在5G小基站上部署MEC的意义分析

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　　摘要：将MEC部署在接入层，是最适用于5G时代丰富业务类型的部署方式，针对此种部署方式，小基站是一种非常合适的基站载体。主要结合MEC的业务接入特征与小基站性能特点，探析小基站在面向MEC业务灵活快速部署的重要意义，讨论了白盒化制造工艺下的小基站，可以配置开放的网络架构，为MEC的灵活部署创造条件，以及5G时代来临时小基站规模化部署对其自身产业链带来的重要意义。
　　关键词：5G;边缘计算;小基站;基站部署
　　1   引言
　　作为5G时代的“标配”要求，高带宽、低时延将是网络演进的的主要目标之一，体现在对SDN（Software Defined Network，软件定义网络）和NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）进行虚拟化演进以及核心网功能向基站的下沉[1]。为了实现这一目标，需要将IT服务和云计算服务部署至移动网络的边缘，从而使得移动边缘计算成为了5G的主要关键技术之一。MEC（Mobile Edge Computing，移动边缘计算）将向用户提供计算、存储等服务，并通过实现“靠近用户”来减少业务时延，并支持基于5G网络的低时延业务，提升用户感知[2]。
　　在4G移动网络搭建中，小基站开始逐渐崭露头角，它的信号覆盖范围相比传统宏基站要小很多，覆盖半径往往不足100m，并主要运用在4G流量需求特别高的区域用于数据分流，以提升用户体验。而在5G时代，随着信号频率的进一步提高，借助于自身在发射功率、部署方式、覆盖范围等方面的优势，小基站站必将发挥更大作用，成为一种常用的通信基础设施。
　　本文主要结合MEC的业务接入特征与小基站性能特点，探析小基站在面向MEC业务灵活快速部署的重要意义，以及5G时代来临时小基站规模化部署对其自身产业链带来的重要意义。
　　2   MEC的部署方式
　　进入5G时代后，NFV、SDN等概念将逐渐成为现实，移动互联网将向行业用户开放从而迎来业务的爆发，网络将逐步走向扁平化，实现网络控制面与业务面的分离，运营商可以通过对网络切片模版进行编排，向用户提供有针对性的差异化服务。5G网络在实现控制面与业务面相分离后，需要将网络对业务的处理和运算安排到业务或者子网络的边缘进行，在缩短时延的同时最大限度降低核心网与传输的负担。为此，3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）在5G网络中引入了MEC，并让其成为5G的关键技术之一。通过在网络结构扁平化、可编程化的基础上实现MEC，向用户提供满足其对流量、时延需求的网络服务产品。
　　5G网络的网络架构分为接入层、边缘云、汇聚云、核心云四层，在4G网络中服务器上实现的核心网各网元功能将最终在云平台上实现[3]。而在接入层，基站被拆分为CU（Concentration Unit，集中单元）和DU（Distribution Unit，分布单元），CU部分的协议栈与算法等内容同样可以以云化的方式在接入层或者边缘云上实现。5G网络明确了针对开放体系的PCF（Policy Control Function，策略控制功能）与UPF（User Plane Function，用户面功能），当PFC做出分流的判断后，发送给UPF，再由UPF提供业务转发分流到MEC。对于时延要求高的业务，可以直接在接入云中部署UPF与MEC;对于需要计费、商用化的业务，可以在边缘云或者汇聚云中部署UPF与MEC[4]。
　　对于在边缘云上部署的MEC，边缘云可以通过传输与CU相连，也可以在边缘云上同步部署CU与MEC，并通过5G中传线路与DU相连[5]，由此可见，当MEC部署在边缘云上时，覆盖范围相比MEC部署在接入层会更大，适用于车联网等对移动性有一定要求的场景。对于在汇聚云上部署的MEC，同理其覆盖范围将会更大，承载的业务会更多，适合用于地市级的广域大连接场景;对于在接入层CU上部署的MEC，运算直接在本地发生，业务的时延可以降低到毫秒级，但其覆盖面积相对较小，比较适合移动性不强但对时延要求高的业务，例如AR（Augmented Reality，增强现实）与VR（Virtual Reality，虚拟现实）业务或者其它发生在小范围封闭场景中的业务[6]。
