陳孟嘗 潘桂新

【摘? 要】MEC邊緣云成為5G時代運營商面向2B業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的重要抓手，分析了MEC發(fā)展趨勢和頭部企業(yè)的布局，結(jié)合IETF的MEC構(gòu)架及中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)實際，引出了中國聯(lián)通MEC的架構(gòu)與部署模式，然后介紹了中國聯(lián)通首張規(guī)模商用MEC網(wǎng)絡(luò)的部署實踐，并對MEC部署過程中需要考慮的共建共享、成本及安全等典型問題進行了分析，最后對5G MEC的發(fā)展提出了展望。

【關(guān)鍵詞】邊緣云;5G;MEC平臺;共建共享

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.07.007? ? ? ? 中圖分類號：TN929.5

文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2020）07-0036-06

引用格式：陳孟嘗，潘桂新. 中國聯(lián)通MEC邊緣云架構(gòu)與部署實踐[J]. 移動通信， 2020，44（7）： 36-41.

0? ?引言

隨著5G商用步伐的加速，作為5G關(guān)鍵技術(shù)之一的MEC（Multi-Access Edge Computing，多接入邊緣計算）[1]成為助力5G網(wǎng)絡(luò)云化、網(wǎng)絡(luò)能力開放和差異化創(chuàng)新應(yīng)用服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，中心云服務(wù)提供商、IT設(shè)備商、運營商等紛紛依托各自的優(yōu)勢，競相布局MEC邊緣云，搶占5G時代的新機遇和新藍海。

國內(nèi)外云服務(wù)企業(yè)依托其在云技術(shù)及服務(wù)方面的優(yōu)勢，逐漸向MEC邊緣云行業(yè)拓展。全球領(lǐng)先的云服務(wù)廠商AWS與Verizon、Vodafone、KDDI和SK等電訊運營商合作聯(lián)合發(fā)布了基于5G的邊緣服務(wù)平臺Wavelength，通過與中心云統(tǒng)一的API、服務(wù)與工具等優(yōu)勢將其云服務(wù)拓展至邊緣云。傳統(tǒng)IT/云相關(guān)的設(shè)備廠商則積極研制符合MEC部署場景的通用硬件產(chǎn)品和解決方案，比如華為推出針對邊緣計算服務(wù)器市場的Ascend 310芯片、基于ARM平臺的邊緣服務(wù)器E9000h等。

作為在邊緣計算領(lǐng)域具備獨特優(yōu)勢的運營商，隨著5G的到來，更是紛紛將MEC邊緣云定位為5G時代重要戰(zhàn)略，從美國電信公司AT&T將邊緣計算定位為5G戰(zhàn)略三大支柱之一，到中國移動的5G+AICDE戰(zhàn)略中邊緣云成為其5G+計劃的重要組成，各大運營商都紛紛將邊緣云作為各自主要的5G戰(zhàn)略布局來推進。

中國聯(lián)通作為運營商中部署MEC的先行者，近年來持續(xù)深耕MEC領(lǐng)域，推出的CUC-MEC平臺具備端到端集成和一體化運營能力，實現(xiàn)了CT、IT、OT的深度融合，大力推進5G MEC網(wǎng)絡(luò)的部署，打造“云網(wǎng)邊端業(yè)”五協(xié)同的5G創(chuàng)新體系。下文將分別介紹邊緣云的總體架構(gòu)及規(guī)劃時需要考慮的問題，并以廣東聯(lián)通的邊緣云部署實踐為例進行說明。

1? ?邊緣云總體架構(gòu)及規(guī)劃

1.1? MEC標準定義架構(gòu)

MEC的定義和框架最初來自ETSI（歐洲電信標準化協(xié)會），作為MEC行業(yè)規(guī)范小組（ISG）的一部分，于2014年12月開始工作，目前已成為多數(shù)MEC網(wǎng)絡(luò)與平臺部署的參考架構(gòu)。

根據(jù)ETSI的定義，MEC系統(tǒng)分主機級和系統(tǒng)級兩個層次，其中MEC系統(tǒng)級網(wǎng)管包含MEC編排器MEAO（Multi-access Edge Application Orchestrator）、OSS（Operations Support System）、應(yīng)用生命周期管理代理，主機級包含MEC主機和MEC主機級網(wǎng)管，MEC主機由MEC平臺MEP（MEC Platform）、MEC應(yīng)用和虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施三部分組成，MEC系統(tǒng)的整體架構(gòu)[2]如圖1所示。

以上框架中核心部件/子系統(tǒng)的功能介紹如下：

OSS：運營支撐系統(tǒng)，負責外部應(yīng)用的實例化或者結(jié)束，并將相關(guān)請求傳遞給MEAO系統(tǒng)進行進一步處理。

MEO（Multi-access Edge Orchestrator）：一般也被稱為MEAO，是MEC架構(gòu)中全局管理中心，對接OSS實現(xiàn)對MEC全局資源的管理和調(diào)度，包括OSS全局業(yè)務(wù)調(diào)度、MEPM生命周期管理、全局鏡像倉庫、運維信息匯聚、上報和邊緣業(yè)務(wù)計量等功能。

