共建共享下的邊緣云建設(shè)

黃倩 黃蓉

摘要：分析5G共建共享后邊緣云共享對(duì)邊緣云建設(shè)的可能影響。基于接入網(wǎng)共享和異網(wǎng)漫游兩種5G共建共享主流策略，介紹5G非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）/獨(dú)立組網(wǎng)（SA）下邊緣云的組網(wǎng)架構(gòu)，以及承建方與共享方運(yùn)營(yíng)商用戶在不同情況下訪問共享邊緣云的方式，并從用戶身份鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)方式、服務(wù)質(zhì)量（QoS）策略等方面剖析相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)能力要求。

關(guān)鍵詞：5G；SA；NSA；共建共享；邊緣云共享

Abstract： The possible impact of edge cloud sharing on edge cloud construction after 5G coconstruction and sharing is anlalyzed. Based on the two mainstream 5G co-construction and sharing strategies of access network sharing and off-network roaming， the network architecture of edge cloud under 5G non-standalone （NSA） / standalone （SA）， as well as the ways for users of the contractor and the sharing operator to access the shared edge cloud under different circumstances is introduced. Besides， the corresponding network capability requirements from the aspects of user authentication， billing method， and quality of service（QoS） strategy are also analyzed.

Keywords： 5G； SA； NSA； co-construction and sharing； edge cloud sharing

在5G牌照發(fā)放以后，運(yùn)營(yíng)商緊鑼密鼓地推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。為降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維成本，提升網(wǎng)絡(luò)效益和資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率，運(yùn)營(yíng)商將共同承建5G網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)營(yíng)商在某個(gè)信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)，可以允許其他用戶進(jìn)行5G接入。5G共建共享的方式可快速形成5G服務(wù)能力。其中，作為5G網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，邊緣云通常被部署在運(yùn)營(yíng)商基站接入側(cè)、匯聚機(jī)房或更高層級(jí)的區(qū)域數(shù)據(jù)中心。在5G共建共享后，某一區(qū)域內(nèi)可能只存在一家運(yùn)營(yíng)商基站接入。這種部署僅能滿足5G一般業(yè)務(wù)的需求，當(dāng)面臨訪問邊緣云平臺(tái)或本地分流等場(chǎng)景時(shí)，還存在一些不足。

這里，我們提出兩種假設(shè)。（1）假設(shè)5G共建共享，邊緣云不共享。首先，承建方擁有5G基站和機(jī)房資源，可同步部署邊緣云擴(kuò)展業(yè)務(wù)。然而，共享方只能共享使用承建方的5G基站。是否在基站側(cè)部署邊緣云與基站互通，目前仍無法確定。其次，如果邊緣云不共享，那么業(yè)務(wù)流將依賴承載網(wǎng)進(jìn)行互通。在哪一層級(jí)實(shí)現(xiàn)互通與邊緣云實(shí)際部署的位置有關(guān)。不同層級(jí)承載網(wǎng)互通的難度和成本均不相同。最后，邊緣云的相關(guān)平臺(tái)能力的實(shí)現(xiàn)，如業(yè)務(wù)分流、無線信息開放等，是否會(huì)受到5G共享的影響，尚未明確。（2）假設(shè)5G共建共享，邊緣云也共享。這種情況勢(shì)必會(huì)對(duì)邊緣云相關(guān)技術(shù)和策略產(chǎn)生影響。

本文中，我們重點(diǎn)討論在第2種假設(shè)情形下，5G共建共享網(wǎng)絡(luò)策略、邊緣云組網(wǎng)架構(gòu)、邊緣云共享對(duì)共享方和承建方用戶訪問移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）方式的影響和存在的問題，并從用戶身份鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)方式、服務(wù)質(zhì)量（QoS）策略等方面剖析相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)能力要求。

1 5G共建共享網(wǎng)絡(luò)策略

5G非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）/獨(dú)立組網(wǎng)（SA）下的網(wǎng)絡(luò)共建共享存在兩種方式：接入網(wǎng)共享和異網(wǎng)漫游。這兩種方式也是主流共建共享方案，具有較強(qiáng)的實(shí)際指導(dǎo)意義。

1.1 接入網(wǎng)共享

5G NSA下的接入網(wǎng)共享方案是指，運(yùn)營(yíng)商A和運(yùn)營(yíng)商B共享接入網(wǎng)，雙方的運(yùn)營(yíng)商用戶均可接入共享基站，并且各自接入核心網(wǎng)，如圖1所示。為使不同運(yùn)營(yíng)商用戶接入各自的核心網(wǎng)，承載網(wǎng)需要被共享，即在承載網(wǎng)的某層實(shí)現(xiàn)東西向互通。從用戶體驗(yàn)來講，這基本等同于自建網(wǎng)絡(luò)。在接入網(wǎng)共享方案中，由于NSA架構(gòu)仍然需要4G作為錨點(diǎn)站，以實(shí)現(xiàn)控制面和用戶面的信令傳輸，因此，4G和5G基站均共享。

