呂華章，陳 丹，王友祥（中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京 100048）

0 引言

邊緣云是一個(gè)新興的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和開放平臺，該平臺融合了網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和存儲［1］。其部署在靠近人的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，能夠滿足敏捷連接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全和隱私保護(hù)等多種關(guān)鍵需求。邊緣云是一種就近計(jì)算的概念，可以將計(jì)算能力帶到網(wǎng)絡(luò)邊緣。有了邊緣云后，數(shù)據(jù)無需上傳至集中云，降低了等待時(shí)延和往返云端的開銷。邊緣云將密集型計(jì)算任務(wù)遷移到了網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，降低了核心網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，減少了網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，實(shí)現(xiàn)了低時(shí)延大帶寬，快速響應(yīng)用戶請求并提升了用戶服務(wù)質(zhì)量［2-3］。

邊緣云整合了網(wǎng)絡(luò)能力開放，融合了云計(jì)算平臺和大數(shù)據(jù)等能力，使能第三方應(yīng)用部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣，是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平滑演進(jìn)到5G 的關(guān)鍵技術(shù)。目前在3GPP R15 版本中［4-5］，未來5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將支持邊緣云的諸多特性?；诜?wù)化架構(gòu)，5G 協(xié)議模型可以靈活地支持各類業(yè)務(wù)需求，提供建立邊緣網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由此，邊緣云可以靈活地部署在接入局房、邊緣DC或者更高位置的數(shù)據(jù)中心。

但是，3GPP 是面向網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化組織，其協(xié)議中并沒有具體定義如何使能邊緣云以及如何支持邊緣云，而這些都需要運(yùn)營商、設(shè)備商和應(yīng)用提供方共同來提出標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則。未來邊緣云依然是一套獨(dú)立的設(shè)備和系統(tǒng)，根據(jù)業(yè)務(wù)的獨(dú)特性，很可能網(wǎng)絡(luò)邊緣云的部署會有別于5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署。

根據(jù)中國聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)和整體邊緣云規(guī)劃，本文主要探索邊緣云在未來5G 網(wǎng)絡(luò)中的部署。該部署方案首先結(jié)合了ETSI 標(biāo)準(zhǔn)組所提出的架構(gòu)［6-7］和3GPP 5G SBA 架構(gòu)，這使得在架構(gòu)層面實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一和無縫融合。其次，該架構(gòu)將中國聯(lián)通現(xiàn)有通信云架構(gòu)和部署考慮在內(nèi)，未來可以實(shí)現(xiàn)邊緣云的快速部署［8］。

文章的結(jié)構(gòu)和安排如下，第1 章介紹現(xiàn)有的5G SBA 架構(gòu)和邊緣云架構(gòu)。3 層通信云架構(gòu)將在第2 章討論。第3 章嘗試對整體5G 邊緣云架構(gòu)和部署進(jìn)行分析。第4章對該套方案的優(yōu)勢進(jìn)行簡要的討論。最后一章將對全文做一個(gè)簡單的總結(jié)。

1 5G SBA和邊緣云平臺架構(gòu)

1.1 5G SBA架構(gòu)

為了滿足5G 萬物互聯(lián)的需要，運(yùn)營商將實(shí)現(xiàn)基站、核心網(wǎng)、調(diào)度管理、傳輸和整個(gè)5G 網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。對于核心網(wǎng)，其設(shè)計(jì)模型主要基于CT 的思路，它將具備一個(gè)更加靈活和方便的架構(gòu)來面向垂直行業(yè)，即服務(wù)化架構(gòu)（SBA）。

在3GPP TS 23.501協(xié)議里，定義了5G 的SBA 架構(gòu)如圖1 所示。未來5G 是基于服務(wù)化的架構(gòu)，該架構(gòu)將支持用戶面和控制面的分離、獨(dú)立擴(kuò)展、靈活部署、功能重用、網(wǎng)絡(luò)功能之間的交互、弱化接入網(wǎng)等功能。這一服務(wù)化架構(gòu)設(shè)計(jì)模式可以讓5G 網(wǎng)絡(luò)更加基于云化支持，這一方式具有諸多優(yōu)勢，可以保證網(wǎng)絡(luò)資源高效利用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力開放，加快網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)快速更迭等。