MEPM（MEC Platform Management）：負責實現(xiàn)應(yīng)用的生命周期管理、MEP平臺的管理以及應(yīng)用相關(guān)的規(guī)則及需求的管理，確保ME-App的可運維性和可管理性。

MEP：負責管理邊緣業(yè)務(wù)，其主要的職責是流量控制、DNS（Domain Name Service）處理和服務(wù)分發(fā)等各種服務(wù)。

VIM（Virtualization Infrastructure Manager）：負責MEC節(jié)點虛擬資源的分配、管理、監(jiān)控、釋放及與外部環(huán)境的交互等。

1.2? 中國聯(lián)通MEC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

參考ETSI定義的MEC架構(gòu)和核心組成，結(jié)合中國聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)實際，并考慮各類型業(yè)務(wù)對MEC的需求，尤其是時延要求，在部署架構(gòu)上，中國聯(lián)通MEC邊緣云主要分為三大層級[3]。如圖2所示，分別為全網(wǎng)中心節(jié)點、區(qū)域中心/省會節(jié)點、本地核心/邊緣節(jié)點，具體說明如下。

（1）全網(wǎng)中心節(jié)點

全網(wǎng)中心節(jié)點部署MEAO及開發(fā)者門戶，規(guī)劃設(shè)置在廣東省和河南省，兩個節(jié)點之間實現(xiàn)應(yīng)用同步、互為主備，共同完成中國聯(lián)通全網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的編排和管理。廣東節(jié)點定位是MEC業(yè)務(wù)運營中心，后續(xù)將負責全國MEC節(jié)點的運營與管理。河南節(jié)點定位是MEC的統(tǒng)一對接中心，重點對接聯(lián)通集團的OSS、BSS、政企中臺、NFVO、統(tǒng)一云管等集中運維運營系統(tǒng)，承擔了MEC平臺與各上層系統(tǒng)對接的職責。

（2）區(qū)域中心/省會節(jié)點

將在全國每個省市自治區(qū)的省會城市或核心地市部署區(qū)域中心/省會節(jié)點，部署MEPM、MEP等網(wǎng)元。其中MEPM負責該節(jié)點區(qū)域/省內(nèi)所有邊緣節(jié)點的ME-IaaS、ME-CaaS虛擬化資源管理、MEP平臺管理、節(jié)點業(yè)務(wù)管理等功能。MEP則可以為客戶提供集中共享型業(yè)務(wù)，并可根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)劃部署資源。

（3）本地核心節(jié)點/邊緣節(jié)點

本地核心節(jié)點/邊緣節(jié)點對應(yīng)各個部署MEC地市的核心/匯聚/現(xiàn)場接入機房節(jié)點，節(jié)點內(nèi)部署MEP，承載客戶的具體業(yè)務(wù)應(yīng)用。核心/匯聚節(jié)點一般承載布局類/共享型業(yè)務(wù)，現(xiàn)場接入節(jié)點則一般承載客戶的專享型業(yè)務(wù)。

1.3? 中國聯(lián)通MEC部署模式

根據(jù)ETSI對MEC的定義，一般可簡單地將其分成分流網(wǎng)關(guān)和MEC平臺兩個關(guān)鍵部分，其中分流是運營商的獨有優(yōu)勢，而MEC平臺則是基于分流能力下的CT開放能力與IT增值能力深度融合的產(chǎn)物，運營商必須將兩部分能力融合后一起提供給客戶，再加上運營商的一體化服務(wù)和應(yīng)用能力，才能實現(xiàn)MEC價值的最大化。所以中國聯(lián)通MEC節(jié)點部署嚴格采用網(wǎng)絡(luò)+平臺的ICT融合部署模式，網(wǎng)絡(luò)側(cè)提供分流及分流配置能力，平臺采用中國聯(lián)通自研CUC-MEC平臺，客戶自有應(yīng)用則可基于CUC-MEC平臺部署[4]。

考慮客戶的需求，并結(jié)合分流網(wǎng)關(guān)與MEC平臺聯(lián)合部署的必要性，目前中國聯(lián)通的MEC部署模式主要存在以下三種模式：

（1）分流+平臺共享型部署模式，如圖3所示。

此模式下，分流網(wǎng)元UPF/GW-U及平臺均部署在匯聚或地市核心層機房。分流網(wǎng)元共享、為不同客戶配置不同的分流策略;平臺采用多租戶模式、為不同客戶分配邏輯隔離的基礎(chǔ)資源和業(yè)務(wù)資源。在三級架構(gòu)中，網(wǎng)元及平臺部署層級越高，機房整體條件越好、硬件資源相對更加豐富、維護力量也更加完備，因此可以為客戶提供更好的業(yè)務(wù)保障。由于采用資源共享模式，資費相對低廉，對客戶也更有吸引力。此類部署模式主要面向?qū)r延及本地化要求不強烈的客戶，對于區(qū)域和本地兩級節(jié)點作為主要的網(wǎng)絡(luò)布局性節(jié)點，將以此類模式為主。

