面向汇聚层边缘云的IP承载网络总体架构和技术要求

本文件规定了面向汇聚层边缘云的IP承载网络总体架构和技术要求，包括面向汇聚层边缘云的IP承载组网要求、网络参考体系和技术特征、接口、QOS保障、安全、运营支撑、演进等技术要求。本文件适用于面向汇聚层边缘云的IP承载网络的规划和建设，同时，也适用于相关网络设备的研制、开发和技术引进2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件，不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件GBT22239-2019信息安全技术网络安全等级保护基本要求3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1汇聚层边缘云aggregationlayeredgecloud汇聚层边缘云是位于电信网络本地传输汇聚节点的，支持固移综合业务的边缘云。汇聚层边缘云可以部署各类业务应用，为固移用户提供低时延、大带宽、高可靠的多接入边缘计下列缩略语适用于本文件。应用程序编程接口ApplicationProgrammingIntAR增强现实资源分配保持优先级AllocationandRetenti宽带联盟宽带远程接入服务器BroadbandRenoteAccessServer营帐系统内容分发网络承诺信息速率CommittedInfornationR字段优先级客户端设备CustomerPrenisesEquipment核心路由器计费网关数据中心Diameter路由设备DiameterRouting差分服务代码点增强移动宽带enhancedMobileBro保证比特速率GuaranteedBitGPON业务虚端口GPONEncapsulationModePORT第三代合作伙伴项目t基础设施即服务Infrastructure基于IP的访问网络IP-ConmectivityAccessNetIP无线接入网InternetProtocolRadioAccess本地计费话单文件Local-ChargingDataRe最大比特速率MaximnBit多接入边缘计算多业务网关MultipleServicNEF网络开放功能NetworkExposureFunctiNFV网络功能虚拟化NetworkFunctionVirtualization光线路终端OpticalLineTer运营支撑系统OperationSuppo互联网厂商策略控制功能PolicyControlFu策略和计费规则功能共用数据网络网关QoS保障等级服务质量表述性状态转移RepresentationalStateTrans软件定义网络交换机业务路由器服务商VLANServiceProvider用户面功能5面向汇聚层边缘云的综合IP承载网络5.1.1综合业务接入要求汇聚层边缘云节点多业务接入对承载网络的融合提出了新的需求。随着移动智能终端的普及和应用，移动智能终端既可以通过4G/5G基站的移动网络接入，也可以通过家庭宽带+WiFi固网接入。为了对不同接入方式的固、移业务同时提供高品质边缘云体验，固定、移动通信网络需要考虑综合IP承载。5.1.2用户面下沉汇聚层要求汇聚层边缘云4G/5G业务移动性管理、计费管理、安全管理，对核心网部署提出了新要求。为了保证移动终端在不同位置能够就近访问边缘云，4G/5G核心网U面需要同步部署在边缘云对应的汇聚节点，46/5G核心网U面同步部署在汇聚层同时可以满足业务计费、安全需要。接入汇聚层边缘云的用户数量和宽带业务种类发展存在不确定性，根据网络可扩展性原则，面向汇聚层多业务边缘云的综合IP承载网络可基于SDN/NFV技术，将网络建设成为组网灵活、易扩展的弹性网络，随着业务及网络的需求变化，充分留有网络扩展余地。5.1.4兼容性要求基于技术先进性和成熟性原则，网络内可实现多种传输技术IP/SDH/WDN并存，可同时完成对移动数据业务及固网宽带业务多种现有技术及后续新生技术的升级。