呂華章　張忠皓　李福昌

【摘? 要】運營商根據(jù)5G組網(wǎng)的架構(gòu)，考慮MEC邊緣云的組網(wǎng)方式，包括NSA和SA兩類。本文介紹了5G NSA MEC邊緣云和5G SA MEC邊緣云的組網(wǎng)架構(gòu)及演進模式，分析了影響運營商建設(shè)MEC邊緣云的幾類因素。最后，介紹了目前邊緣云的基本平臺能力分流技術(shù)的實現(xiàn)，并對常見的邊緣云應(yīng)用場景如安防監(jiān)控和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，進行了實際的案例分析和架構(gòu)說明。

【關(guān)鍵詞】邊緣云;NSA;SA;能力開放;本地分流技術(shù)

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.09.006? ? ? ? 中圖分類號：TN929.5

文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2019）09-0028-06

引用格式：呂華章，張忠皓，李福昌. 5G MEC邊緣云組網(wǎng)方案與業(yè)務(wù)案例分析[J]. 移動通信， 2019，43（9）： 28-33.

5G MEC Edge Cloud Networking Scheme and Business Case Analysis

LV Huazhang， ZHANG Zhonghao， LI Fuchang

[Abstract]?Based on the architecture of 5G network， operators consider the network mode of MEC edge cloud， including NSA and SA. This paper introduces the network structure and evolution mode of 5G NSA MEC edge cloud and 5G SA MEC edge cloud， and analyzes several factors that affect operators construction of MEC edge cloud. Finally， this paper introduces the implementation of the basic platform capability streaming technology of edge cloud at present， and gives a practical case analysis and architecture description of the common application scenarios of edge cloud， such as security monitoring and industrial Internet.

[Key words]edge cloud; NSA; SA; capability openness; LBO technology

1? ?引言

MEC邊緣云（Multi-Access Edge Cloud）是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)部署云資源池和云平臺[1-2]，它在5G時代將扮演重要的角色。MEC邊緣云的優(yōu)勢在于，一方面它實現(xiàn)了在更靠近數(shù)據(jù)源所在的本地網(wǎng)內(nèi)運算，盡可能地不用將數(shù)據(jù)回傳到云端，減少數(shù)據(jù)往返云端的等待時間和網(wǎng)絡(luò)成本，大幅度降低了對運營商核心網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的擁塞與負擔(dān)，減緩網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力[3-4]。另一方面，MEC邊緣云作為一個能力開放平臺，不僅提供基本的云資源，同時提供豐富的平臺能力。通過開放網(wǎng)絡(luò)能力與大數(shù)據(jù)、云計算平臺結(jié)合，使得第三方應(yīng)用部署到網(wǎng)絡(luò)邊緣，提升用戶業(yè)務(wù)體驗和指標。目前3GPP協(xié)議在23.501和23.502中已經(jīng)明確將5G網(wǎng)絡(luò)支持邊緣計算特性作為標準規(guī)范[5-6]，未來在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，將考慮支持相關(guān)業(yè)務(wù)及設(shè)備部署。

本文接下來將詳細介紹了5G NSA和SA架構(gòu)下MEC邊緣云組網(wǎng)架構(gòu)，并分析影響MEC邊緣云建設(shè)的因素，并給出了已經(jīng)獲得商用部署的邊緣云案例和場景對平臺能力開放的要求。

2? ?運營商5G MEC邊緣云組網(wǎng)架構(gòu)

2.1? 5G NSA架構(gòu)下MEC邊緣云組網(wǎng)

由于國內(nèi)運營商將首先部署5G NSA組網(wǎng)，因此針對不同的組網(wǎng)架構(gòu)需要考慮不同的MEC邊緣云組網(wǎng)方案。國內(nèi)運營商NSA架構(gòu)采用Option3系列組網(wǎng)方案中的Option3x方案。

該系列NSA組網(wǎng)架構(gòu)中，核心網(wǎng)采用EPC+，是4G EPC的演進。LTE eNB和5G NR同EPC+的接口為S1接口，S1-C為控制面接口，S1-U為用戶面接口。所有的Option3系列組網(wǎng)方案中，S1-C控制面信令均走LTE eNB錨點。根據(jù)用戶面錨點的情況，Option3中僅用LTE eNB作為用戶面錨點，Option3a中LTE eNB 和NR均提供用戶面路徑到EPC+，而Option3x用NR作為唯一的用戶面路徑。NSA架構(gòu)下，終端通過雙連接同時接入4G和5G網(wǎng)絡(luò)。NSA模式下，要求5G/4G設(shè)備同廠商。

