由传送网解决，城域间由数据网解决。方案2的优点是形成了统一的承载平台，但同时也造成了管理界面不清晰、故障运维需要多专业间协调的问题，且增加了网络投资，因此建议方案1。

图5  N4接口各场景承载方案

2.4  N6接口承载方案

N6接口为UPF到互联网或企业应用的互联，包括有以下3个场景。

（1）场景1为企业园区MEC访问互联网，承载方案为城域内用5G分组传送网，骨干用互联网专用接入网。

（2）场景2为地市或省中心MEC访问互联网，承载方案为运营商互联网专用接入网络。

（3）场景3为接入MEC应用访问地市中心集中UPF。

各场景承载方案如图6所示。

图6  N6接口各场景承载方案

2.5  N9接口承载方案

N9为UPF间的数据接口，包括同一城域内或城域间UPF数据互联。承载方案如图7所示，同一城域内采用分组承载网承载，城域间采用分组传送网加数据承载网承载。

图7  N9接口各场景承载方案

综合上述方案对比，5G SA架构下需要承载网解决的数据接口如图8所示。

图8  5G SA业务接口流向图

3、结束语

3GPP的R15版本中，5G架构分成NSA和SA两个阶段。当前为降低建设难度和快速部署，一般采用NSA Option 3x，核心网沿袭了4G的大部分EPC架构，其接口与4G时代基本相同。但NSA在网络切片、MEC、网络安全与开放、运维等方面较SA架构有较大差距，SA架构是5G的必然之选。