TSAC在腾讯云5G边缘计算“一体化中心”的应用

鹅厂网事

发布于 2020-12-21 10:40:14

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5G边缘计算技术需求

随着5G时代的到来，许多应用场景被打开，例如高清视频、云游戏、AR/VR、工业控制、远程医疗等个人及行业应用。5G为单用户提供几十兆甚至上百兆的速率，如果所有数据都回传到云端分析终结，既增加时延，也给网络带宽成本带来极大的压力。因此5G业务不会完全终结在核心网后端的中心云平台。

边缘计算作为5G的关键技术之一，将为用户和设备提供新的网络边缘“云”服务和计算环境，将具有高带宽、低时延、本地化需求的业务下沉到网络边缘，解决时延过大、汇聚流量过大、带宽成本高等问题，为业务和服务创新提供新的可能。例如，云游戏要求低时延网络传输，业务需部署在边缘才能满足需求；高清视频等大流量业务，CDN和边缘计算结合，进一步提升用户体验，降低对中心侧带宽传输压力；行业应用数据本地闭环，边缘计算满足数据不出厂和安全需求。

一. 腾讯5G边缘计算一体化中心

在5G与边缘计算领域，腾讯云研发了边缘计算机器ECM、边缘接入与加速平台TSAC、物联网边缘计算平台IECP、AIoT物联网关等产品，构建5G云边缘计算和用户现场级5G智能边缘计算能力，为客户构建基础平台，加速5G业务发展和创新。腾讯与移动、电信等运营商，在滨海总部搭建了5G边缘计算“一体化中心”，结合腾讯自研TSAC、ECM、mini T-block、星星海服务器、交换机等产品能力，融合5G、边缘计算、QoS加速、切片专网等技术，提供可交付的5G边缘计算整体解决方案。目前此一体化中心正式对外开放，支持腾讯云游戏、4K/8K直播、超高清视频、机器人控制等5G业务体验。

图1：腾讯5G边缘计算一体化中心落地腾讯滨海总部大楼

二. 腾讯5G TSAC技术解读

本文将重点介绍腾讯5G边缘计算一体化中心的关键技术之一TSAC。TSAC（Tencent Smart Access Connector）边缘接入与加速平台，部署在5G边缘计算一体化化中心内，负责与运营商5G网络以及腾讯业务的网络对接和协同，实现5G边缘流量接入、QoS/切片网络加速、安全接入及5G LAN行业通信等功能，满足5G用户就近接入边缘业务及行业应用的通信需求。

2.1.TSAC提供5G 边缘接入服务

边缘分流方面，TSAC通过与运营商5G网络的协同，结合本地DNS技术，让特定域名、特定IP的流量从边缘UPF分流，使5G用户就近访问边缘计算中心内业务，大大缩短用户通过互联网访问业务的时延，减轻互联网传输带宽的压力。

图2：5G边缘计算流量路径

本地域名服务LDNS方面，5G UPF采用下沉和分布式部署，具备支持边缘计算的能力。而传统4G时代的DNS服务器部署位置较高，所以业务调度系统无法判断用户DNS请求来源，故无法将用户调度到就近的边缘计算节点。虽然通过在边缘UPF上静态配置服务IP可以实现分流，但这种方式不够灵活，不具备商用的条件。为了满足5G边缘计算业务更精准、更灵活的调度需求，TSAC网关随边缘应用下沉部署在边缘计算中心，连接5G UPF和服务提供商的权威域名服务器，具备DNS请求/应答转发、DNS应答解析和缓存，分流规则注入等功能，结合运营商提供的DNS重定向和分流API，可实现业务的动态分流功能，满足业务更精准、灵活的调度。

执行过程主要包括预配置、域名解析、业务分流三个阶段：预配置阶段，由应用方在权威DNS中配置调度规则，同时通过TSAC控制器分别向TSAC网关和运营商网络下发域名白名单、权威DNS地址，DNS请求重定向等规则；域名解析阶段，边缘UPF根据DNS重定向规则将APP发起的域名请求消息转发给TSAC网关，TSAC网关将DNS请求源、目的地址分别替换为TSAC网关、权威DNS的地址后转发给权威DNS，并将响应转发给边缘UPF，同时LDNS对DNS应答消息进行深度解析，获取边缘应用IP地址，并通过边缘控制器经运营商核心网向边缘UPF注入分流规则；业务分流阶段，应用APP经边缘UPF、TSAC网关访问边缘应用。