圖1為5G NSA Option3x MEC邊緣云組網(wǎng)架構(gòu)，eNB和gNB分別作為控制面和用戶面的錨點，MEC邊緣云需要將S1-U和S1-C全部連接。Option3x方案中，由于eNB和gNB的建設(shè)位置很可能不是同機房部署，因此，需要新建設(shè)備連接。Option3x的方式施工成本最大，新增MEC邊緣云同無線設(shè)備的連接無法避免，僅在4G和5G共BBU的時候可以節(jié)約建設(shè)成本。

圖2展示了5G NSA架構(gòu)下，MEC邊緣云作為獨立網(wǎng)元同其他網(wǎng)元之間的連接。目前建設(shè)初期，MEC邊緣云僅處理基本的數(shù)據(jù)分流、基站信息開放等功能。

如圖3、圖4所示，由于5G NSA沿襲了4G的大部分EPC架構(gòu)，導(dǎo)致MEC邊緣云的部署仍然無法解決計費、合法監(jiān)聽等問題。解決方法是將MEC邊緣云演進到增強型邊緣云，MEC邊緣云具備處理控制面信令的能力，還支持同其他4G核心網(wǎng)網(wǎng)元的對接，包括CG（Charging GW，計費）、P-GW、LIG（Lawful Interception Gateway，警用監(jiān)聽中心）等，以實現(xiàn)對計費、合法監(jiān)聽等功能的支持。業(yè)務(wù)的支持同4G完全一致，通過對應(yīng)的Tracking Area指向MEC邊緣云，本地流量直接轉(zhuǎn)發(fā)到本地應(yīng)用，非本地流量則與上級機房的PGW通過S5接口對接，不需分流的業(yè)務(wù)通過S5接口上送，只需要對MEC邊緣云配置好分流規(guī)則即可。計費功能：通過與上級機房的CG通過Ga接口對接，實現(xiàn)分流業(yè)務(wù)的計費;合法監(jiān)聽：通過與上級機房的LIG通過Xn（X1/X2/X3）接口對接，實現(xiàn)合法監(jiān)聽。

最后，考慮CUPS（Control and User Plane Separation，控制/用戶面分離）架構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)的控制面CP和用戶面UP分離，目的是讓網(wǎng)絡(luò)用戶面功能擺脫“中心化”的囚禁，使其既可靈活部署于核心網(wǎng)（中心數(shù)據(jù)中心），也可部署于接入網(wǎng)（邊緣數(shù)據(jù)中心），最終實現(xiàn)可分布式部署。基于CUPS架構(gòu)的MEC組網(wǎng)如圖5所示。

2.2? 5G NSA架構(gòu)下MEC邊緣云組網(wǎng)

如圖6所示，獨立組網(wǎng)SA架構(gòu)采用Option 2組網(wǎng)方案，核心網(wǎng)采用全新的5GC，5G gNB和5GC連接進行5G獨立組網(wǎng)，終端通過切換或回落等互操作到4G網(wǎng)絡(luò)。該架構(gòu)使用全新的NR和5GC，能夠?qū)崿F(xiàn)全部的5G新特性，能夠支持5G網(wǎng)絡(luò)引入的所有相關(guān)新功能和新業(yè)務(wù)，適用于5G系統(tǒng)的目標架構(gòu)和最終形態(tài)，適合在整個5G商用周期內(nèi)進行部署。

在5G SA架構(gòu)中，采用全新的5GC核心網(wǎng)，MEC邊緣云的部署同UPF下沉網(wǎng)元關(guān)系密切。由于UPF網(wǎng)元負責(zé)5G系統(tǒng)中所有用戶面相關(guān)的工作，包括流量轉(zhuǎn)發(fā)、計費、數(shù)據(jù)包解析等，因此通過UPF網(wǎng)元不僅可以完全實現(xiàn)4G網(wǎng)絡(luò)中的分流功能，還能夠?qū)崟r對MEC邊緣云相關(guān)業(yè)務(wù)的計費和監(jiān)聽，所以建議部署MEC邊緣云的位置都配套部署UPF下沉網(wǎng)元。

在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，整個MEC邊緣云不僅部署MEP，同時還部署5G虛擬化網(wǎng)元。結(jié)合NFV技術(shù)，MEP以虛擬化方式部署，并集成各類平臺能力。MEP的管理與編排網(wǎng)元可以跟隨MEP部署，也可以通過集中化拉遠方式在控制面統(tǒng)一部署。

5G SA MEC邊緣云部署與網(wǎng)元關(guān)系如圖7所示：

3? ?MEC邊緣云應(yīng)用場景和案例分析

3.1? 本地分流

目前產(chǎn)業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的是MEC邊緣云的分流技術(shù)，即本地分流（LBO， Local Break Out）。如圖8所示，本地分流的作用在于流量不出園區(qū)，可以將符合分流規(guī)則的流量分流到本地網(wǎng)，節(jié)約了流量回傳（回傳網(wǎng)、核心網(wǎng)、Internet）造成的時延，同時也能夠降低對骨干網(wǎng)的流量壓力。