虛擬化技術(shù)的引入使傳統(tǒng)的核心網(wǎng)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)了軟硬件解耦。3GPP 定義的服務(wù)化結(jié)構(gòu)將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)一步拆分成若干個(gè)自包含、自管理、可重用的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)（NF Service），這些網(wǎng)絡(luò)功能相互之間解耦，具備獨(dú)立升級、獨(dú)立彈性的能力，而且標(biāo)準(zhǔn)接口與其他網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)互通，可通過編排工具根據(jù)不同的需求進(jìn)行編排和實(shí)例化部署。

圖1 3GPP定義的5G SBA架構(gòu)

在SBA 架構(gòu)中，定義了很多的網(wǎng)絡(luò)元素，如SMF、AMF、UPF等。在服務(wù)化架構(gòu)下，每個(gè)網(wǎng)元可以實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)交互并根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行定制和優(yōu)化。傳統(tǒng)的4G EPC架構(gòu)是完全不同的工作方式，每個(gè)網(wǎng)元之間的通信路徑都是固定的、不靈活的。例如在4G 網(wǎng)絡(luò)中，用戶位置信息必須要通過無線基站提交給MME，然后送到P-GW 中，最后送到PCRF 實(shí)現(xiàn)策略的更新。但是5G SBA可以對該流程進(jìn)行優(yōu)化。

最后，傳統(tǒng)核心網(wǎng)網(wǎng)元之間的通信遵循請求者和響應(yīng)者的點(diǎn)對點(diǎn)模式，這是一種相互耦合的傳統(tǒng)模式。5G 核心網(wǎng)架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)間通信機(jī)制進(jìn)一步解耦為生產(chǎn)者和消費(fèi)者模式，生產(chǎn)者發(fā)布相關(guān)能力，并不關(guān)注消費(fèi)者是誰，在什么地方。消費(fèi)者訂閱相關(guān)能力，并不關(guān)注生產(chǎn)者是誰，在什么地方。這是一種從IT 業(yè)借鑒過來的通信模式，非常適用于通信雙方的接口解耦。

1.2 ETSI 提出的邊緣云架構(gòu)

在ETSI GS MEC003標(biāo)準(zhǔn)中，提出了一套基于NFV的邊緣云參考架構(gòu)。在這一參考架構(gòu)中，APP 在邊緣云平臺上運(yùn)行，并可以同移動(dòng)網(wǎng)無縫對接。同時(shí)模塊之間的參考節(jié)點(diǎn)和功能模型也被定義。這一參考架構(gòu)在圖2中展示。邊緣云架構(gòu)使能APP在一個(gè)虛擬的基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行，該環(huán)境以軟件實(shí)體為表現(xiàn)形式，同時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)和用戶側(cè)。

邊緣云架構(gòu)可以分為系統(tǒng)級和主機(jī)級2 個(gè)部分。主機(jī)級包括多接入邊緣云平臺（MEP）、移動(dòng)邊緣APP、虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施、多接入邊緣云平臺管理（MEPM）和虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理（VIM）。邊緣云系統(tǒng)級管理包括多接入邊緣編排（MEO）和操作支持系統(tǒng)（OSS）。

邊緣云架構(gòu)可以從西向東進(jìn)行劃分，分為邊緣云功能模塊和邊緣云管理模塊，這些模塊之間通過接口完成信號交互和通信。

圖2 ETSI 邊緣云參考架構(gòu)

從ETSI所提出的參考架構(gòu)來看，邊緣云主機(jī)只是一個(gè)邏輯的概念，它包括邊緣云平臺和虛擬化設(shè)施的實(shí)體。虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施提供必要的存儲、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算以及其他資源，用于第三方APP。APP 可以部署在一個(gè)虛擬化的基礎(chǔ)設(shè)施上，以虛擬機(jī)或容器的方式，同時(shí)提供或消費(fèi)平臺服務(wù)。

MEP 是最為重要的部分。未來，非常多的第三方APP 將部署在邊緣云平臺上，其部署方式可以基于PaaS能力，第三方APP通過Mp1接口與MEP平臺交互獲取基本和特定的服務(wù)，比如本地分發(fā)、精準(zhǔn)定位、vCDN、IoT 等。MEP 平臺可以提供各類必須的平臺能力，包括分流、DNS等，其他能力屬于增值類服務(wù)。