　　由此可见，将MEC部署在接入层，是最适用于5G时代丰富业务类型的部署方式，而针对此种部署方式，小基站则是一种非常合适的基站载体。
　　3   小基站的優劣势分析
　　中国电信和中国联通已经获得3 500 MHz频段试验频率使用许可，中国移动则获得了2 600 MHz和4 900 MHz频段试验频率使用许可，总体来看，5G网络所在频段属于中、高层频段，频段带宽较宽且频率范围相比4G网络有了系统性上移[7]。结合三大通信运营商的频谱规划情况，若要让5G网络实现当前4G网络的覆盖广度与深度，需要的5G宏基站数量将是现网4G宏基站数量的1.5倍至2倍。而这还只是宏基站的网络建设，考虑到现在80%的4G网络流量发生在室内，5G室内网络部署将是更大的开销，因此，在“提速降费”的政策背景下，运营商的现有收入很难支撑其像部署3G网络或者4G网络的时候一样，短时间内完成5G网络的大规模部署。因此，小基站的意义就逐渐体现出来了。
　　小基站的概念实际上在4G网络建设中就已经提出来了，主要用于覆盖补充与流量吸热等细分场景。小基站主要分为微基站、皮基站、家庭基站这三种[8]。微基站功率最高不超过10 W，在无阻挡情况下能够覆盖1 km左右，主要用于在面覆盖层面补充宏基站的覆盖空洞;皮基站功率为百毫瓦级，适用于写字楼、会展中心、机场、高铁站、医院等高价值室内场景;家庭基站功率为十毫瓦级，适用于家庭、办公室、营业厅、会议室等精细化的目标群体。 　　小基站与宏基站的主要区别如下所示：
　　（1）安装环境。5G宏基站需要标准化铁塔、抱杆、机房，主要由运营商向铁塔公司租用;5G小基站不需机房、不需占用点，可以灵活抱杆安装或挂墙安装。
　　（2）配电。5G宏基站需要配备专用UPS或开关电源供直流电;5G小基站一般使用民用交流电。
　　（3）传输。5G宏基站由光缆或者微波接入核心网;5G小基站支持自组织IP网接入核心网，支持流量本地卸载，大大减轻传输与核心网负担，减少扩容压力。
　　（4）安装部署。5G宏基站需要专业的通信施工单位按照国家标准进行安装、开通;5G小基站在极端情况下可以由用户自行安装、开通。
　　（5）建设成本。5G宏基站单扇区成本为五万左右，机房配套成本为數十万或更高;5G小基站单扇区成本数千，几乎无配套成本，总体造价低于传统DAS，可充分利用现有传输资源、站址资源、供电，支持快速实现网络部署。
　　（6）设备功率。5G宏基站多为64通道*200 W;5G小基站主要为4通道1 W或4通道125 mW。
　　（7）设备模式。5G宏基站的基带、射频、天线高度集成，单扇区总重量为50 kg左右;5G小基站的基带、射频、天线同样高度集成，但单扇区总重量最低仅为0.5 kg左右。
　　（8）网络规划与优化。5G宏基站需要设计院规划选址，也需要专业优化队伍进行网络优化;5G小基站可由用户自行决定部署位置，支持自动开站、自动优化，能有效降低运维成本。
　　由此可见，小基站相比于宏基站，对于配套的要求没有那么高，非常适用于现在运营商建站物业协调难的困局，且不需要专业的施工单位，为运营商节省施工费用，同时在网络规划与网络优化层面，同样能够帮助运营商降低运维成本，也更能够针对业务需求实现真正意义的灵活部署，而在物资采购价格方面，小基站相比宏基站更有优势[9]。
　　然而，要推进小基站部署其实并不容易。尽管小基站在4G时代已经问世，但运营商并不热衷于使用，主要有以下几点原因：一是小基站功率低覆盖范围小，在面覆盖层面相比宏基站单位面积造价并不低;二是运营商在设备选用上有一定粘性;三是小基站对KPI指标的改善并不直观;四是主要设备厂商在我国通信行业中拥有较高的市场占有率，其它厂商的小基站产品市场份额偏小，而设备厂商也更愿意引导运营商采购利润更高的宏基站设备。
　　4   基站白盒化有利于小基站部署
　　小基站更靠近用户、更靠近业务的特点，让它相比于其它基站形式，天然适合作为MEC的入口。即便是采用宏基站架构的小基站，例如华为的Lampsite或者中兴的Qcell，通过控制中心单元下辖的PRRU数量与位置，可以通过将MEC部署在CU端，有针对性地控制MEC覆盖范围，覆盖范围内端到端的流量转发、业务处理与运算，都不需要经过核心网，业务实现可以缩减到毫秒级。这样的部署方式非常适合场景封闭的业务，例如机场、高铁站、商业购物中心的AR/VR业务、直播/点播业务等。当然，MEC也可以部署在宏基站上，但宏基站覆盖范围大，范围内的如果业务差异性大，MEC的优势就不能得到很好体现。但由于在现有宏基站CU侧部署MEC往往只需要开通软件功能，边际成本很低，所以预计在2021年基本实现5G网络全覆盖以前，运营商仍主要通过部署宏基站的方式来进行5G网络建设。
