边缘计算在3GPP中的标准化进展

1、基于CUPS的核心网架构

在2017年6月的3GPP CT第76次会议上，3GPP完成了R14中的CUPS标准,即“EPC用户平面与控制平面相分离的技术标准”.该协议﹐即

23.214 协议中,提出了面向分组核心网( evolvedpacket core，EPC)里的服务网关(servicing gateway，S-GW)、分组数据网网关( packet data network gate-way，P-GW)以及流量检测功能( traffic detectionfunction，TDF)的功能分离.首先是提供了增强型的架构.其次是实现了在不影响现有节点功能的前提下﹐用户面功能与控制面功能各自的独立伸缩/扩展部署(集中式部署或者分布式部署),进而实现EPC灵活部署与运营.

之所以考虑将用户面与控制面分离,最主要的原因是未来5G网络中,数据流量高速增长,这对于移动通信网的承载能力提出了很高的要求,也就是对时延的要求更为严格.而核心网采用了这种用户面控制面分离的技术后,可以降低移动应用服务的时延﹐比如我们可以选择靠近4G/5G基站的EPC用户平面节点或者更适合移动终端使用类型的EPC用户平面节点来向移动终端传输数据.相比于原来将用户面和控制面合设的结构,这种分离的结构更为灵活,也能够降低时延.这种架构是未来5G通信中的关键架构之一,图11给出了3GPP所定义的参考架构.

1)用户面和控制面分离架构示意图

图11中展示了S-GW,P-GW,TDF的CP/UP模块分别独立的情况.U表示用户面,C表示控制面.

同没有进行控制面/用户面(control plane/userplane，CP/UP)面分离的架构相比,S-Gw,P-GW,TDF均分离成用户面和控制,其次,是接口发生的变化.

CP/UP之间增加Sx接口: S-GW,P-GW，TDF,各自有自己的Sx接口﹔

原有接口会因为CP,UP的分离,出现接口分离:S2a变为S2a-U和S2a-C,控制接口和用户接口;

3有些接口没有出现功能分化,属于完全继承了原有未分离结构的接口功能﹐比如:S12接口完全由S-GW-U来继承;Gx,Gy,Gz,Gw,SGi接口,功能完全被P-GW-C继承(P-GW-U和TDF-U之间)等等;

另外,图11展示了一种特例,即:S-GW,P-GW，TDF均发生CP/UP分离,其实也可能存在如下的组合情况:S-GW分离,但是 P-GW不进行分离﹐该情况也是支持的.

另外还存在一种合并S-GW和 P-GW的结构型,即可以将分离后的S-GW,P-GW的用户面、控

制面做合并,成为统一的实体,结构图如图12所示.如此同时,也出现了合并统一的Sx接口.

2)用户面与控制面分离后，S-GW ,P-GW,TDF功能的变化

除了接口上的变化,S-GW,P-GW 与TDF还存在一定功能上的变化,有些功能消失被其他模块继承,也有一些功能被新增进去.详细的功能列表见23.214 协议的Table 4.3.2-1-Table 4.3.2-3.

S-GW进行控制面用户面分离以后，S-Gw-U上的所有功能,均受到S-GW-C的控制.LoRa网关

S-GW的原有功能:

负载/过载控制功能、修复与恢复功能﹑操作维护管理接口( operation administration and main-tenance，OAM),GPRS隧道协议(GPRS tunneling

protocol，GTP)负载和路径管理,在CP/UP分离以后的SGW中不予承载功能(P-GW中也没有继承).

UE移动性终点:在3GPP和非3GPP接入中,改变目标GTP-U的终点,该内容在分离后也不支持(P-GW继承了这部分功能).

其余的功能﹐则完全按照控制和用户面进行划分,同时并无新增功能．

P-GW进行控制面用户面分离以后﹐P-GW-U上的所有功能,均受到P-GW-C的控制.

P-GW原有功能:

UE移动性的支持.结尾标记的转发＋转发缓存数据包,这⒉2项功能不存在(完全被S-GW继承).

②负载/过载控制功能、修复与恢复功能﹑操作维护管理接口(OAM),GTP负载和路径管理,在CP/UP分离以后的P-GW中不予承载功能(S-Gw中也没有继承).

3Sl释放/缓存/下行数据通知.该主功能下的子功能1,2,3均被S-GW完全继承(P-GW只继承了属于自己的子功能4,P-GW计费过程的暂停﹐其余内容均被S-GW继承).

4PCC(策略与计费控制)的子功能9＋13消失(PCC完全由P-GW承载).

TDF也存在类似的功能继承和分化,详情参考23.501协议.

3）用户平面功能选择

由于用户面和控制面分离﹐那么对于控制面如何选择用户面则需要制定一定的规则.

首先，S-GW-C只能选S-GW-U,同理P-GW与TDF,只能选择对应模块的用户面.因此:

S-GW-C选择S-GW-U;

P-GW-C选择P-GW-U;3TDF-C选择TDF-U.

对于CP合并的情况(S-GW-C与P-GW-C合并):可以选择合并的UP,也可以选择独立的UP.选择的UP不一定包括所有的功能,可能只是一个子集.

CP选UP要考虑包括:UE的位置信息(位置太远可能不会选择);UP的容量,比如:能支持什么样的功能等等;另外就是UE所需要的特性,根据UE的特性选择对应的用户面功能﹔最后要考虑UP的部署情况(分布式.集中式或者在接入网侧).