5G UPF + MEC 的部署位置、场景与模式

通信⽹络的时延分析

 虽然 5G KPI 要求的单向空⼝时延为 1ms（uRLLC）- 5ms（eMBB），但实际通信⽹络的时延是端到端的。也就是说，除了空⼝之外，还需要考虑到承载⽹传输（回传）时延，核⼼⽹处理时延，以及业务服务器端的响应时延等组成部分。

注：4G 的空⼝单向时延为 10-30ms。

例如，5G E2E（端到端）User Plane（⽤户⾯）时延可以由以下⼏个组成部分：

单向空⼝时延：1ms（uRLLC）- 5ms（eMBB）。

单向承载⽹传输时延：接⼊/汇聚环 2 – 3ms，核⼼环（城域）1 – 4ms，核⼼环（省级）2 – 5ms。

单向 UPF 转发时延：1ms（non-DPI）- 3ms（DPI）。

单向 MEC 业务服务器处理时延：< 1ms。

单向 Internet 业务服务器处理时延：依据业务部署为⽌⽽定。

在⽣产部署中，根据不同的部署场景以及部署⽅式可以组合出不同的时延结果，有 1ms – 100ms 不等。

所以对于 “边缘计算的位置在哪⾥？” 的这个问题，笔者认为：边缘应⽤的时延需求决定了边缘计算的部署位置。例如：

为实现⽹络低时延：5G uRLLC ⽹络中 UPF 建议部署在基站附近或者接⼊机房。

为了实现流量卸载：5G eMBB ⽹络中 UPF 建议部署在汇聚机房或核⼼机房。

根据产业成熟度，低延时业务的应⽤场景出现的时间远近如下：

初期主要是视频类业务；

中期是 AR/VR、⼯业控制等；

远期实现远程医疗、⾃动驾驶类。

MEC 的部署位置

UPF 的部署位置

在实际部署时，UPF 需要按照不同业务场景对时延、带宽、可靠性等差异化的需求灵活部署，典型的部署位置包括：中⼼、区域、边缘、企业园区。

中⼼级 UPF：适⽤于时延不敏感，吞吐量需求较⾼且相对集中的业务，如：互联⽹、VoNR、NBIoT 等业务。

区域级 UPF：通常部署于地市级区域，主要承载地市区域范围的⽤户⾯业务，包括：互联⽹访问、⾳视频以及本地企业业务等。区域级 UPF 实现⽤户⾯下沉部署，有助于减少数据流量回传对承载⽹的传输压⼒；也可实现本地数据业务下沉，降低业务时延。

边缘级 UPF：通常部署于区县边缘，应对⾼带宽、时延敏感、数据机密性强等业务。将 UPF 下沉到移动边缘节点，可基于 DNN 或 IP 地址等识别⽤户，并根据分流策略对⽤户流量进⾏分流，对需要本地处理的数据流进⾏本地转发和路由，避免流量迂回，降低数据转发时延，提升⽤户体验。

企业级 UPF：：部署于企业机房，通过超⾼带宽、超低时延和超⾼可靠的连接提升⼯业控制的效率和⾃动化⽔平；同时⽣产数据能够在园区内终结，与公众⽹数据安全隔离，确保⽣产的安全可靠。

ME Host 的部署位置

5G ⽹络原⽣采⽤了云化建设，使其更加轻盈和灵活，同样具有中⼼ DC（⼤区中⼼机房）/ 区域 DC（省层⾯机房）、核⼼ DC（本地⽹核⼼机房）、边缘 DC（本地⽹汇聚机房）、接⼊局所 DC 等层级。

其中，MEC 系统级⽹管（包括 MEPM、MEAO）需要协调不同 ME Host（包括 MEP、UPF、ME APP）之间以及 ME Host 与 5GC 之间的操作（e.g. 选择主机、应⽤迁移、策略交互等），⼀般部署在区域 DC（省层⾯）或者中⼼ DC（⼤区中⼼）。

⽽ ME Host 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，在实际组⽹中，根据对操作性、性能或安全的相关需求，ME Host 可以灵活地部署在从基站附近到中央数据⽹络的不同位置。但是不管如何部署，都需要由 UPF 来控制流量指向 ME APP 或是指向⽹络。下图概述了 MEHost 物理位置的⼀般可⾏选项。

