5G邊緣計算之會話及業務連續性(SSC)介紹

關鍵詞：5G、邊緣計算、邊緣技術會話及業務連續性

一、4G場景的現狀及存在的問題

4G場景下，移動通信系統網絡架構如下圖所示：

當用戶通過終端設備（UE）連接網際網路，在PDU會話創建流程中，UE與APN（網際網路或其它OTT應用）之間會建立起一個PDN連接，這個PDN連接的用戶面路徑是一條包括UE與eNB（4G基站）之間的Uu口（空中接口）、eNB與SGW之間的GTP-U隧道、SGW與PGW之間的GTP-U隧道在內的端到端用戶數據傳輸通道。隨著用戶設備（UE）的大範圍移動，eNB與SGW都有可能發生切換，但作為業務錨點的PGW始終保持不變，直至本次PDU會話結束，如下圖所示：

在這種情況下，該PGW覆蓋範圍內的所有用戶都通過此PGW訪問APN，此PGW設備很容易成為性能瓶頸，無法滿足高帶寬場景下的業務需求（如高清視頻、VR/AR直播等）。

同時，PGW設備通常為中心化部署，部署於區域級中心，用戶設備必須通過它訪問到APN。這種情況下，處於網絡邊緣的用戶設備到APN的承載網傳輸路徑特別長，數據包在傳輸路徑上經過的設備跳數特別多，必然導致處理時延增加，無法滿足低時延、高可靠場景下的業務需求（如自動駕駛、車聯網、高精度工業控制等）。

二、5G場景的改進及SSC的定義

針對4G場景下存在的上述問題，5G網絡從最初定義的總體網絡架構開始就決定要解決這個問題。5G移動通信系統網絡架構如下圖所示：

5G網絡相對於4G網絡最大的改進是徹底地實現了用戶面與控制面的分離，UPF作為唯一的用戶面網元，可根據業務需求靈活部署。如上圖中的UPF PSA1可以作為區域中心部署的業務錨點，用來滿足廣覆蓋的基本網際網路需求；UPF PSA2可以作為邊緣部署的本地業務錨點，用來滿足本地低時延、高可靠場景下的業務需求。

針對5G UPF分布式下沉部署以及業務應用本地化帶來的會話及業務連續性（Session and Service Continuity）問題，3GPP給出了3種會話及業務連續性管理模式。

1. SSC模式一

PDU會話建立時選擇的PDU會話錨點UPF，不會因為終端用戶的移動而發生改變，即用戶的IP位址保持不變。

2. SSC模式二

當終端用戶採用SSC模式二時，用戶離開原UPF區域，網絡會觸發釋放原有PDU會話及錨點UPF，並指示終端用戶選擇新的UPF與同一DN建立新的PDU會話。

3. SSC模式三

在SSC模式三下，網絡允許在新的PDU會話（新的PDU會話錨點接入同一DN）建立完成前依然保持用戶與原有PDU會話錨點間的PDU會話，此時用戶同時擁有兩個UPF會話錨點和PDU會話，最後釋放掉原有的PDU會話。

可見，SSC模式一與4G場景類似，隨著終端用戶的移動，PDU會話錨點保持不變。SSC模式二，隨著終端用戶的移動，首先斷開原有的PDU會話錨點，再與新的PDU會話錨點建立連接。SSC模式三，隨著終端用戶的移動，首先建立與新的PDU會話錨點的連接，再與原有的PDU會話錨點斷開連接。

三、5G場景下SSC的靈活使用

5G場景下，用戶訪問不同類型的應用時，可以根據業務需求靈活定義不同類型的SSC模式，用戶在發起訪問應用而觸發的PDU會話建立流程時會攜帶SSC模式這個參數。

對於普通的網際網路需求，應用伺服器通常部署在區域中心，可採用SSC模式一，即隨著終端用戶的移動，UPF始終保持不變。此類應用對帶寬與時延都沒有特別高的要求，應用伺服器中心化即可滿足要求。場景示意圖如下圖所示：

對於高帶寬業務場景需求（如高清視頻、VR/AR直播等），應用伺服器通常部署在邊緣DC，可採用SSC模式二，即隨著終端用戶的移動，先斷開與原有UPF的連接，再建立與具有相同應用伺服器出口（N6）的UPF的連接。此類應用雖然對帶寬有較高要求，但短暫的業務中斷所導致的視頻播放緩衝或卡頓不會造成對整體內容的理解。場景示意圖如下圖所示：

對於低時延、高可靠業務場景需求（如自動駕駛、車聯網、高精度工業控制等），應用伺服器通常部署在本地DC，推薦採用SSC模式三，即隨著終端用戶的移動，先建立與具有相同應用伺服器出口（N6）的UPF的連接，再斷開與原有UPF的連接。此類應用對時延、可靠性具有極高要求，不允許有任何業務中斷。場景示意圖如下圖所示：

對於SSC模式二與SSC模式三，隨著用戶設備的移動，涉及到不同邊緣UPF、MEP及邊緣應用的切換，為了保持用戶會話及業務連續性，需要考慮該用戶專有數據及邊緣應用在不同邊緣節點之間的同步。

可通過路徑「OSS->源MEPM->源MEP->源邊緣應用」獲取該用戶專有數據及邊緣應用等相關信息，再通過路徑「OSS->目的MEPM->目的MEP->目的邊緣應用」遷移用戶專有數據及邊緣應用等相關信息，在切換之前（SSC模式三）或切換之後（SSC模式二）進行用戶數據及邊緣應用的同步，這樣就能實現用戶會話及業務的連續性。

參考資料：

1．3GPP TS 23.401

2．3GPP TS 23.501

3．3GPP TS 23.502