2 中國聯(lián)通5G 邊緣云架構(gòu)

圖3給出了中國聯(lián)通5G 邊緣云全景架構(gòu)。從圖3可以看出，整個(gè)邊緣云系統(tǒng)可視為一個(gè)下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣的AF。MEP 作為AF，適合部署在邊緣DC 和接入局房。同時(shí)管理部分將部署在本地DC 或邊緣DC。所以，AF部分可以連接到接入局房、邊緣DC和本地DC。

UE 可以通過gNB 和有線方式接入到邊緣云中。本文將對無線接入將做重點(diǎn)介紹。RAN 側(cè)將連接UPF，而UPF 也是下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣的。UPF 有一個(gè)重要的角色，就是將邊緣云部署和5G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合。UPF可以視為一個(gè)來自邊緣云架構(gòu)的分布式和可配置的數(shù)據(jù)面。在控制面，其遵循的路由為：NEF—PCF—SMF。因此，在一些場景下，本地UPF也視為邊緣云部署的一部分。在5G中，RAN側(cè)將分為DU和CU 2個(gè)部分。CU 可以與邊緣云合設(shè)部署在邊緣DC，因?yàn)槠洳痪哂袑?shí)時(shí)處理的強(qiáng)烈需要。

本地接入數(shù)據(jù)網(wǎng)（LADN）包括了硬件資源、云OS、虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施以及ME APP。硬件資源包括了存儲、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)。云OS 將物理資源抽象為虛擬資源，APP 可以以虛擬機(jī)或者容器的方式把鏡像跑在云OS上。ME APP 是一個(gè)集群，它們都部署在網(wǎng)絡(luò)的邊緣側(cè)。這些APP 可以從MEP 上獲益，或者直接部署在邊緣資源上。

UPF 和LADN 是下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣的網(wǎng)元。這些網(wǎng)元將邊緣云和5G 網(wǎng)絡(luò)綁定在一起。MEP 視為部署在OS 上的AF。MEP 的核心功能就是注冊。所有的邊緣服務(wù)都要注冊在這里，受到中國聯(lián)通MEP 的管控。MEP 提供的基礎(chǔ)服務(wù)包括LBO、DNS 和流量規(guī)則。這一部分同ETSI 定義的完全一致。中國聯(lián)通的MEP 不僅提供各類基礎(chǔ)服務(wù)，同時(shí)也提供統(tǒng)一的能力開放架構(gòu)。

圖3 中國聯(lián)通5G 邊緣云全景架構(gòu)

管理部分包括OSS、MEO、MEPM 和VIM。這些基本功能同ETSI 定義的完全一致。OSS 和MEO 可以部署在較高位置的通信云中。MEPM 和VIM 要部署在靠近MEP 和基礎(chǔ)設(shè)施的位置。未來中國聯(lián)通將建立統(tǒng)一的云管平臺CMP。該平臺負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)多個(gè)DC 基礎(chǔ)設(shè)施層的統(tǒng)一管理，進(jìn)行資源池劃分和權(quán)限的管理，監(jiān)控虛擬化資源和非虛擬化資源的拓?fù)?、告警、性能、容量等信息，提供整體資源相關(guān)的報(bào)表，并通過基于AI 算法的智能運(yùn)維幫助運(yùn)維人員評估潛在的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)規(guī)避和消除問題?？紤]到邊緣云更多面向垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，CMP 可以提供面向第三方的服務(wù)門戶，支撐MEP 的能力開放和Edge-APP 的生命周期管理，促進(jìn)構(gòu)建邊緣內(nèi)容生態(tài)。

最后在區(qū)域DC，部署5G SBA 架構(gòu)。除了AF、UPF、LADN 擁有本地特性以外，其他網(wǎng)元都會部署在最高的通信云位置。

由于邊緣云是多接入的，所以不僅僅包括無線接入，還包括有線接入。因此在圖3 中增加了有線接入部分，但是固網(wǎng)邊緣云目前還不夠成熟，因此沒有畫出具體的細(xì)節(jié)部分。