ME Host 在接⼊局所 DC：此种模式⼀般采⽤ ME Host 和基站 CU 共机房，部署在基站后⾯，数据业务离⽤户更近，终端发起的业务经过基站、ME Host 到互联⽹/第三⽅内容服务，主要针对新型超低时延业务在边缘才能满⾜需求的场景，时延可控制在 1ms-10ms 之内，例如：⽆⼈机投递业务（10ms，15Mbit/s）、智慧场馆（10ms，1Gbit/s）、⾃动驾驶（1ms，50Mbit/s以上）、远程医疗诊断（10ms，50Mbit/s）、机器⼈协作（1ms，1~10Mbit/s）、远程⼿术（1ms~10ms，300Mbit/s）等。
ME Host 部署在边缘 DC：此种模式 ME Host ⼀般部署在本地⽹汇聚机房，逻辑位置在UPF/PGW-U 之后，会增加⼀部分回传⽹络的时延，可以为⽤户提供低时延、⾼带宽服务，例如：AR/VR业务（20ms，1Gbit/s）、移动视频监控（20ms，50Mbit/s）、移动⼴播（⼩于100ms，10Mbit/s）、公共安全（20ms，10Mbit/s）、⾼清视频（20ms，10Mbit/s）等。

MEC 的部署场景

MEC 在 4G ⽹络中的部署

MEC 的概念早在 4G 建设的前期就已经被提出，所以 MEC 在 4G 和 5G ⽹络中均可部署。但是在 4G ⽹络中因为 MEC 提出时 LTE ⽹络标准已完成制定，所以 4G ⽹络下的 MEC 部署⽬前⼤多采⽤⾮标的串联部署或者⼚家私有标准部署模式，在计费、监听、业务移动性⽀持⽅⾯并不完善。

4G ⽹关未实现彻底的控制和转发分离。复杂⽹关功能部署在⽹络边缘造成管理复杂，且成本较⾼。

4G ⽆线⽹络开接⼝，⽆法⽀持计费、机动性和合法监听，增加⽹络管理复杂度。

边缘计算涉及会发管理、⽹络策略（QoS），计费，合法监听和内容管理等⽅⾯，4G 缺乏统⼀的端到端设计。

1、透明串接⽅案

eNB 和 SAE GW 间串接 MEC，通过数据包分析实现本地分流和处理。

实现 MEC 的透明部署、UE、⽹络侧、传输⽆需改造。

不⽀持下⾏数据寻呼、业务连续性、移动性⽀持有限，计费和合法监听较难实现。

MEC 部署在 RAN（⽆线接⼊⽹）侧 ：MEC 可以部署在单个 eNB 节点之后，也可以部署在多个 eNB 的汇聚节点之后，这是 4G 中⽐较常⻅的部署⽅式。称为⽆线侧 TOF（Traffic Offload）。这种部署⽅式适合⽤于学校、⼤型购物中⼼、体育场馆等热点区域下。将 MEC 部署在 RAN 侧的优势在于可以更⽅便地通过监听、解析 S1-C 接⼝的信令来获取基站侧⽆线相关信息，也可以通过解析 S1-U 接⼝的 GTP-U 报⽂将业务数据流量卸载到边缘进⾏处理，以此降低⽹络时延到毫秒级。但是该⽅案需要进⼀步解决计费和合法监听等安全性问题。

分布式⽹关⽅案

在 eNB 和 EPC 之间串接 RGW，根据 APN、IP 等信息实现分流。

新增 RGW 和 PGW 之间 S18 接⼝，实现计费和合法监听。

⽹关间协同切换⽀持⽤户移动性。

对现⽹ PGW 有改造要求。

MEC 服务器部署在 CN（核⼼⽹）侧：MEC 部署在 PGW 之后（或与 PGW 集成在⼀起）。这种⽅式可以解决 RAN 侧部署⽅案下的计费和安全问题，但在 C/U 没有分离 4G EPS 架构中，MEC 部署的位置通常与⽤户距离较远，存在时延较⼤和占⽤核⼼⽹资源的问题。好处就是该⽅案不需要改变现有的 EPC 架构，⽽且 SGi 接⼝出来的是 IP 报⽂，也就不需要 MEC 去处理 GTP 报⽂解析了。