1.2 異網(wǎng)漫游

5G NSA異網(wǎng)漫游方案是指，5G基站僅接入承建方核心網(wǎng)，雙方核心網(wǎng)對(duì)接互通，如圖2所示。在異網(wǎng)漫游方案中，運(yùn)營(yíng)商A和運(yùn)營(yíng)商B的用戶均接入共享接入網(wǎng)。然而，非承建方用戶需經(jīng)過建設(shè)方核心網(wǎng)，并通過漫游方式訪問核心網(wǎng)。這就像用戶通過國(guó)際漫游的方式來享受5G服務(wù)一樣。在異網(wǎng)漫游方案中，由于NSA架構(gòu)仍然需要4G作為錨點(diǎn)站，以實(shí)現(xiàn)控制面和用戶面的信令傳輸，因此，4G和5G基站也均共享。

在5G SA架構(gòu)下，共享方案也分為基站共享和異網(wǎng)漫游方案。相比于5G NSA下的兩種共建共享方案，它們的總體架構(gòu)相同，唯一的區(qū)別在于：由于5G SA共享方案不需要將4G作為錨點(diǎn)站，因此，僅需要所有的5G基站共享建設(shè)，運(yùn)營(yíng)商各自的4G基站無須共享。

實(shí)際上，基于建設(shè)成本和業(yè)務(wù)開展的綜合考慮，目前中國(guó)運(yùn)營(yíng)商采用接入網(wǎng)共享方案。

1.3邊緣云組網(wǎng)架構(gòu)

1.3.1 5G NSA MEC組網(wǎng)架構(gòu)

如圖3所示，NSA下MEC邊緣云的部署位置與4G相同，即依然串接在S1-U接口上，并在核心分組網(wǎng)（EPC）和新空口（NR）之間。MEC邊緣云部署可以是分流+業(yè)務(wù)服務(wù)器分開部署，也可以是一體化部署，以實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)等功能。

1.3.2 5G SA MEC組網(wǎng)架構(gòu)

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，MEC邊緣云平臺(tái)一般以虛擬化的形式部署，如圖4所示。MEC與網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）技術(shù)相融合，可以實(shí)現(xiàn)按需調(diào)用和靈活部署。MEC邊緣云部署位置在用戶面功能（UPF）后面。因此我們可以根據(jù)UPF位置和業(yè)務(wù)要求來部署 MEC邊緣云。在5G SA中，UPF和MEC平臺(tái)（MEP）將作為兩個(gè)部分各自部署對(duì)接。

2 對(duì)邊緣云建設(shè)影響

2.1 訪問邊緣云方式

在5G共建共享后，某一區(qū)域內(nèi)可能只存在一家運(yùn)營(yíng)商的基站接入。此時(shí)，邊緣云的訪問方式是一個(gè)亟待解決的問題。假設(shè)在共建共享后，邊緣云也共享，其中MEC邊緣云由運(yùn)營(yíng)商A建設(shè)，并且存在3類用戶訪問該邊緣云的方式。

以下內(nèi)容僅為預(yù)研使用，實(shí)際內(nèi)容以建設(shè)為準(zhǔn)。

2.1.1 在A運(yùn)營(yíng)商基站接入的A用戶

這種情況下，用戶可直接通過光纖直連鏈路訪問MEC邊緣云。這是目前運(yùn)營(yíng)商建設(shè)和訪問MEC邊緣云最基本的方式。

2.1.2 在B運(yùn)營(yíng)商基站接入的A用戶

此時(shí)需要考慮建立不同的互通雙跨機(jī)制。5G NSA可能存在如下幾種方式[4]：

（1）MEC雙跨。如圖5所示，如果運(yùn)營(yíng)商A用戶訪問MEC邊緣云，則需要通過運(yùn)營(yíng)商B的基站接入。當(dāng)流量來到運(yùn)營(yíng)商B的MCE（承擔(dān)多個(gè)VPN實(shí)例的CE）/CE（用戶端路由器邊緣）層時(shí)，由于運(yùn)營(yíng)商B的MCE/ CE層同運(yùn)營(yíng)商A的MEC邊緣云實(shí)現(xiàn)了雙跨，因此，在運(yùn)營(yíng)商B的5G覆蓋下的運(yùn)營(yíng)商A用戶，可以直接訪問運(yùn)營(yíng)商A的邊緣云，也可以被分流至本地網(wǎng)。

（2）基站雙跨。如圖6所示，運(yùn)營(yíng)商B的基站，通過光纖直連的方式，與運(yùn)營(yíng)商A的CE設(shè)備相連，然后再復(fù)用運(yùn)營(yíng)商A的CE設(shè)備與MCE或A設(shè)備的連接鏈路，實(shí)現(xiàn)對(duì)MEC邊緣云的訪問和本地分流。