3 方案架構(gòu)優(yōu)勢分析

中國聯(lián)通5G 邊緣云全景架構(gòu)將5G SBA 和ETSI邊緣云架構(gòu)進(jìn)行了整合，使得未來邊緣云可以無縫對接在3GPP 所定義的核心網(wǎng)架構(gòu)中，同時(shí)考慮了無線接入、城域承載等各個(gè)部分的架構(gòu)。具體的優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)。

a）提出了邊緣云結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)搭建的思路。邊緣云在目前4G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，基本屬于串接在S1 接口上的，或者采用旁掛方式。未來邊緣云將成為5G 網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，因此要充分考慮其在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的部署位置。目前，比較成熟的模式就是將邊緣云中的各個(gè)網(wǎng)元模塊抽象為SBA 架構(gòu)中的AF 網(wǎng)元并進(jìn)行下沉。同時(shí)結(jié)合UPF 的下沉完成業(yè)務(wù)分流，其他APP 以及本地基礎(chǔ)設(shè)施資源視為LADN，這樣就以SBA 中網(wǎng)元的模塊形式定義了邊緣云的各個(gè)組成部分。未來可以實(shí)現(xiàn)面向5G網(wǎng)絡(luò)的快速部署。

b）明確了邊緣云在中國聯(lián)通通信云架構(gòu)中的部署位置。未來邊緣云平臺將部署于綜合接入局房、邊緣DC，這2 處位置離用戶和業(yè)務(wù)點(diǎn)比較近，可以就近響應(yīng)并部署資源。而對于邊緣云的管理平臺，可以有計(jì)劃地上移到區(qū)域DC，實(shí)現(xiàn)區(qū)域管轄范圍內(nèi)的多邊緣云平臺的管理，未來將計(jì)劃在車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等場景下實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同和跨區(qū)域調(diào)度等功能。

c）這一架構(gòu)基本保證了邊緣云架構(gòu)的獨(dú)立性。目前中國聯(lián)通邊緣云平臺架構(gòu)分為4層：基礎(chǔ)設(shè)施層、虛擬化層、平臺能力層以及應(yīng)用層。在圖3 中硬件資源和虛擬化層以LADN 的形式存在，而平臺能力層部署在MEP 上以移動(dòng)邊緣服務(wù)的形式存在，對外呈現(xiàn)為AF。最后APP 部分也位于LADN，可以經(jīng)由Mp1 接口來獲取平臺能力，亦可直接部署在IaaS 層使用邊緣資源。

4 中國聯(lián)通邊緣云建設(shè)與演進(jìn)路標(biāo)

中國聯(lián)通邊緣云建設(shè)與演進(jìn)路標(biāo)如圖4 所示，該演進(jìn)路標(biāo)充分考慮了邊緣云自身平臺建設(shè)同4G 現(xiàn)網(wǎng)以及未來5G 網(wǎng)絡(luò)試商用和全面商用的建設(shè)步伐。前期基于4G 現(xiàn)網(wǎng)，先完善邊緣云平臺功能，實(shí)現(xiàn)4 層解耦。5G 時(shí)代考慮將邊緣云作為整體5G 網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要的網(wǎng)元功能按需進(jìn)行部署。

4.1 啟動(dòng)規(guī)模試點(diǎn)

在邊緣云技術(shù)和模式不夠成熟的前期，中國聯(lián)通將重點(diǎn)開展邊緣云規(guī)模試點(diǎn)工作。可面向全國挑選重點(diǎn)省份，針對特定的應(yīng)用場景，進(jìn)行技術(shù)試點(diǎn)驗(yàn)證。應(yīng)用場景包括智慧校園、智能場館、智慧園區(qū)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等。

這一階段，邊緣云平臺可以實(shí)現(xiàn)軟硬解耦（COTS與Cloud OS 解耦），Cloud OS 與MEP 同廠家部署。建議Edge-APP 與MEP 共Cloud OS 部署，且服從MEP 的Mp1 規(guī)則。由于ETSI 標(biāo)準(zhǔn)尚未對API 進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化定義，各廠家平臺存在較大的差異，不要求對Edge-APP 與MEP 之間的北向API 接口規(guī)范進(jìn)行統(tǒng)一（保持與MEP同廠家）。