5.1.5开放性要求面向汇聚层多业务边缘云的综合IP承载网络技术符合通用标准，避免个别厂家的私有标准或内部协议，确保网络的开放性及互联互通，满足信息准确、安全、可靠地交换传送的需要。所选择的网络设备应有开放的接口，拥有良好的维护、测量和管理手段，提供网络统一实时监控的遥测、遥控的信息处理功能，实现网络设备的统一管理。面向汇聚层多业务边缘云的综合IP承载网络，需要向大量用户提供不同的业务类型固定宽带业务、移动数据业务，网络应提供良好的业务管理能力，支持对宽带用户的接入管理身份认证、地址管理、计费管理及QoS保障等，确保网络的可运营性5.1.7管理性要求根据IP网络的分层网络架构的特点，面向汇聚层多业务边缘云的综合IP承载网络，可通过SDN/NFV技术实现对承载业务的转控分离，用于管理网络端到端编排协同及QOS保障，通过API接口实现对SDN控制器及转发设备的协调，可实现统一的网络业务调度和管理，降低网5.1.8增值性要求面向汇聚层多业务边缘云的综合IP承载网络，考虑到企业发展及竞争的需要，网络建设应充分考虑业务的扩展能力，针对不同的用户需求可提供丰富的宽带增值业务，使网络可持续盈利。5.1.9安全可靠性要求面向汇聚层多业务边缘云的综合IP承载网络，应充分考虑整个网络的稳定性，支持网络节点的保护和线路保护，提供网络安全防范措施。5.2面向汇聚层边缘云的IP承载网络参考体系面向汇聚层边缘云的IP承载网络参考体系参见图1.。包括汇聚层综合承载网转发面、汇聚层综合承载网控制面、汇聚层边缘云、MEC应用、移网接入网、固网接入网、业务编排。tf心网，再由GI/SGI路由器接入互联网，转接层级达到7至9跳。通过将包含第三方热点应用的内容部署在汇聚层边缘云。对于访问热点内容的移网和固网业务请求，由汇聚层边缘云就近提供服务，减少了汇聚以上层次网络的带宽占用。汇聚层边缘云有效改善了网络侧指标，对eMBB类时延、速率要求较高的业务是很好的选择，具有良好的商业应用前景。以视频点播为例，视频CDN热点命中率和每天播放次数有关，播放次数达到10万(次/每天),网路指标改善效果更好。逆推CDN部署位置，汇聚层较为合适汇聚层边缘云的部署，既保障了用户保障体验，又兼顾了网络投资效益。5.3.2多业务接入汇聚层边缘云当前各类移网和固网业务的控制和承载都是通过独立的网络来实现，建设、管理、维护无法做到资源的统一整合调度，造成投资效率低、维护成本高。本系统架构统一考虑了宽带专线、4G、5G等多业务的接入承载，极大提升了网络效用引入SDN网元MSG-U(多业务接入网关转发面)实现综合业务统一承载，对移动回传网、固网承载网进行了整合重构，实现各类移动和固定接入IP业务流量在承载网汇聚层的汇合和差异化服务，为多业务接入部署创造了网络环境。移网及固网所有业务在汇聚层边缘云由MSG-U(多业务汇聚网关U面)统一接入。移网业务网关采用分布式部署，将UPF、S/PGW-U(移网数据业务服务网关U面)下沉至汇聚层边缘DC,通过MSG-U接入互联网。5GC、S/PGW-C集中部署，负责移动业务控制：MSG网元转控分离，控制层由集中部署的MSG-C(多业务汇聚网关C面)统一负责。5.3.3云网一体化部署满足移动性、计费、安全需求汇聚层部署面向边缘云的IP承载网络，很好地满足了边缘云接入、安全、计费、Qos保障等方面的需求。移动终端在边缘云服务区域内的基站之间移动不会改变提供服务的边缘云服务。当终端移动到另一个边缘云覆盖区域，由于UPF、S/PGW-U面同步部署在该边缘云对应边缘汇聚节点，移动终端会通过指向UPF、S/PGW-U面，访问对应的边缘云，从而实现跨边缘云的自动切换，实现移动性管理在现有网络架构下。移动用户计费功能由核心网负责，移动边缘计算在网络边缘就进行流量卸载，这使得计费功能不易实现。