在5G小基站上部署MEC的意義分析

熊杰

摘要：將MEC部署在接入層，是最適用于5G時代豐富業(yè)務類型的部署方式，針對此種部署方式，小基站是一種非常合適的基站載體。主要結合MEC的業(yè)務接入特征與小基站性能特點，探析小基站在面向MEC業(yè)務靈活快速部署的重要意義，討論了白盒化制造工藝下的小基站，可以配置開放的網絡架構，為MEC的靈活部署創(chuàng)造條件，以及5G時代來臨時小基站規(guī)?；渴饘ζ渥陨懋a業(yè)鏈帶來的重要意義。

關鍵詞：5G;邊緣計算;小基站;基站部署

1? ?引言

作為5G時代的“標配”要求，高帶寬、低時延將是網絡演進的的主要目標之一，體現(xiàn)在對SDN（Software Defined Network，軟件定義網絡）和NFV（Network Function Virtualization，網絡功能虛擬化）進行虛擬化演進以及核心網功能向基站的下沉[1]。為了實現(xiàn)這一目標，需要將IT服務和云計算服務部署至移動網絡的邊緣，從而使得移動邊緣計算成為了5G的主要關鍵技術之一。MEC（Mobile Edge Computing，移動邊緣計算）將向用戶提供計算、存儲等服務，并通過實現(xiàn)“靠近用戶”來減少業(yè)務時延，并支持基于5G網絡的低時延業(yè)務，提升用戶感知[2]。

在4G移動網絡搭建中，小基站開始逐漸嶄露頭角，它的信號覆蓋范圍相比傳統(tǒng)宏基站要小很多，覆蓋半徑往往不足100m，并主要運用在4G流量需求特別高的區(qū)域用于數(shù)據(jù)分流，以提升用戶體驗。而在5G時代，隨著信號頻率的進一步提高，借助于自身在發(fā)射功率、部署方式、覆蓋范圍等方面的優(yōu)勢，小基站站必將發(fā)揮更大作用，成為一種常用的通信基礎設施。

本文主要結合MEC的業(yè)務接入特征與小基站性能特點，探析小基站在面向MEC業(yè)務靈活快速部署的重要意義，以及5G時代來臨時小基站規(guī)?；渴饘ζ渥陨懋a業(yè)鏈帶來的重要意義。

2? ?MEC的部署方式

進入5G時代后，NFV、SDN等概念將逐漸成為現(xiàn)實，移動互聯(lián)網將向行業(yè)用戶開放從而迎來業(yè)務的爆發(fā)，網絡將逐步走向扁平化，實現(xiàn)網絡控制面與業(yè)務面的分離，運營商可以通過對網絡切片模版進行編排，向用戶提供有針對性的差異化服務。5G網絡在實現(xiàn)控制面與業(yè)務面相分離后，需要將網絡對業(yè)務的處理和運算安排到業(yè)務或者子網絡的邊緣進行，在縮短時延的同時最大限度降低核心網與傳輸?shù)呢摀?。為此?GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）在5G網絡中引入了MEC，并讓其成為5G的關鍵技術之一。通過在網絡結構扁平化、可編程化的基礎上實現(xiàn)MEC，向用戶提供滿足其對流量、時延需求的網絡服務產品。

5G網絡的網絡架構分為接入層、邊緣云、匯聚云、核心云四層，在4G網絡中服務器上實現(xiàn)的核心網各網元功能將最終在云平臺上實現(xiàn)[3]。而在接入層，基站被拆分為CU（Concentration Unit，集中單元）和DU（Distribution Unit，分布單元），CU部分的協(xié)議棧與算法等內容同樣可以以云化的方式在接入層或者邊緣云上實現(xiàn)。5G網絡明確了針對開放體系的PCF（Policy Control Function，策略控制功能）與UPF（User Plane Function，用戶面功能），當PFC做出分流的判斷后，發(fā)送給UPF，再由UPF提供業(yè)務轉發(fā)分流到MEC。對于時延要求高的業(yè)務，可以直接在接入云中部署UPF與MEC;對于需要計費、商用化的業(yè)務，可以在邊緣云或者匯聚云中部署UPF與MEC[4]。