（3）傳輸互通。如圖7所示，運(yùn)營(yíng)商A和運(yùn)營(yíng)商B的MCE/CE傳輸設(shè)備進(jìn)行互通。所有訪問運(yùn)營(yíng)商A的MEC邊緣云的流量均通過運(yùn)營(yíng)商A的傳輸設(shè)備。這種方式需要將運(yùn)營(yíng)商A和運(yùn)營(yíng)商B的綜合接入機(jī)房或匯聚機(jī)房的傳輸設(shè)備打通。

5G SA可能存在UPF雙跨、基站雙跨、傳輸互通等方式[4]。其中，基站雙跨、傳輸互通方式與5G NSA類似。這里我們將重點(diǎn)討論UPF雙跨。

運(yùn)營(yíng)商A用戶如果訪問MEC邊緣云，則需要通過運(yùn)營(yíng)商B基站完成接入。當(dāng)流量來到運(yùn)營(yíng)商B的MCE/CE層時(shí)，由于運(yùn)營(yíng)商B的MCE/CE層與運(yùn)營(yíng)商A的UPF實(shí)現(xiàn)了雙跨，流量會(huì)先通過光纖直連的方式同UPF相連，再復(fù)用UPF到邊緣云的連接，如圖8所示。

2.1.3 在A運(yùn)營(yíng)商基站接入的B用戶

運(yùn)營(yíng)商B的用戶直接訪問運(yùn)營(yíng)商A的MEC邊緣云，可實(shí)現(xiàn)本地分流和使用邊緣云平臺(tái)等功能。對(duì)于這種情況，有3點(diǎn)需要明確：（1）運(yùn)營(yíng)商B接入的用戶是否能夠?qū)ぶ返竭\(yùn)營(yíng)商A的MEC邊緣云設(shè)備；（2）運(yùn)營(yíng)商A的邊緣云能夠?qū)\(yùn)營(yíng)商B接入的用戶進(jìn)行分流，并能進(jìn)行無差別的IP五元組或域名系統(tǒng)（DNS）解析分流；（3）運(yùn)營(yíng)商A的邊緣云平臺(tái)應(yīng)該能夠?qū)\(yùn)營(yíng)商B用戶進(jìn)行鑒權(quán)和注冊(cè)，以確保該用戶為合法用戶[5-7]。

總之，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商A而言，雙跨的方案可以實(shí)現(xiàn)承建區(qū)域和共享區(qū)域內(nèi)自身用戶的接入。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商B而言，共享方區(qū)域的用戶可直接訪問承建方MEC邊緣云，以盡可能避免流量繞經(jīng)的問題。但雙方運(yùn)營(yíng)商之間需要討論合作分成的問題。

2.2 存在的問題

（1）MEC雙跨存在交換機(jī)路由策略控制困難的問題。一方面，哪些用戶需要接入MEC，哪些用戶不需要接入，都要進(jìn)行路由策略的控制；另一方面，由于MEC雙跨涉及的互通位置在運(yùn)營(yíng)商承載的接入層，場(chǎng)景位置太低，雖然在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)沒有問題，但是實(shí)際施工較為困難。

（2）對(duì)于基站雙跨來說，基站部署的位置多樣化，數(shù)量較多，分布也比較廣，需要打通的鏈路和環(huán)節(jié)也較多。

（3）在傳輸互通方面，互通層級(jí)的提高可以減少互通接口數(shù)量。雖然傳輸以上互通可以減少跟基站的連接，使接口數(shù)大大減少，但是互通傳輸位置的變高會(huì)導(dǎo)致流量繞經(jīng)。

3 對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的要求

3.1 用戶身份鑒權(quán)

由于MEC邊緣云會(huì)對(duì)第三方應(yīng)用的身份進(jìn)行認(rèn)證，因此只有經(jīng)過授權(quán)的第三方應(yīng)用發(fā)出的應(yīng)用程序接口（API）請(qǐng)求，才會(huì)被MEC平臺(tái)接納，并被轉(zhuǎn)發(fā)到MEC內(nèi)部的服務(wù)中去。經(jīng)過授權(quán)的MEC應(yīng)用實(shí)例，可根據(jù)用戶身份激活或者去激活與之關(guān)聯(lián)的配置規(guī)則。利用身份識(shí)別服務(wù)，第三方應(yīng)用可將外部應(yīng)用標(biāo)識(shí)映射為用戶在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的標(biāo)識(shí)，并實(shí)現(xiàn)面向特定用戶的數(shù)據(jù)操作。因此，在5G MEC邊緣云共享中，運(yùn)營(yíng)商的MEC邊緣云平臺(tái)需要對(duì)雙方運(yùn)營(yíng)商的用戶都進(jìn)行身份注冊(cè)和鑒權(quán)，以保證雙方用戶可接入共享平臺(tái)[8]。