在MEC邊緣云側(cè)配置分流規(guī)則，通常采用IP五元組法和基于DNS域名解析的分流規(guī)則?；贗T五元組的分流規(guī)則：IP地址+端口號;基于DNS響應(yīng)的分流規(guī)則：DNS目標域名。MEC對所有eNB覆蓋區(qū)域流量進行拆包檢測，符合分流規(guī)則的訪問流量直接分流至本地網(wǎng)，不符合分流規(guī)則的按照原有路徑訪問Internet。MEC部署層級決定了可接入基站數(shù)和覆蓋面積;可以接入基站數(shù)決定了MEC需要處理的流量數(shù)。MEC的部署位置屬于串接，如果MEC故障，則流量完全透傳，僅無法實現(xiàn)分流，不影響業(yè)務(wù)。

3.2? 安防監(jiān)控

目前安防監(jiān)控領(lǐng)域，從部署安裝角度，一般傳統(tǒng)的監(jiān)控部署采用有線方式，有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋全部的攝像頭，布線成本高，效率低，占用大量有線資源。采用Wi-Fi回傳的方式也廣泛應(yīng)用，經(jīng)濟便捷，但是Wi-Fi穩(wěn)定性較差，覆蓋范圍較小，需要補充大量AP點以保證覆蓋和穩(wěn)定性。

安防監(jiān)控領(lǐng)域 “端-網(wǎng)-邊”格局如圖9所示。

基于上述訴求，可以將監(jiān)控數(shù)據(jù)分流到邊緣云業(yè)務(wù)平臺，從而有效降低網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力和業(yè)務(wù)端到端時延。圖10為基于邊緣云的邊緣業(yè)務(wù)平臺的AI視頻分析系統(tǒng)協(xié)同架構(gòu)。邊緣云對4G攝像頭采集的視頻進行本地分流，降低對核心網(wǎng)及骨干網(wǎng)傳輸帶寬資源的占用，縮短端到端時延。集中云計算中心執(zhí)行AI的Training任務(wù)，邊緣云執(zhí)行AI的Inference，二者協(xié)同可實現(xiàn)本地決策、實時響應(yīng)，可實現(xiàn)表情識別、行為檢測、軌跡跟蹤、熱點管理、體態(tài)屬性識別等多種本地AI典型應(yīng)用。此外，有線攝像頭亦可以接入邊緣云智能分析平臺。

3.3? 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算體系架構(gòu)可以從多種角度進行描述，其中，從部署的角度看，在產(chǎn)線、車間和工廠內(nèi)均能夠部署邊緣計算節(jié)點設(shè)備。這些節(jié)點設(shè)備均能夠提供網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等ICT資源，但設(shè)備形態(tài)可以分為邊緣控制器，邊緣網(wǎng)關(guān)和邊緣云。

中國聯(lián)通聯(lián)合合作伙伴，共同推出5G+MEC邊緣云工業(yè)行業(yè)智能一體化解決方案。該解決方案在工廠園區(qū)內(nèi)部搭建LTE/5G-MEC-IoT無線專網(wǎng)，實現(xiàn)工業(yè)園區(qū)本地分流，保證業(yè)務(wù)低時延?；贛EC邊緣云技術(shù)，本地提供云計算能力并搭載AI機器視覺能力，面向制衣廠進行印花檢測和布料檢測。

邊緣云在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能制造中的應(yīng)用如圖11所示。

4? ?結(jié)論

作為一項新的ICT融合技術(shù)，MEC邊緣云可以整合電信運營商的各類資源，為5G時代業(yè)務(wù)的快速部署和運行提供豐富的平臺能力。由本文分析可知，短期內(nèi)，運營商將快速實現(xiàn)5G NSA商用，因此整體MEC邊緣云組網(wǎng)架構(gòu)將不發(fā)生改變，僅接入側(cè)實現(xiàn)4G和5G基站多接入，但是需要考慮MEC邊緣云設(shè)備是否有必要演進成支持計費、合法監(jiān)聽、CUPS等功能的形態(tài)。5G SA架構(gòu)是最為理想的MEC邊緣云組網(wǎng)架構(gòu)，UPF按需下沉，MEC邊緣云部署在UPF之后，有助于實現(xiàn)廣覆蓋和區(qū)域覆蓋，分流計費等問題也將完全由UPF解決。MEC邊緣云的商業(yè)模式比較多樣化，目前應(yīng)用的場景和行業(yè)也非常廣泛。未來需要豐富平臺能力，賦能更多場景，快速孵化解決方案和產(chǎn)品，實現(xiàn)MEC邊緣云全產(chǎn)業(yè)鏈條的快速發(fā)展。

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