边缘计算在5G系统架构中的定义

在3GPP的SA2中,23.501协议定义了5G的系统架构,如图13所示.未来5G是基于服务化架构的,它需要支持的功能包括CP和UP的分离、网络切片、能力开放、本地路由等功能.

采用这一基于服务化的架构,作为统一基础架构,意味着5G网络真正走向开放化、服务化、软件

化方向,有利于实现5G与垂直行业融合发展.这种基于“服务”的架构设计方式使得5G网络真正面向云化设计,具备多方面优点﹐如便于网络快速升级、提升网络资源利用率﹑加速网络新能力引入﹐以及在授权的情况下开放给第三方等.所定义的功能主要有:用户平面功能(user plane function，UPF)、会话管理功能( session management function，SMF)等网元模块,同时在各个模块之间,还定义了相应的接口.接口情况如图14所示,从Nl～N15,如图14所示.

该架构所要完成的功能非常庞杂,包括诸如:注册管理﹑连接管理、会话管理、服务质量管理、用户面管理等功能.其中有关支持边缘计算的功能,专门在文献[7]的5.13节中列写,其所定义的边缘计算的内容如下:

边缘计算能够让运营商和第三方服务部署在临近UE接入点的地方.所以,这可以获得更有效的服务递交以及缩短端到端的延迟,同时传输网的负载也降低了.5G核心网选择一个UPF靠近UE,同时执行流量定向﹐从 UPF到本地数据网(经过N6接口).这可能会基于UE的签约数据、UE位置、策略或者其他相关的流量规则.这里其实就是定义了流量分流,边缘计算的一个关键功能就是将流量疏导到本地.

由于5G是服务化架构、边缘计算的平台需要开放给第三方APP,所以核心网需要将部分网络能力开放出去,这也是构建边缘计算生态的重要组成部分.APP是否被允许直接与控制面网络功能交互决定于运营商的部署.

下面是协议中定义的5G将支持的边缘计算功能:本地路由.5G核心网选择UPF来路由用户流量到本地数据网.

流量定向.5G核心网选择流量被路由到APP(在本地数据网).

3会话和服务连续性,以支持UE和APP移动性.4用户面选择和重选,比如基于APP功能的输入.一个APP功能,可能影响UPF面的流量疏导以及UPF的选择.

网络功能开放(network exposure function，NEF).主要包括5G核心网和APP的相应功能,用以提供信息经过NEF.

⑦服务质量和计费.策略和控制功能( policycontrol function，PCF)提供规则用于服务质量控制,同时计费被本地数据网转发的流量.

支持本地数据网.5G核心网提供支持连接本地数据网(local data network，LADN)在特定的区域.

详细的系统流程和细节以及有关会话建立等步骤可以参考23.502协议﹐但是有些细节流程仍然在制定过程中.另外,有些系统流程同LTE现有流程基本保持一致,并没有做太大的改动,详细的分析还需要后续协议版本的更新.

在文献[15]中也介绍了一些基于核心网侧的分流方案﹐也支持数据分流的相应功能﹐可以提供参考.LoRa网关

3.3业务连续性方案分析

在23.501中,定义了有关业务连续性的方案，该方案与边缘计算关系比较密切的.边缘计算中需要保证业务的连续性,目前定义了3种业务连续性方案:SSC1,sSC2与 SSC3.本节所提到的有关上行分类器( uplink classifier)和多归属( multi-homing)的内容将在3.4节的流量疏导中介绍.

对于会话和服务连续性的支持(在5G系统中)能够对于给UE的不同应用/服务满足不同连续性的需求.5G系统支持不同的会话和服务连续性( service and session continuity，sSC).与SSC模式相联系的一个协议数据单元( protocol data unit,PDU)会话锚点,在整个PDU会话的生存时间内是不会改变的,主要是3种:

1 ) ssC Model.UE移动过程中,无论UE所采用何种接人技术﹐PDU会话建立时的锚点UPF保持不变.这种模式类似于LTE网络中公共数据网(public data network，PDN)锚点不变更的方式.此时UEIP不会发生变化.

2) sSC Mode2.当终端离开当前UPF的服务区域,网络会触发释放掉原有的PDU会话,指示UE立即建立与同一数据网络的新的PDU会话.建立新会话时,可以选择一个新的UPF作为PDU会话Anchor UPF,此时需要保证新建立的会话信息和原会话信息的UEIP相同.

3) sSC Mode3.当终端离开锚点UPF的服务区域,保持原有的PDU会话及锚点UPF,同时通

过选择新的锚点UPF,并在该锚点UPF上建立新的 PDU会话,此时UE同时拥有到2个锚点UPF的PDU会话,最后释放掉原有的PDU会话,在这个过程中UEIP保持不变.

SSC模式选择策略,应该被用于决定会话类型和服务连续模式,与应用或应用组相关联的服务连续性模式,提供给UE.运营商可以通过提供UESSC模式选择策略.这个策略包括一个或者多个sSC模式选择策略规则，可以被UE使用来决定SSC模式类型,与应用或者应用程序组相关联.这个策略包括一个缺省SSC模式选择策略规则,适用于UE的所有APP.