《多接入边缘计算（MEC）及关键技术》读书笔记 | 第4章 基于MEC的本地分流技术

Posted 2021-07-08 COCOgsta

第4章 基于MEC的本地分流技术

4.1 本地分流技术介绍

4.1.1 需求分析

• 解决发生在移动网络边缘，业务数据流本地产生、本地终结的场景中业务数据流迂回路由带来的问题

4.1.2 LIPA/SIPTO技术介绍

4.1.2.1 应用场景

• 允许用户的数据能够从地理/逻辑更近的节点进行路由转发

4.1.2.2 LIPA/SIPTO技术方案

• 家庭/企业LIPA/SIPTO方案
  • 采用专用的APN来标识需要进行业务分流的PDN，采用原有APN标识其原有公网业务的PDN
  • LGW需要对LIPA以及SIPTO进行路由控制
• 宏网络SIPTO方案
  • SGW与L-PGW间通过S5接口连接，SIPTO数据与核心网数据流先经过同一个SGW，然后采用不同的PDN连接进行传输
  • MM控制用户是否建立SIPTO连接，通过用户的签约信息来判断是否允许数据本地分流
• 需要终端支持多个APN以及网络侧需要升级改造的需求，使得上述方案在实际落地应用方面面临着巨大的挑战

4.2 5G MEC本地分流技术方案

4.2.1 应用功能影响数据路由流程

• SMF根据PCF更新的策略信息，对PDU-CAN会话的用户面采取操作进行重新配置
  • 原有数据面插入/配置一个新的UPF，新的UPF具备UL CL/IPv6多归属分流功能
  • 当采用IPv6多归属分流方案时，为终端用户分配新的IPv6地址前缀
  • 满足通知触发条件时，向AF发送通知消息

4.2.2 UL/CL和BP分支点的添加和删除

4.2.2.1 UL/CL和BP分支点添加

• SMF选择合适的UPF并通过N4接口为PDU会话添加UL/CL或者BP分支点工鞥呢，并提供所需的上行数据流转发规则以及相应的核心网侧隧道信息，用于实现不同数据流转发至会话锚点PSA1和PSA2

4.2.2.2 UL CL和BP分支点删除

• SMF需要更新RAN侧连接核心网的隧道信息，更新为PSA2的地址

4.3 基于MEC的本地分流技术在4G中的应用

4.3.1 设计目标

• 本地业务
  • 基于MEC的本地分流目标是为用户提供一种低时延高带宽的“虚拟的LTE局域网”体验
• 公网业务
  • MEC对所有公网业务数据流采用透传的方式直接发送至核心网；对于特定IP业务/用户先通过本地分流的方式进入本地网络，然后接入Internet
• 终端/网络
  • 基于MEC的本地分流方案无需对终端用户与核心网进行改造

4.3.2 基于MEC的LTE本地分流方案

• 控制面（S1-MME）信令数据
  • 将终端用户的控制面数据采用透传方式发送至核心网
  • 对S1-MME接口部分控制信令进行解析，为用户面数据的分析处理提供信息
• 上行用户面（S1-U）数据
  • 公网业务：原S1-U数据分组透传给SGW，无需处理
  • 本地业务：根据本地分流规则将本地业务IP数据分组转发至本地网络
• 下行用户面（S1-U）数据
  • 公网业务：原S1-U数据分组透传给eNB，无需处理
  • 本地业务：从S1-MME获取用户下行TEID，将用户IP数据分组封装成GTP-U数据分组发送给eNB

4.3.3 基于MEC的LTE本地分流方案可行性分析

4.3.3.1 附着流程

• MEC平台仅需通过对Initial UE（用户初始化）、Initial Context Setup Request（初始上下文建立请求）以及Initial Context Setup Response（初始上下文建立响应）消息的解析，可以获得用户相关的上下文信息，尤其是用户的下行TEID
• MEC平台通过S1-U用户面数据分组解析获得该用户的IP地址与上下行TEID的对应关系

4.3.3.2 业务请求流程

• 用户的业务请求分为用户（UE）发起和网络（MME）发起，分别对应用户主动发起上行业务和网络侧有下行数据业务到达，通过先寻呼用户然后再由用户发起业务请求的方式

4.3.3.3 切换流程

• S1切换
  • MEC平台所需的用户上下文信息，尤其是下行TEID的获取与源eNB是否在MEC区域内无直接关系
• X2切换
  • X2切换不经过MEC平台，但用户完成X2切换后，目标eNB需要在MME的控制下完成数据传输路径的切换流程，MEC平台可以通过Path Switch Request（路径切换请求）和Path Switch Request Ack（路径切换请求确认）解析获取用户上下文信息。

4.3.4 基于MEC的LTE本地分流技术的挑战

• MEC平台旁路功能
  • 需要自动启用旁路功能，使基站与核心网实现快速物理连通，不经过MEC平台
• 计费问题
  • 对于本地业务流量如何计费成为该方便落地商用需要考虑的问题
• 公网业务与本地业务的隔离与保护
  • 如何通过相应的策略实现本地业务与公网正常业务之间的隔离
• 安全问题
  • LTE移动网络安全、本地网络安全以及信息安全需要进一步研究

4.4 基于MEC的本地分流技术概念验证

4.4.1 概念验证环境

• 只需要将访问本地服务器IP地址的数据流进行本地分流，其余正常的公网业务依然通过核心网
• 概念验证是基于实际的LTE现网室内环境进行的

4.4.2 评估步骤及分析结果

• 吞吐量
  • MEC技术可以不影响正常公网吞吐量的情况下，实现业务的本地化部署以及本地分流
• 网络端到端时延
  • 引入MEC，端到端业务时延不超过17ms

4.5 小结

• 本地分流是实现5G网络业务应用本地化、近距离部署等目标的先决条件，也是MEC最基本的功能特性之一。本章首先从现网中的实际业务场景出发，给出了本地分流的技术需求以及现有3GPP的LIPA/SIPTO方案介绍。考虑到现有方案的局限性，本章详细介绍了基于5G MEC的本地分流技术方案以及基于MEC的本地分流方案在4G中的应用可行性分析与面临的问题。最后，考虑到5G技术还在研发中，本章基于LTE到测试验证环境，评估了基于MEC本地分流技术的性能。
• 未来面向5G多种业务场景，如何根据业务需求，制定高效的数据流识别方法、本地业务分流规则等成为基于MEC本地分流下一步首先要解决的技术问题。其次，在MEC本地分流场景下，如何实现本地数据流/内容的计费、合法监听以及差异化策略控制是基于MEC的本地分流方案落地部署必须要解决的问题。