3.2計(jì)費(fèi)方式

5G共建共享下MEC的計(jì)費(fèi)主要包括兩個(gè)方面：

（1）邊緣側(cè)消耗的網(wǎng)絡(luò)流量

5G NSA下，由于承建方的MEC邊緣云平臺(tái)可能同時(shí)接受承建方和共享方兩類用戶，因此，MEC平臺(tái)需要對(duì)不同運(yùn)營(yíng)商的用戶進(jìn)行區(qū)分。對(duì)此，可以在承建方MEC邊緣云生成話單，即采取承建方計(jì)費(fèi)方式。為解決流量區(qū)分困難的問題，可考慮采用包月方式。此外，在共享方接入承建方MEC邊緣云平臺(tái)之前，設(shè)置流量網(wǎng)關(guān)，將有助于對(duì)整體進(jìn)入承建方的流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[8]。

5G SA下，流量統(tǒng)計(jì)和計(jì)費(fèi)均由UPF、切片選擇功能（NSSF）來完成，并形成話單，無須打通計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)（CG）。另外，UPF還需要對(duì)不同運(yùn)營(yíng)商用戶進(jìn)行區(qū)分，并進(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)，以生成話單和其他計(jì)費(fèi)詳情。

（2）用戶向邊緣云請(qǐng)求的云資源

MEC邊緣云資源的計(jì)費(fèi)相對(duì)簡(jiǎn)單。例如，可以依據(jù)一定的物理資源分配、虛擬機(jī)或容器數(shù)量、API調(diào)用次數(shù)、使能平臺(tái)能力次數(shù)等，并按照用戶級(jí)進(jìn)行計(jì)費(fèi)。如果雙方運(yùn)營(yíng)商用戶具有相同的等級(jí)計(jì)費(fèi)，則無須修改。如果計(jì)費(fèi)方式有差異，則MEC平臺(tái)應(yīng)首先識(shí)別來自運(yùn)營(yíng)商的用戶，然后再使用計(jì)費(fèi)的模板進(jìn)行計(jì)費(fèi)[9-10]。

3.3 QoS策略方式

在5G共建共享中，NSA架構(gòu)以承載的形式進(jìn)行QoS保障。對(duì)于SA架構(gòu)，由于存在共享的可能，因此，UPF在雙方運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中需要同時(shí)進(jìn)行質(zhì)量保證。對(duì)于OTT（指互聯(lián)網(wǎng)公司越過運(yùn)營(yíng)商）的切片組業(yè)務(wù)，我們建議根據(jù)本身簽約信息來選擇對(duì)應(yīng)的AMF，并由各自運(yùn)營(yíng)商來完成QoS的差異化保障。共建共享運(yùn)營(yíng)商之間應(yīng)事先商定好一致的QoS保障策略，以獲得更好的協(xié)同保障效果。

4 結(jié)束語

本文中，我們以5G NSA架構(gòu)為例進(jìn)行說明。對(duì)于部署在綜合接入機(jī)房以上位置的MEC分流網(wǎng)關(guān)和MEP平臺(tái)，我們建議各家獨(dú)立部署。MEP平臺(tái)位于MEC分流網(wǎng)關(guān)之后，不受共建共享影響。承載網(wǎng)互通位置決定用戶訪問MEP業(yè)務(wù)流量的走向?；ネㄎ恢迷礁撸髁坑鼗鼐驮酱?，對(duì)MEC業(yè)務(wù)、本地化業(yè)務(wù)、低時(shí)延業(yè)務(wù)的影響也就越大。然而，對(duì)于綜合接入機(jī)房來說，在基站側(cè)部署的MEC業(yè)務(wù)，可共用MEC分流網(wǎng)關(guān)。將共享方MEP平臺(tái)部署至承建方基站機(jī)房?jī)?nèi)的商務(wù)模式需要做進(jìn)一步討論。此外，在共建共享的背景下，為解決用戶訪問共享邊緣云方式變化帶來的影響，除了要考慮組網(wǎng)方式和網(wǎng)絡(luò)能力保障外，還需要考慮交換機(jī)、UPF等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

致謝

本研究得到中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院王友祥博士、陳杲博士的幫助，謹(jǐn)致謝意！

參考文獻(xiàn)

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[10] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 信息技術(shù) 云計(jì)算概覽與詞匯： GB/T 32400—2015 [S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2017

作者簡(jiǎn)介

黃倩，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院工程師；主要從事邊緣計(jì)算、開源技術(shù)、5G標(biāo)準(zhǔn)化研究、5G垂直行業(yè)咨詢等工作。

黃蓉，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院高級(jí)工程師；主要從事白盒基站、邊緣計(jì)算的研究。