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5G边缘计算之会话及业务连续性(SSC)介绍

互联网 diligentman 1周前 (11-21) 6次浏览

关键词:5G、边缘计算、边缘技术会话及业务连续性

一、4G场景的现状及存在的问题

4G场景下,移动通信系统网络架构如下图所示:

5G边缘计算之会话及业务连续性(SSC)介绍

当用户通过终端设备(UE)连接互联网,在PDU会话创建流程中,UE与APN(互联网或其它OTT应用)之间会建立起一个PDN连接,这个PDN连接的用户面路径是一条包括UE与eNB(4G基站)之间的Uu口(空中接口)、eNB与SGW之间的GTP-U隧道、SGW与PGW之间的GTP-U隧道在内的端到端用户数据传输通道。随着用户设备(UE)的大范围移动,eNB与SGW都有可能发生切换,但作为业务锚点的PGW始终保持不变,直至本次PDU会话结束,如下图所示:

5G边缘计算之会话及业务连续性(SSC)介绍

在这种情况下,该PGW覆盖范围内的所有用户都通过此PGW访问APN,此PGW设备很容易成为性能瓶颈,无法满足高带宽场景下的业务需求(如高清视频、VR/AR直播等)。

同时,PGW设备通常为中心化部署,部署于区域级中心,用户设备必须通过它访问到APN。这种情况下,处于网络边缘的用户设备到APN的承载网传输路径特别长,数据包在传输路径上经过的设备跳数特别多,必然导致处理时延增加,无法满足低时延、高可靠场景下的业务需求(如自动驾驶、车联网、高精度工业控制等)。

二、5G场景的改进及SSC的定义

针对4G场景下存在的上述问题,5G网络从最初定义的总体网络架构开始就决定要解决这个问题。5G移动通信系统网络架构如下图所示:

5G边缘计算之会话及业务连续性(SSC)介绍

5G网络相对于4G网络最大的改进是彻底地实现了用户面与控制面的分离,UPF作为唯一的用户面网元,可根据业务需求灵活部署。如上图中的UPF PSA1可以作为区域中心部署的业务锚点,用来满足广覆盖的基本互联网需求;UPF PSA2可以作为边缘部署的本地业务锚点,用来满足本地低时延、高可靠场景下的业务需求。

针对5G UPF分布式下沉部署以及业务应用本地化带来的会话及业务连续性(Session and Service Continuity)问题,3GPP给出了3种会话及业务连续性管理模式。

  1. SSC模式一

PDU会话建立时选择的PDU会话锚点UPF,不会因为终端用户的移动而发生改变,即用户的IP地址保持不变。

  1. SSC模式二

当终端用户采用SSC模式二时,用户离开原UPF区域,网络会触发释放原有PDU会话及锚点UPF,并指示终端用户选择新的UPF与同一DN建立新的PDU会话。

  1. SSC模式三

在SSC模式三下,网络允许在新的PDU会话(新的PDU会话锚点接入同一DN)建立完成前依然保持用户与原有PDU会话锚点间的PDU会话,此时用户同时拥有两个UPF会话锚点和PDU会话,最后释放掉原有的PDU会话。

可见,SSC模式一与4G场景类似,随着终端用户的移动,PDU会话锚点保持不变。SSC模式二,随着终端用户的移动,首先断开原有的PDU会话锚点,再与新的PDU会话锚点建立连接。SSC模式三,随着终端用户的移动,首先建立与新的PDU会话锚点的连接,再与原有的PDU会话锚点断开连接。

三、5G场景下SSC的灵活使用

5G场景下,用户访问不同类型的应用时,可以根据业务需求灵活定义不同类型的SSC模式,用户在发起访问应用而触发的PDU会话建立流程时会携带SSC模式这个参数

对于普通的互联网需求,应用服务器通常部署在区域中心,可采用SSC模式一,即随着终端用户的移动,UPF始终保持不变。此类应用对带宽与时延都没有特别高的要求,应用服务器中心化即可满足要求。场景示意图如下图所示:

5G边缘计算之会话及业务连续性(SSC)介绍

对于高带宽业务场景需求(如高清视频、VR/AR直播等),应用服务器通常部署在边缘DC,可采用SSC模式二,即随着终端用户的移动,先断开与原有UPF的连接,再建立与具有相同应用服务器出口(N6)的UPF的连接。此类应用虽然对带宽有较高要求,但短暂的业务中断所导致的视频播放缓冲或卡顿不会造成对整体内容的理解。场景示意图如下图所示:

5G边缘计算之会话及业务连续性(SSC)介绍

对于低时延、高可靠业务场景需求(如自动驾驶、车联网、高精度工业控制等),应用服务器通常部署在本地DC,推荐采用SSC模式三,即随着终端用户的移动,先建立与具有相同应用服务器出口(N6)的UPF的连接,再断开与原有UPF的连接。此类应用对时延、可靠性具有极高要求,不允许有任何业务中断。场景示意图如下图所示:

5G边缘计算之会话及业务连续性(SSC)介绍

对于SSC模式二与SSC模式三,随着用户设备的移动,涉及到不同边缘UPF、MEP及边缘应用的切换,为了保持用户会话及业务连续性,需要考虑该用户专有数据及边缘应用在不同边缘节点之间的同步。

可通过路径“OSS->源MEPM->源MEP->源边缘应用”获取该用户专有数据及边缘应用等相关信息,再通过路径“OSS->目的MEPM->目的MEP->目的边缘应用”迁移用户专有数据及边缘应用等相关信息,在切换之前(SSC模式三)或切换之后(SSC模式二)进行用户数据及边缘应用的同步,这样就能实现用户会话及业务的连续性。

参考资料:
1.3GPP TS 23.401
2.3GPP TS 23.501
3.3GPP TS 23.502


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