而通过将UPF、SPGW-U网元下沉到汇聚层边缘节点，在边缘节点直接生成话单，解决了边缘计算的计费功能。在汇聚层边缘云部署相关安全防护策略，实现对MECICDN服务器及相关业务的全面防护。MEC的安全是应用的前提，包括物理端口隔离、逻辑端口隔离、防火墙安全控制以及接入控制。提升了汇聚层边缘云的安全性。5.3.4端到端统一编排进行业务配置在汇聚层的汇聚层综合承载转发面、IT云、MEC应用采用端到端的自动化控制技术。并通过业务编排协同器实现业务的端到端智能化部署，开放网络能力，使用户可自助进行网络的开通、调整及运维监控，打造互联网化体验：提供高可靠、高安全的业务体验。汇聚层综合承载转发面/控制面：根据IP网络的分层网络架构的特点，通过SDNNFV技术实现对承载业务的转控分离，通过API接口实现对SDN控制器及转发设备的协调，可实现统一的网络业务调度和管理，降低网络运营成本。通过业务编排器，实现网络跨层/跨域统一管控，南向兼容存量和三方网络，支持全程全网业务敏捷打通。IT云方面通过业务编排器对边缘云内的物理和虚拟IT基础结构进行集中管理，实现资源规划部署，动态优化及业务编排，包括对边缘云的IT资源池(如计算能力，存储及网络等)进行管理。以及对虚拟化技术提供支持。MEC方面：通过业务编排器实现数据平面控制，API使能控制，资源使用统计及第三方业务部署管理。一方面，支持运营商及第三方用户通过基于Web的控制面板手动选择和配置资源，或者提供API支持基于编程方式的选择和配置服务。另一方面，根据MEC平台的实际运行状况，基于预先设定的规则，对汇聚层边缘云进行动态实时控制。6面向汇聚层边缘云的IP承载网络接口技术要求6.1编排器接口为了保障用户访问汇聚层边缘云的业务体验，需要使用编排器。编排器南北向、东西向接口，可根据不同厂家的接口规范灵活适配，提高开发效率，缩短业务响应时间：编排器接服务开通系统综合网管系统住一级各设备厂商第三方应用资源管理系统二二Mml:多路访问边缘协调器和OSS之间的Mml参考点用于触发MEC系统中MEC应用程序的实例化和终止。Mm2:OSS和MEC平台管理器之间的Mm2参考点用于MEC平台配置，故障和性能管理。Mm3:多访问边缘协调器和MEC平台管理器之间的Mm3参考点用于管理应用程序生命周期，应用程序规则和要求，并跟踪可用的MEC服务。Mm4:多访问边缘协调器和虚拟化基础架构管理器之间的Mm4参考点用于管理MEC主机的虚拟化资源，包括跟踪可用资源容量以及管理应用程序映像。Mm5:MEC平台管理器和MEC平台之间的Mm5参考点用于执行平台配置，应用程序规则和要求的配置，应用程序生命周期支持过程，应用程序重定位的管理等。Mm6:MEC平台管理器和虚拟化基础结构管理器之间的Mm6参考点用于管理虚拟化资源，例如实现应用程序生命周期管理。Mm7:虚拟化基础架构管理器和虚拟化基础架构之间的Mm7参考点用于管理虚拟化基础架构。Mm8:用户应用程序生命周期管理代理与OSS之间的Mm8参考点用于处理设备应用程序对在MEC系统中运行应用程序的请求。b)与外部实体有关的参考点Mxl:OSS和面向客户的服务门户之间的Mx1参考点被第三方用来请求MEC系统在MEC系统中运行应用程序。Mx2:设备应用程序使用用户应用程序生命周期管理代理和设备应用程序之间的Mx2参考点来请求MEC系统在MEC系统中运行应用程序，或将应用程序移入或移出MEC系统。仅在MEC系统支持时可用。c)与MEC平台相关的参考点Mpl:MEC平台与MEC应用程序之间的Mpl参考点提供服务注册。服务发现以及对服务的通信支持。它还提供其他功能，例如应用程序可用性，会话状态重定位支持过程，流量规则和DNS规则激活，对持久性存储的访问以及一天中的时间信息等。此参考点可用于使用和提供特定于服务的功能。Mp2:MEC平台和虚拟化基础结构的数据平面之间的Mp2参考点用于指示数据平面如何在应用程序，网络，服务等之间路由traffe。未进一步指定此参考点。