　　不过在近日举行的MWC2019世界移动大会上，5G白盒化基站受到业界高度关注，运营商纷纷在展会上发布了自己在白盒化基站探索上所取得的成果。中国电信联合Intel、H3C等企业首次展示完整的基于开放无线接入网概念的5G白盒化室内小基站原型机，中国移动也联合联想、Intel等企业共同展示了业界首个4G/5G双模云化白盒小基站方案。此外，4G时代80%流量产生在室内，而5G时代的室内流量比重与室内网络质量相对与4G时代则会进一步加强，宏基站为主的室外网络部署策略将会越来越不能支撑业务的开展，小基站的规模化部署及小基站上部署MEC将成为大势所趋。
　　针对4G网络复杂的网络拓扑结构与繁杂的网元类型，5G标准对5G的网络架构明确提出了开放化与扁平化的要求，这也为小基站部署MEC打下了基础。小基站一般采用白盒化制造工艺，配置开放的网络架构，能够较容易地与5G时代云化的CU和核心网实现对接，为MEC的部署创造了条件，适合MEC的灵活快速部署[10]。
　　5   小基站的部署有助于存进产业链均衡
　　发展
　　众所周知，运营商无线通信主设备基本上由几大主要设备厂商如华为、中兴、爱立信、诺基亚等所提供，技术壁垒高、体系化要求强。宏基站里的BBU（Building Base band Unit，基带处理单元）加RRU（Radio Remote Unit，射频拉远单元）的组网模式包含了从芯片、算法、协议栈实现、操作系统等多方面技术，并融合集成了多种核心元器件，需要长期技术积累才可能实现，研发成本高昂，中小企业很难再涉足。
　　但小基站的普及会对现有的主设备市场带来强有力的冲击，给市场重新带来活力。研发能力较强的小基站设备厂商既可以在获得授权情况下在模组化的BBU上对协议和算法进行二次开发，对协议与算法进行改进并构建电路，也可以对模组化的射频单元进行额外的配置与调试，例如寻求天线的独立设计。即便是研发能力偏弱的小基站设备厂商，仍然可以将自己研发中心放在小基站外观改进、总装集成等个性化创新上。
　　除此之外，伴随着小基站产业链逐步愈发成熟，可能还会出现出类似于当前宽带网络一样的开放的市场格局，出现一批综合集成能力强的ODM（Original Design Manufacturer，原始设计制造商）与OEM（Original Equipment Manufacturer，原始委托生产商），以贴牌生产的方式为用户或工程总承包企业或上游集成商提供设备;以及产生新的产业链分支，例如面向小基站网络开放平台特点的专业的设备维护与二次开发公司;以及出现可以对核心网进行二次开发的公司，依托网元的云化，提供面向用户的端到端的专有网络定制服务等。 　　由此可见，5G时代的小基站白盒化将给更多的厂商带来进入市场的机会，移动接入市场份额将会重新洗牌，推动产业链均衡发展。
　　6   结束语
　　随着5G时代的到来，IT服务和云计算服务部署至移动网络的边缘，MEC通过实现“靠近用户”来减少业务时延，实现支持基于5G網络的低时延业务。未来80%以上的流量将发生在室内，小基站的低功率特点适合面向室内的网络覆盖，而其功率低、易部署、易优化、易维护、成本低的特点又有利于小基站未来的规模化部署。高密度多形态组网的5G网络部署策略，将天然地使得小基站成为部署MEC的重要平台。
　　5G时代中后期的网络结构将是扁平的、开放的，业务类型将是下沉的、丰富的，更多用户可以共同参与到网络部署中去，让网络更贴近业务、更贴近用户，帮助运营商脱离传统意义的“管道”功能，而更能向用户提供“内容”服务。小基站将给网络建设和运营带来全新的机遇与挑战，而网络与业务的发展又将会给小基站产业链带来蓬勃生机。因此，通信企业提前布局小基站领域，对于其在行业内的可持续发展具有十分重要的意义。
　　参考文献：
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　　[9] 刁兆坤. 5G时代小基站的建设需求及现实考虑要素分析[J]. 通信世界， 2018（14）： 33-35.
　　[10] 李新，彭雄根. 小基站将成5G网络中重要设备形态[J]. 通信世界， 2018（21）： 38-39. ★
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