對于在邊緣云上部署的MEC，邊緣云可以通過傳輸與CU相連，也可以在邊緣云上同步部署CU與MEC，并通過5G中傳線路與DU相連[5]，由此可見，當MEC部署在邊緣云上時，覆蓋范圍相比MEC部署在接入層會更大，適用于車聯(lián)網等對移動性有一定要求的場景。對于在匯聚云上部署的MEC，同理其覆蓋范圍將會更大，承載的業(yè)務會更多，適合用于地市級的廣域大連接場景;對于在接入層CU上部署的MEC，運算直接在本地發(fā)生，業(yè)務的時延可以降低到毫秒級，但其覆蓋面積相對較小，比較適合移動性不強但對時延要求高的業(yè)務，例如AR（Augmented Reality，增強現(xiàn)實）與VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實）業(yè)務或者其它發(fā)生在小范圍封閉場景中的業(yè)務[6]。

由此可見，將MEC部署在接入層，是最適用于5G時代豐富業(yè)務類型的部署方式，而針對此種部署方式，小基站則是一種非常合適的基站載體。

3? ?小基站的優(yōu)劣勢分析

中國電信和中國聯(lián)通已經獲得3 500 MHz頻段試驗頻率使用許可，中國移動則獲得了2 600 MHz和4 900 MHz頻段試驗頻率使用許可，總體來看，5G網絡所在頻段屬于中、高層頻段，頻段帶寬較寬且頻率范圍相比4G網絡有了系統(tǒng)性上移[7]。結合三大通信運營商的頻譜規(guī)劃情況，若要讓5G網絡實現(xiàn)當前4G網絡的覆蓋廣度與深度，需要的5G宏基站數(shù)量將是現(xiàn)網4G宏基站數(shù)量的1.5倍至2倍。而這還只是宏基站的網絡建設，考慮到現(xiàn)在80%的4G網絡流量發(fā)生在室內，5G室內網絡部署將是更大的開銷，因此，在“提速降費”的政策背景下，運營商的現(xiàn)有收入很難支撐其像部署3G網絡或者4G網絡的時候一樣，短時間內完成5G網絡的大規(guī)模部署。因此，小基站的意義就逐漸體現(xiàn)出來了。

小基站的概念實際上在4G網絡建設中就已經提出來了，主要用于覆蓋補充與流量吸熱等細分場景。小基站主要分為微基站、皮基站、家庭基站這三種[8]。微基站功率最高不超過10 W，在無阻擋情況下能夠覆蓋1 km左右，主要用于在面覆蓋層面補充宏基站的覆蓋空洞;皮基站功率為百毫瓦級，適用于寫字樓、會展中心、機場、高鐵站、醫(yī)院等高價值室內場景;家庭基站功率為十毫瓦級，適用于家庭、辦公室、營業(yè)廳、會議室等精細化的目標群體。

小基站與宏基站的主要區(qū)別如下所示：

（1）安裝環(huán)境。5G宏基站需要標準化鐵塔、抱桿、機房，主要由運營商向鐵塔公司租用;5G小基站不需機房、不需占用點，可以靈活抱桿安裝或掛墻安裝。

（2）配電。5G宏基站需要配備專用UPS或開關電源供直流電;5G小基站一般使用民用交流電。

（3）傳輸。5G宏基站由光纜或者微波接入核心網;5G小基站支持自組織IP網接入核心網，支持流量本地卸載，大大減輕傳輸與核心網負擔，減少擴容壓力。

（4）安裝部署。5G宏基站需要專業(yè)的通信施工單位按照國家標準進行安裝、開通;5G小基站在極端情況下可以由用戶自行安裝、開通。

（5）建設成本。5G宏基站單扇區(qū)成本為五萬左右，機房配套成本為數(shù)十萬或更高;5G小基站單扇區(qū)成本數(shù)千，幾乎無配套成本，總體造價低于傳統(tǒng)DAS，可充分利用現(xiàn)有傳輸資源、站址資源、供電，支持快速實現(xiàn)網絡部署。

