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MEC业务连续性 助力无限制空间移动

2020年6月4日 11:23  CCTIME飞象网  

电信云及核心网产品规划经理 毛磊

5G万物互联,催生了众多类似云XR、云游戏、V2X、无人机巡检等新兴应用。这些低时延和高带宽的业务要求数据能够在本地消化,一跳入云和网,而传统集中式的算力处理模式难以满足5G新应用差异化的需求。

MEC作为5G的核心技术之一,是云计算向边缘的延伸,可以在接近数据侧提供低时延的连接和海量的计算能力。算力通过中心云下沉到用户边缘,结合云边协同显著提升网络效率、用户体验、降低响应时延。随着5G/IoT的成熟商用,MEC具备低时延、低成本、优算力的特性,将成为新兴的热点技术,使能5G新商业。

MEC移动性难题

低时延高速移动性的业务,要求端到端的超低时延,还要求网络通信具备高可靠性和可用性的特性。传统TCP/IP网络标识(包括身份标识、位置标识等)和IP绑定,在移动通信网络中最直接的体现就是位置标识和IP地址绑定,即终端所在的位置确定了对应的IP地址。当用户从一个小区移动到另一个小区,涉及重定位和切换,移动锚点的变化对应IP地址的改变,会对应用时延和可靠性造成影响,应用也需要重新放置到贴近用户的位置,连接点的切换和MEC重定位会导致较高的时延。

边缘移动性作为MEC的一个重要特性,为边缘高速移动业务的连续性提供支持,当应用在网络中移动超出了当前MEC服务覆盖范围时,涉及到了跨MEC之间的切换,此时IP地址变化会影响终端业务的QoE(Quality of Experience),对于要求超低时延和高可靠性的应用是不可接受的。因此为了支持低时延应用的移动连续性,MEC移动性需要能够解决以下难题,从而将切换引起的时延降到最低,甚至达到无缝水平:

● 网络侧:实时保证网络连接的高可靠和IP会话的连续性,应用的移动性感知,实时和超精准的重定位,并能将网络状态信息开放出去;

● 应用侧:上层应用平台能够做到在业务忍受的中断时间范围内完成应用层的业务迁移(例如XR业务通常需要应用平台切换能够做到20ms以内),采用无状态设计做到应用和数据分离,数据独立迁移,保证源和目的一致性,应用本地加载可降低有状态的数据在跨MEC平台迁移时的同步,降低对源和目的CPU一致性的要求;

● 应用和网络协同:网络感知应用的位置变化时通知应用平台,通过应用平台和网络协同快速在目标MEC节点上分配新应用实例,实现新UPF锚点和目标应用的位置一致性;

3GPP移动会话连续性探索

3GPP从网络侧角度出发,定义了三种SSC mode(Session and Service Continuity Mode)会话和服务连续模式。

● SSC mode1:始终保持PDU会话建立时的锚点UPF不变;

● SSC mode2:网络触发PDU会话的释放,并指示UE立即建立到同一PDN的PDU会话连接;

● SSC mode3:网络在释放先前的PDU会话之前,先建立到同一PDN的PDU会话连接;

SSC mode1移动锚点固定的方式,终端IP地址不变化,在移动过程中,流量存在迂回,传输时延大,满足不了低时延业务需求。SSC mode2/3移动锚点变化的方式,终端IP随锚点变化,业务链接存在拆链和重建的过程,业务连续性、可靠性难保证。因此,通常Voice/HTTPS加密类业务采用SSC mode1,需要移动性和低时延的业务则需要上层应用结合SSC mode2/3解决移动业务连续性。

此外,3GPP R16 uRLLC支持双连接来构建高可靠低延迟网络,冗余用户面路径机制,实现PSA(PDU Session Anchor)重定位、UL CL(Uplink Classifier)重定位等移动性流程中的用户会话连续性增强。通过端到端用户面冗余方案,在应用层进行数据报文的复制和消除重复报文,相同的数据报文在两个PDU会话间进行传输,基站利用双连接或者CU/DU技术,将两个PDU会话通过两个不同基站实现冗余数据传递,满足数据通信的高可靠性。

图1:基于双连接的端到端用户面冗余方案(双PDU会话)

中兴通讯MEC业务连续性优化方案

车联网是一种典型的MEC高速移动连续性业务,场景包括车路协同安全辅助、自动驾驶协同感知控制、交通管理等,移动性强、低时延、云边协同和网络高可靠是车联网的核心。

表1:V2X场景和关键需求

对于这类在高速移动网络中的低时延应用,除了下沉到MEC部署,还涉及多个MEC之间业务连接的连续性,应用实例跨MEC的快速实例化和状态信息同步也至关重要。在高速移动过程中,不论是太迟/太早定位,还是重定位到错误的MEC节点,都是不可接受的。

中兴通讯MEC业务连续性优化方案,通过网络侧和应用侧之间的协同机制来加快和优化应用跨MEC的切换处理,以满足低时延、空间无限移动的业务场景需求。上层应用侧结合网络侧SSC mode2/3能力来解决移动性和低时延业务的连续性,并采用uRLLC双连接特性保障高可靠。当高速、低时延的业务需要跨MEC切换时,网络侧实时感知并上报终端的位置、状态等信息,应用平台通过网络侧的信息提前在目标MEC上创建新的应用实例,并同步应用上下文信息,完成到目标MEC新的应用实例的切换。从而解决低时延、高速移动过程中因PDU会话锚点导致UE IP地址变化后上层业务连续性的问题。

图2:MEC高速移动业务连续性解决方案

高可靠保障:结合uRLLC双链路特性,采用双PDU session不同切片,UE和DN间使用两条独立的网络路径,一条路径上任意网络节点故障,UE和DN间数据帧零丢失;

跨MEC快速实例化:支持承载容器化边缘网元和IT业务,应用跨MEC切换时,能够在目标MEC上快速分配新的应用,秒级实例化;

减少状态信息的同步:提供PaaS公共组件,助力第三方应用无状态设计,使上层应用更轻薄。无状态边缘应用的移动,不需要传递终端的状态信息给目标的MEC应用实例;

高精度定位:精准的感知应用位置信息,基于AI的移动轨迹预测,并通过标准化接口开放网络的实时状态信息,包括无线网络信息、位置信息、用户信息等;

MEC和移动应用的融合:MEC为应用提供辅助计算、数据存储等支持,满足实时交互的应用,对于应用平台中心控制系统移至集中部署,进行统一调度和决策;

中兴通讯携手第三方应用和科研机构一同探索MEC业务的连续性,通过网络侧和应用侧之间的协同处理机制,共同解决在移动过程中业务连续性问题,助力工业互联、XR等场景实现对未来网络高带宽、低时延、高可靠、无限制空间移动的需求。

编 辑:孙秀杰
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