⽽在 4G EPC CUPS 架构中，PGW 被拆分成了 PGW-C 和 PGW-U（即 DGW）。其中，PGW-C 驻留在原位置，DGW 下沉到 RAN 侧或者核⼼⽹边缘，DGW 负责计费、监听、鉴权等功能，也解决了⽹络时延⼤的问题。缺点在于，4G C/U 分离技术并不完全，PGW-C 和 DGW 之间为私有接⼝，需要由同⼀设备⼚商提供。

MEC 在 5G ⽹络中的部署

3GPP 的 5G 核⼼⽹在标准上天然⽀持 UPF 的下沉及 MEC 边缘计算的部署，解决了 4G ⽹络中 MEC 部署存在的计费监听等问题。ETSI MEC 规范包括了⽤户数据平⾯功能以及边缘计算平台功能，⽽ 3GPP 的5G 标准⾥⾯主要定义了 UPF ⽹元，两⼤组织⼀直在合作推进将 UPF 作为 MEC 系统中的⼀个组成⽹元，充当 DP 模块，UPF 负责将边缘⽹络的流量卸载到 MEC 平台。

逻辑上 UPF 与 MEC 平台是松耦合的，⼀般认为 5G 场景中 MEC 与 UPF 的关系如下图所示：

MEC 的部署模式

MEC 与 UPF 集成部署，基于 ICT 综合边缘云统⼀承载

建设包括 UPF 在内的统⼀ MEC 系统， MEC 系统的建设也通常被锁定在提供 UPF 的核⼼⽹⼚家，MEC业务系统与 UPF 共享 NFV 电信边缘云基础设施以及统⼀纳管，节约部分投资，另外靠近基站的边缘接⼊点资源⽐较紧张，集成部署有利于资源的充分利⽤。但是该⽅案需要既可以满⾜ UPF 等 NFV ⾼性能⽹络转发处理需求，还需要⽀持 IT 类业务应⽤的容器化部署与编排管理、边缘 AI 类以及视频类业务应⽤的 GPU/FPGA 等加速及异构计算处理，之前主要⾯向⽹络通信处理的 NFV 电信云需要扩展成为 ICT综合边缘云，包括 MANO 也需要相应的扩展。

MEC 与 UPF 分离部署，基于不同的边缘云各⾃承载

MEC 业务系统与 UPF 分离部署，⽀持分⼚家建设，⽀持引⼊ IT ⼚家或者⾃研提供 MEC 业务系统，并且UPF 作为 5G 核⼼⽹元，与承载⾃有及第三⽅业务应⽤的 MEC 业务系统物理隔离也有利于 5G ⽹络的安全保障。但是该⽅案下 MEC 业务系统如果提供⽹络流量业务链处理类服务，不能与 UPF 共享⽹络处理，有⼀定的重复投资，并且部分资源受限的边缘点也很难建设提供两朵边缘云，两朵云的利⽤率不如集成部署的统⼀边缘承载⽅案。

MEC 与 UPF 部分共享部署

MEC 业务系统分为 CT 类 VNF 与 IT 类 APP 两⼤类业务服务，其中 CT 类 VNF 与 UPF 统⼀承载集成部署，IT 类 APP 独⽴部署。对于 CT 类业务服务共享 NFV 边缘云，仍然由运营商⽹络运维部⻔负责统⼀运营管理。同时独⽴建设 IT 边缘云，满⾜ IT 类边缘业务灵活性，这部分 IT 边缘云可以考虑由运营商负责公有云的部⻔统⼀集约运营。这种模式的问题在于增加了边缘业务的统⼀管理复杂度，同时部分融合业务也很难简单的是化为 IT 类还是 CT 类业务，⽐如远程驾驶控制等。

MEC 的部署组⽹

MEC 相关的⽹络可以概况为三部分：

1. gNB/UPF 接⼊ MEC ⽹络：5G 承载⽹前传和回传接⼊层部分；

2. MEC 内部⽹络：数据中⼼交换机⽹络；

3. MEC 与其他云间⽹络：包括去往 5GC CP 的⽹络、去往其他业务中⼼⽹络、去往第三⽅云的⽹络等。