图3：基于应用域名的边缘业务分流过程

腾讯滨海总部的5G边缘计算一体化中心内，TSAC与深圳移动、深圳电信的5G网络成功对接，可将腾讯视频、云游戏、4K/8K直播、下载及机器人等5G业务流量，按照域名、业务IP分流到边缘计算中心。5G现网测试结果发现：5G用户通过传统路径访问90Mbps及以上码率的超高清视频，存在花屏和卡顿现象，访问边缘计算节点的超高清视频业务更流畅；边缘计算场景的下载速率比非边缘计算场景提升1倍以上，RTT网络时延降低50~70%。

表1：5G边缘计算及非边缘计算场景下，不同码率的视频业务体验

表2：5G边缘计算及非边缘计算场景下，下载速率和时延

2.2. TSAC提供5G QoS/切片网络加速服务

5G新型业务对带宽和时延要求非常高，例如超高清视频下行速率可达80Mbps，云游戏和机器人控制要求网络RTT时延不超过20ms。不同类型的业务对时延、带宽、移动性、可靠性、安全等有很大的差异，在网络拥塞或小区覆盖边缘等场景，也可能存在业务不流畅、卡顿的问题。

为了保障业务的SLA，实现在网络拥塞环境下的带宽和时延保障，提供稳定、可靠、持续的移动网络体验。QoS和网络切片是常见的两种技术手段。其中QoS提供的是PDU会话内用户级或业务的策略控制，5G QoS是以QoS Flow为控制粒度的，同一个QoS Flow中的数据流采用相同的资源调度和接入控制等处理方式，针对不同的业务流分配网络资源，实现业务的差异化体验。而切片可以包含1个或多个PDU 会话，一个PDU 会话包含1或最多64个QoS Flow，他是端到端的逻辑网络，不同切片的网络结构，网元功能可以不同，可为用户提供网络级的SLA保障及端到端的安全隔离。5G网络通过将网络资源划分为多个网络切片，为具有不同服务需求（如时延、带宽、可靠性、隔离等)的应用提供差异化服务，不同切片可以是逻辑上或物理上隔离的网络资源，不仅包括5G无线和传输资源，也包括5G核心网控制面及用户面的网络功能。

切片关键业务流程中涉及2个关键参数，NSSAI和URSP。S-NSSAI单一切片选择辅助信息，是用于选择和使用切片服务标识的信息，也是贯穿切片端到端流程的连接纽带。5G终端和网络采用 S-NSSAI来标识切片所占用的无线、传输和核心网等资源，多个S-NSSAI组合成一个组，作为NSSAI，一个终端可以同时接入多个切片。URSP路由选择策略，是对终端进行切片配置和管理的核心规则，包含了不同应用和S-NASSI的对应关系，是在切片订购开通中生成，在业务流程中指导终端根据将不同应用的业务对应到不同切片上承载。其中URSP中用OSId + OSAppId、IP三元组、FQDN（域名）、DNN（数据网络名称）标识应用。

图4：切片业务示意图

TSAC，一方面与运营商QoS加速平台对接，业务通过调用TSAC统一API接口，调用QoS加速服务，按需对业务进行QoS加速，保障业务带宽和时延性能。另一方面，TSAC与运营商切片管理平台对接，构建腾讯5G端到端网络切片，为业务和用户快速构建满足一定SLA要求的专网能力，提供可靠、稳定的专网体验。此外，在特定区域，运营商还可建立5G专网基站或小区，仅允许特定用户接入，不允许其他用户接入，保障专网用户和业务的用户体验。

以云游戏的测试结果为例，在5G网络中订购云游戏切片，其中1个用户接入普通5G切片，一个用户接入云游戏切片，普通5G切片下的云游戏用户受到其他用户背景流量的影响，云游戏业务体验下降，即帧率、RTT时延、码率下降；云游戏切片下的用户不受用户背景流量的影响，清晰度、流畅度比普通5G用户好。

表3：普通切片和云游戏切片的业务测试结果

2.3. TSAC提供终端安全接入及5G LAN通信能力

TSAC支持终端用户、运营商网络通过多种隧道模式的接入，也支持边缘节点与边缘节点之间、边缘节点与应用中心机房之间、边缘节点与云上VPC之间的隧道互转和流量中转，以支撑应用在各边缘节点、各边缘节点和中心节点之间的P2P/LAN通信和灵活组网。

在行业应用中，存在终端安全接入及私网通信等定制化功能需求。例如在腾讯工业机器人应用场景，机器人本体和机器人控制端之间，以局域网的方式进行点到点私网通信，但在5G现网中，两个终端之间不能直接进行数据通信。为了满足该应用场景的需求，TSAC支持对5G终端和行业应用之间的数据传输链路安全加密，保障5G终端的接入安全，并支持机器人终端及机器人控制台终端之间点对点私网直接通信，以及机器人与机器人云端服务之间的LAN通信。