4.2 4G按需商用部署

依據(jù)前期邊緣云樣板網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及業(yè)務(wù)示范效果，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)，中國聯(lián)通將會對孵化的邊緣業(yè)務(wù)成功案例進(jìn)行按需復(fù)制推廣，并逐步實(shí)現(xiàn)商用建設(shè)。該階段，邊緣云平臺將實(shí)現(xiàn)COTS、Cloud OS、MEP、Edge-APP 4 層解耦，并以共COTS 異Cloud OS 的方式植入vCPE、vBNG-U等虛擬化網(wǎng)元功能。

在邊緣云平臺之上，第三方應(yīng)用開發(fā)商將按照“中國聯(lián)通統(tǒng)一API規(guī)范”對接開發(fā)Edge-APP，不再受限于異廠家平臺的束縛，大大縮短業(yè)務(wù)上線流程。此外，中國聯(lián)通將會在多個(gè)重點(diǎn)省份啟動(dòng)邊緣DC 機(jī)房資源的準(zhǔn)備工作。

4.3 5G網(wǎng)絡(luò)試商用建設(shè)

鑒于前期積累了豐富的邊緣云試點(diǎn)和業(yè)務(wù)商用建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)迎接5G 試商用的步伐，中國聯(lián)通將適時(shí)啟動(dòng)邊緣DC 云資源池的規(guī)模建設(shè)，助力實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)試商用。

圖4 中國聯(lián)通邊緣云平臺演進(jìn)規(guī)劃

短期內(nèi)，5G CU、UPF 與vCPE、vBNG-U 進(jìn)行共Cloud OS 且同廠家部署，平滑實(shí)現(xiàn)VNF 與Cloud OS 的解耦。MEP 與Edge-APP 之間的北向API 能力將進(jìn)一步豐富（保持4 層解耦）?？紤]到CT 域和IT 域的差異性，可以考慮異Cloud OS部署。此外，鑒于4G和5G網(wǎng)絡(luò)長期共存，邊緣云平臺可支持4G 和5G 基站的共接入及流量卸載功能。

4.4 5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模商用

這一階段是5G快速建設(shè)和規(guī)模商用節(jié)點(diǎn)，同期中國聯(lián)通通信網(wǎng)絡(luò)云化架構(gòu)也將基本成型，同時(shí)實(shí)現(xiàn)100%云化部署。此階段中國聯(lián)通邊緣云將實(shí)現(xiàn)CU、UPF、GW-U、vCPE、vBNG-U、Edge-APP 共平臺異廠家部署，徹底實(shí)現(xiàn)4 層解耦。面向邊緣云的各類業(yè)務(wù)將更加繁榮，商業(yè)模式更加成熟，中國聯(lián)通也將建立更加完善的邊緣生態(tài)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)、全面商用、自主掌控、開放開源的業(yè)務(wù)格局。

中國聯(lián)通未來將根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)/企業(yè)以太專網(wǎng)、家庭用戶FTTP（光纖到戶/桌面等）接入網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)客戶FTTC（光纖到基站）接入網(wǎng)的無縫融合。其目標(biāo)愿景是為固移融合用戶提供統(tǒng)一的邊緣云業(yè)務(wù)平臺服務(wù)。

5 結(jié)束語

本文提出了5G SBA 和中國聯(lián)通邊緣云平臺的全景部署圖。該架構(gòu)中包括了RAN、邊緣云、管理模塊、5G 核心網(wǎng)以及承載網(wǎng)。該架構(gòu)將5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)同邊緣云進(jìn)行了完美融合。未來可以基于該架構(gòu)實(shí)現(xiàn)無縫融合和快速部署。邊緣云側(cè)可以實(shí)現(xiàn)定制化開發(fā)，其開發(fā)不影響整個(gè)邊緣云同5G 網(wǎng)絡(luò)之間的信令交互。這一架構(gòu)結(jié)合了中國聯(lián)通現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署與業(yè)務(wù)需要，也可以結(jié)合各個(gè)省分快速推廣和開展業(yè)務(wù)部署。