边缘UPF承载5G 2B专线建设方案的探讨

张莹莹

（福建省邮电规划设计院有限公司，福建 福州 350003）

0 引 言

“积极推进第五代移动通信（5G）和超宽带关键技术，启动5G商用”是国家“十三五”规划纲要提出的要求。2019年，中国5G网络正式商用，开启5G时代。随着5G网络正式商用，超高带宽、低时延的特性为行业应用带来新的机遇，也让与行业应用深度融合、MEC成为5G时代行业数字化转型的关键。应用本地化、高带宽内容分发和低延迟计算都促进了服务内容、应用程序和计算向边缘的迁移，从而推动了边缘计算（MEC）的发展，实现5G网络应用于重点行业应用区域，支撑5G 2B专线业务需求[1]。

5G MEC在为用户建立边缘计算的用户面承载时，要实现本地流量分流，UPF作为MEC系统的一个组成网元，负责将边缘网络的流量分发导流到MEC业务系统，逻辑上UPF与MEC业务系统是分离、松耦合的[2]。

1 业务需求及要求

5G时代下，大量的2B场景下，低时延类应用、数据安全和园区自治类应用及高交互类应用都对边缘计算下沉到边缘和企业园区产生大量的需求。各运营商在推进5G工业互联网业务的过程中，大部分工业企业客户和园区客户需要5G无线专网，确保数据不出园区/厂区。表1为园区用户5G应用需求表。

2 边缘MEC建设模式

2.1 边缘MEC现状

当前运营商以省为单位搭建5G承载网，逐步过渡本地网组网为主，兼顾省内组网需求，形成省内端到端切片能力，支撑省内4G/5G业务组网，满足5G大带宽、低延时、安全可信需求及5G核心网云化分布部署需求，同时满足政企专线/云专线承载需求。面向5G的STN承载网络架构总体保持与4G网络一致。5GC CE用于5GC的接入与汇聚[3]。在省级核心、本地核心建设5GC CE，统一接入5G核心网元和下沉到本地的转发面UPF/MEC网元；汇聚机房通过汇聚STN-B，接入下沉到边缘机房的转发面UPF/MEC网元。

表1 园区用户5G应用需求表

边缘数据中心大部分部署在运营商的汇聚和核心机房，边缘计算在选址策略上围绕3个方面进行考虑，首选MEC部署的机房基础设施、MEC部署硬件体系选型以及网络时延与传输距离对选址的影响[4]。

2.2 边缘UPF承载方案

当前本地网建设共享型MEC，只建设UPF对接现网的MEP，园区级别有特殊需求需要下沉的，直接本地园区或区县机房新建MEC（MEP+UPF）。

边缘UPF下沉到本地网实现客户本地业务分流的传输承载涉及控制面、用户面和网管3个方面，包含基站与5GC互通信令流、下沉的UPF与5GC互通的信令流、基站与下沉的UPF间的数据流、下沉的UPF与福州核心UPF间的数据流、下沉的UPF的网管管理以及企业园区与UPF互通等。本文从用户接入注册、业务分流的流程说明承载方案要求，具体如下。

（1）基站与5GC间的信令流：5G基站的信令面经过IPRAN B设备接入省级5GC的AMF网元，实现用户接入鉴权等功能。

（2）下沉UPF与5GC互通的信令流：本地网下沉的UPF的控制面采用N4接口与省级5GC的SMF网元对接，实现SMF为本地用户选择下沉的UPF（即边缘MEC节点）、PDU会话创建等功能，承载于CDMA-EPC的VPN上。

（3）分流用户的业务流交互：5G基站的所有数据流量经下沉的UPF网元识别分流，分流的规则有多种，如源IP地址、目的IP地址、端口号、域名等。如果业务流识别为本地用户流量，则经下沉的UPF设备通过相关专线路由到客户服务器。如果业务流识别为非本地流量（即INTERNET流量），则通过下沉UPF的N9接口进行疏通路由至省级5GC核心网UPF网元N9接口进行INTERNET流量的转发，承载于CDMA-EPC的VPN上。

（4）远程网管方案：本地网下沉UPF（即MEC）的网管流量经IPRAN B设备等承载设备接入5GC CE实现与U2020、MANO等网管网元进行互通，从而实现对下沉UPF设备的拉远管理，承载于CDMA-Outband的VPN上。