（6）設備功率。5G宏基站多為64通道*200 W;5G小基站主要為4通道1 W或4通道125 mW。

（7）設備模式。5G宏基站的基帶、射頻、天線高度集成，單扇區(qū)總重量為50 kg左右;5G小基站的基帶、射頻、天線同樣高度集成，但單扇區(qū)總重量最低僅為0.5 kg左右。

（8）網絡規(guī)劃與優(yōu)化。5G宏基站需要設計院規(guī)劃選址，也需要專業(yè)優(yōu)化隊伍進行網絡優(yōu)化;5G小基站可由用戶自行決定部署位置，支持自動開站、自動優(yōu)化，能有效降低運維成本。

由此可見，小基站相比于宏基站，對于配套的要求沒有那么高，非常適用于現(xiàn)在運營商建站物業(yè)協(xié)調難的困局，且不需要專業(yè)的施工單位，為運營商節(jié)省施工費用，同時在網絡規(guī)劃與網絡優(yōu)化層面，同樣能夠幫助運營商降低運維成本，也更能夠針對業(yè)務需求實現(xiàn)真正意義的靈活部署，而在物資采購價格方面，小基站相比宏基站更有優(yōu)勢[9]。

然而，要推進小基站部署其實并不容易。盡管小基站在4G時代已經問世，但運營商并不熱衷于使用，主要有以下幾點原因：一是小基站功率低覆蓋范圍小，在面覆蓋層面相比宏基站單位面積造價并不低;二是運營商在設備選用上有一定粘性;三是小基站對KPI指標的改善并不直觀;四是主要設備廠商在我國通信行業(yè)中擁有較高的市場占有率，其它廠商的小基站產品市場份額偏小，而設備廠商也更愿意引導運營商采購利潤更高的宏基站設備。

4? ?基站白盒化有利于小基站部署

小基站更靠近用戶、更靠近業(yè)務的特點，讓它相比于其它基站形式，天然適合作為MEC的入口。即便是采用宏基站架構的小基站，例如華為的Lampsite或者中興的Qcell，通過控制中心單元下轄的PRRU數(shù)量與位置，可以通過將MEC部署在CU端，有針對性地控制MEC覆蓋范圍，覆蓋范圍內端到端的流量轉發(fā)、業(yè)務處理與運算，都不需要經過核心網，業(yè)務實現(xiàn)可以縮減到毫秒級。這樣的部署方式非常適合場景封閉的業(yè)務，例如機場、高鐵站、商業(yè)購物中心的AR/VR業(yè)務、直播/點播業(yè)務等。當然，MEC也可以部署在宏基站上，但宏基站覆蓋范圍大，范圍內的如果業(yè)務差異性大，MEC的優(yōu)勢就不能得到很好體現(xiàn)。但由于在現(xiàn)有宏基站CU側部署MEC往往只需要開通軟件功能，邊際成本很低，所以預計在2021年基本實現(xiàn)5G網絡全覆蓋以前，運營商仍主要通過部署宏基站的方式來進行5G網絡建設。

不過在近日舉行的MWC2019世界移動大會上，5G白盒化基站受到業(yè)界高度關注，運營商紛紛在展會上發(fā)布了自己在白盒化基站探索上所取得的成果。中國電信聯(lián)合Intel、H3C等企業(yè)首次展示完整的基于開放無線接入網概念的5G白盒化室內小基站原型機，中國移動也聯(lián)合聯(lián)想、Intel等企業(yè)共同展示了業(yè)界首個4G/5G雙模云化白盒小基站方案。此外，4G時代80%流量產生在室內，而5G時代的室內流量比重與室內網絡質量相對與4G時代則會進一步加強，宏基站為主的室外網絡部署策略將會越來越不能支撐業(yè)務的開展，小基站的規(guī)?；渴鸺靶』旧喜渴餗EC將成為大勢所趨。