Mp3:MEC平台之间的Mp3参考点用于MEC平台之间的控制通信。第15页级ARP以及承载带宽等。PCF/PCRF支持根据标准接口相关参数下达QoS策略给化既f边缘云A的业务接入层也保留了业务应用当前的实时状态信息(包括当前服务的终端ID标识号，业务应用的程序进程进度信息，业务应用的中间过程计算结果信息等)。同时，业务应用的核心控制层和边缘接入层进行业务控制消息交互，核心控制层也保留了业务应用当前的实时状态信息(当前提供服务的边缘接入层的ID标识号和终端ID标识号的映射关系):e)当终端从边缘云A的服务区域移动到边缘云B的服务区域时，移动核心网UPF、S/PGW-U将流量送往多业务接入网关MSG,多业务接入网关MSG通过路由配置，将业务应用的流量就近送往边缘云B,终端向边缘云B的边缘接入层发起业务接入请求，并上报实时状态信息：d)边缘云B的业务接入层，通过分析终端上报的实时状态信息(包括当前为终端提供服务的边缘云的边缘接入层的ID标识号，业务应用的程序进程进度信息，业务应用的中间过程计算结果信息等),检测到为终端提供服务的边缘云服务区域已发生变化：e)边缘云B的边缘接入层随即向核心控制层上报业务请求消息，核心控制层随即通知边缘云B上的边缘接入层从边缘云A的边缘接入层同步该终端运行的业务应用的相关状态信息(业务应用的程序进程进度信息，业务应用的中间过程计算结果信息等)并继续提供服务。随后核心控制层和边缘云B的边缘接入层进行后续业务控制消息交互，并且更新业务应用当前的实时状态信息(当前提供服务的边缘接入层的ID标识号和终端ID标识号的映射关系)。从而让终端在边缘云B的服务区域能享受到相同品质的、延续性的服务。f)特殊情况下，当终端在边缘云A和B的边界服务区域之间发生频繁切换时，为了降低由此引起的频繁消息交互，边缘云A和B的边缘接入层应设定在一定的时间内，同时保留和维护该终端运行的业务应用的实时状态信息，并在终端和边缘接入层对业务应用的内容提前做好缓存(比如对高清视频内容提前缓存),当边缘接入层判断终端处于边界频繁切换的场景下时，应直接从本地调用缓存资源提供服务，以减少边缘接入层之间状态同步消息的数量和频率。8)当终端从边缘云B移动到其它边缘云时，移动性管理业务流程参考以上步骤描述。9.2计费方式在现有网络架构下，移动用户计费功能由核心网SGCPGW负责。移动边缘计算平台将网络服务功能下沉到网络边缘，在网络边缘就可以进行流量卸载，这使得计费功能不易实现将UPF、S/PGW-U网元下沉到边缘DC,在边缘DC直接生成话单，解决了边缘计算的计费目前3GPP对于MEC计费相关接口尚没有明确的标准化建议。以本地分流为例，可以考虑的是采用UPF、S/P-GW与MEC联合计费方案。a)终端与移动网络之间建立IP-CAN(基于IP的访问网络)会话，UPF、S/P-GW为IP-CAN承载分配ChargingID,并指示MEC计费模块进行本地流量计费。其中，指示消息中包含ChargingID、终端标识(包括IMSI、IP地址)、终端位置(如小区标识)等：b)MEC计费模块接收指示消息，建立ChargingID与终端标识的绑定关系；c)MEC计费模块周期性或由事件触发的对ChargingID绑定的终端按要求进行本地业务流量统计，并生成本地话单Local-CDR(本地计费话单文件)。其中，Local-CDR的信息包括本地区域标识、应用标识、流量信息(如使用时长、使用量)等：d)MEC计费模块与CG(计费网关)之间传送LS/P-GW地址，对于相同终端的话单进行合并处理。e)在CG合井后的话单中，包括通过UPF、S/P-GW出局的远端业务流量和MEC本地流量。基于终端和边缘应用两个统计维度，BSS系统可以实现针对MEC本地流量的计费9.3业务调度流程通用的业务交互流程见图9,OTT业务调度服务器将业务请求调度到汇聚层边缘云进行处理的简要流程如下：图9汇聚层边缘云业务调度流程(1)终端用户访问某业务域名，向OT