（5）下沉UPF所接的IRRAN B设备上需要新增CDMA-Outband的VPN、CDMA-EPC的VPN用于与省级5GC的互通。

（6）企业园区与下沉UPF是通过STN专线（专线业务）互通。

3 5G 2B专线承载方案

3.1 STN网2B专线开通方式

针对园区无线专网，在现网条件有限的情况下，提出STN网2B专线的开通方式及承载方案。图1为2B专线开通方式。

（1）城域UPF分流到园区内网：5G STN组网方案使用VPN连接，从园区内网接入同机房A设备再到汇聚B设备通过L3VPN到5GC-CE。

（2）城域UPF分流到MEP平台（N6接口）：MEP和UPF异地机房部署，通过L3VPN互联，即MEP和UPF间的流量通过5GC-CE和MEP交换机上部署的园区VRF互通。

（3）运营商现网中B设备与ER之间采用10G接口，根据行业标准规范，10G接口不支持FlexE，因此建议先采用L3VPN进行2B专线开通。

3.2 STN网2B专线业务承载方案

MEC架构承载需求[5]如表2所示。

为满足园区无线专网需求，结合当前现网资源，边缘UPF建设分两阶段进行。

图1 2B专线开通方式

表2 MEC架构承载需求表

首先，一阶段拓扑和承载方案（见图2）。边缘UPF和省级5GC-CE链路为园区分配VLAN，实现UPF和MEC/内网互通，9306交换机通过OTN专线到省级UPF的5GC CE设备，承载UPF到MEP平台间的流量；园区内网通过OTN/裸纤专线到9306交换机，承载MEP和企业内网间的流量；边缘UPF到园区内网间的流量经过9306交换机承载。

（1）城域UPF和省级5GC-CE链路为园区分配VLAN，实现UPF和MEC/内网互通。

（2）9306交换机作为园区内网和MEP平台的网关设备。

（3）N2/N3接口复用现网IPRAN VPN，N4接口不需要通过STN网络承载。

（4）N6接口：MEP接入城域9306交换机和省级5GC-CE间建L3VPN和UPF互通，创建园区VRF实例。

（5）省级UPF分流到园区内网专线：UPF经5GC-CE接入到九牧 VRF，园区内网CE设备通过OTN接入9306交换机的园区VRF。

（6）园区内网和MEP平台间同样使用园区VRF互通。

其次，二阶段拓扑和承载方案（见图3）。采用边缘UPF承接园区及所有2B专线业务，新增5GC CE设备（异局址）进行汇聚，防火墙旁挂在5GC CE。5GC CE与城域ER对接，5GC CE与MEP平台的9306交换机对接。

（1）N2/N3接口复用现网IPRAN VPN，N4接口通过STN网络承载现网 L3VPN。

（2）N9接口：省级UPF和城域UPF通过各自的5GC-CE设备上部署的L3VPN互通。

（3）N6接口：MEP接入城域交换机和城域5GC-CE的L3VPN实现和UPF互通。

（4）城域UPF和5GC-CE链路为园区分配VLAN，实现UPF和MEC互通。

图2 5G 2B专线业务承载拓扑图（一阶段）

图3 5G 2B专线业务承载拓扑图（二阶段）

（5）城域UPF分流到园区内网（L3VPN），UPF接入到5GC-CE以客户为单位的园区VRF，园区内网CE设备接入汇聚B设备部署到5GC-CE的L3VPN路由，桥接进园区VRF。

（6）城域UPF分流到MEP平台（N6接口），MEP为园区分配VPC私有地址通过VLAN或者L3VPN和5GC-CE的园区VRF互通。

（7）STN专线2：5GC-CE作为园区内网和MEP平台的网关设备，园区内网和MEP平台通过园区VRF互联互通。

4 结 论

目前，各运营商业务试点中边缘UPF的建设模式有多种模式，有可能是更靠近基站的边缘节点采用集成方式部署，也有可能是更靠近中心的边缘节点会采用部分共享部署方案[6]。本文提出城域边缘UPF共享部署及承载2B专线方案，可供参考，未来可以实现边缘UPF的快速部署。