針對4G網絡復雜的網絡拓撲結構與繁雜的網元類型，5G標準對5G的網絡架構明確提出了開放化與扁平化的要求，這也為小基站部署MEC打下了基礎。小基站一般采用白盒化制造工藝，配置開放的網絡架構，能夠較容易地與5G時代云化的CU和核心網實現(xiàn)對接，為MEC的部署創(chuàng)造了條件，適合MEC的靈活快速部署[10]。

5? ?小基站的部署有助于存進產業(yè)鏈均衡

發(fā)展

眾所周知，運營商無線通信主設備基本上由幾大主要設備廠商如華為、中興、愛立信、諾基亞等所提供，技術壁壘高、體系化要求強。宏基站里的BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）加RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠單元）的組網模式包含了從芯片、算法、協(xié)議棧實現(xiàn)、操作系統(tǒng)等多方面技術，并融合集成了多種核心元器件，需要長期技術積累才可能實現(xiàn)，研發(fā)成本高昂，中小企業(yè)很難再涉足。

但小基站的普及會對現(xiàn)有的主設備市場帶來強有力的沖擊，給市場重新帶來活力。研發(fā)能力較強的小基站設備廠商既可以在獲得授權情況下在模組化的BBU上對協(xié)議和算法進行二次開發(fā)，對協(xié)議與算法進行改進并構建電路，也可以對模組化的射頻單元進行額外的配置與調試，例如尋求天線的獨立設計。即便是研發(fā)能力偏弱的小基站設備廠商，仍然可以將自己研發(fā)中心放在小基站外觀改進、總裝集成等個性化創(chuàng)新上。

除此之外，伴隨著小基站產業(yè)鏈逐步愈發(fā)成熟，可能還會出現(xiàn)出類似于當前寬帶網絡一樣的開放的市場格局，出現(xiàn)一批綜合集成能力強的ODM（Original Design Manufacturer，原始設計制造商）與OEM（Original Equipment Manufacturer，原始委托生產商），以貼牌生產的方式為用戶或工程總承包企業(yè)或上游集成商提供設備;以及產生新的產業(yè)鏈分支，例如面向小基站網絡開放平臺特點的專業(yè)的設備維護與二次開發(fā)公司;以及出現(xiàn)可以對核心網進行二次開發(fā)的公司，依托網元的云化，提供面向用戶的端到端的專有網絡定制服務等。

由此可見，5G時代的小基站白盒化將給更多的廠商帶來進入市場的機會，移動接入市場份額將會重新洗牌，推動產業(yè)鏈均衡發(fā)展。

6? ?結束語

隨著5G時代的到來，IT服務和云計算服務部署至移動網絡的邊緣，MEC通過實現(xiàn)“靠近用戶”來減少業(yè)務時延，實現(xiàn)支持基于5G網絡的低時延業(yè)務。未來80%以上的流量將發(fā)生在室內，小基站的低功率特點適合面向室內的網絡覆蓋，而其功率低、易部署、易優(yōu)化、易維護、成本低的特點又有利于小基站未來的規(guī)?；渴?。高密度多形態(tài)組網的5G網絡部署策略，將天然地使得小基站成為部署MEC的重要平臺。

5G時代中后期的網絡結構將是扁平的、開放的，業(yè)務類型將是下沉的、豐富的，更多用戶可以共同參與到網絡部署中去，讓網絡更貼近業(yè)務、更貼近用戶，幫助運營商脫離傳統(tǒng)意義的“管道”功能，而更能向用戶提供“內容”服務。小基站將給網絡建設和運營帶來全新的機遇與挑戰(zhàn)，而網絡與業(yè)務的發(fā)展又將會給小基站產業(yè)鏈帶來蓬勃生機。因此，通信企業(yè)提前布局小基站領域，對于其在行業(yè)內的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

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