（2）分流+平臺專供型部署模式，如圖4所示。

此模式下，分流網(wǎng)元UPF/GW-U及平臺均部署在客戶側(cè)接入機房或現(xiàn)場級客戶機房，分流網(wǎng)元、平臺均為某個客戶專享。對于需要本地分流的業(yè)務(wù)，分流網(wǎng)元將流量分流至本地平臺，本地為客戶提供服務(wù)。

該種模式一般部署在邊緣機房或者客戶側(cè)，對維護水平要求較高，需要更高的業(yè)務(wù)保障和響應(yīng)。對于時延及本地化要求強烈的行業(yè)客戶，同時具有一定的成本承受能力，則推薦采用此種部署模式。

（3）分流共享、平臺專享型部署模式，如圖5所示。

此模式下，分流網(wǎng)元UPF/GW-U部署在核心/匯聚機房，平臺部署在客戶側(cè)接入/現(xiàn)場級邊緣機房。UPF/GW-U與邊緣平臺之間采用承載網(wǎng)或者專線對接，不同客戶之間共享了UPF/GW-U分流網(wǎng)元，但是應(yīng)用可以按需部署在客戶本地。

此種模式主要優(yōu)點是可以共享分流網(wǎng)元，降低客戶的業(yè)務(wù)分流成本，同時保障業(yè)務(wù)應(yīng)用部署在客戶側(cè)，所以建議對成本敏感且有本地應(yīng)用部署需求的客戶推薦采用此模式。另外，對于中國聯(lián)通與中國電信5G共建共享場景，中國聯(lián)通為共享地市且客戶有平臺專供需求時，為保證成本最優(yōu)，可將分流網(wǎng)元UPF/GW-U及邊緣平臺均部署在雙方互通的核心機房。

2? ?廣東聯(lián)通邊緣云部署實踐

廣東聯(lián)通作為中國聯(lián)通邊緣云運營中心所在的省份，以“快、廣、深”加速推進MEC布局，形成兩域（“管理域”與“業(yè)務(wù)域”兩個域）三層級（“區(qū)域、本地和邊緣”）的邊緣云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，快速完成廣東聯(lián)通的MEC布局，支撐5G業(yè)務(wù)應(yīng)用創(chuàng)新。

2.1? MEC規(guī)劃與部署

根據(jù)廣東聯(lián)通現(xiàn)有承載網(wǎng)絡(luò)分地市匯聚的網(wǎng)絡(luò)拓撲特點，結(jié)合5G行業(yè)應(yīng)用對邊緣云算力下沉、不同應(yīng)用時延等級要求不同的特點，制定了廣東聯(lián)通的邊緣云規(guī)劃原則如下：

（1）管理域：在廣州兩個節(jié)點均部署MEAO、MEPM兩個管理網(wǎng)元，兩個節(jié)點互為備份，其中MEAO作為全國的管理節(jié)點，而MEPM負責廣東省內(nèi)所有MEP節(jié)點的管理。

（2）業(yè)務(wù)域：首先在全省層面部署兩個區(qū)域節(jié)點，負責全省層面對時延不敏感業(yè)務(wù);其次，在每個地市在核心機房部署至少1個節(jié)點，與區(qū)域節(jié)點一并搭建成全省的邊緣云骨干網(wǎng)絡(luò);在部分業(yè)務(wù)需求旺盛、或時延有一定要求的區(qū)域建設(shè)部分匯聚節(jié)點;最后，接入機房或現(xiàn)場級節(jié)點則按需建設(shè)。

（3）每個邊緣云節(jié)點同步部署分流網(wǎng)關(guān)與邊緣云平臺，充分發(fā)揮CT與IT融合的優(yōu)勢，打造5G低時延應(yīng)用的平臺。

按照以上原則，廣東聯(lián)通已經(jīng)基本建成一張覆蓋全省的MEC骨干網(wǎng)絡(luò)，具備全省MEC業(yè)務(wù)接入能力，最終將形成一張覆蓋全省、并能為各種應(yīng)用提供時延的算力平臺及應(yīng)用能力，滿足各種需求的邊緣云目標網(wǎng)絡(luò)。

廣東聯(lián)通邊緣云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖6所示。

2.2? MEC建設(shè)與使用模式

根據(jù)MEC邊緣云客戶對邊緣云占用的方式不同，可以分成共享和專供兩種模式，其中前者由多個客戶共享一個物理節(jié)點的資源，為不同用戶分配獨立的邏輯資源，而后者則在物理上獨享一個節(jié)點的資源。一般來說前者主要由運營商自己投資，對應(yīng)區(qū)域與本地節(jié)點，主要面向成本承受能力一般，對時延要求一般的客戶;而后者一般由客戶承擔投資，面向接入、匯聚、客戶機房和戶外場景，主要面向成本不太敏感，對時延或者數(shù)據(jù)安全有比較高要求的客戶，兩種模式的部署如圖7所示。

2.3? ?MEC部署需要考慮的其它因素

（1）共建共享

由于中國聯(lián)通和中國電信在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)開展共建共享，在共享區(qū)域，5G基站一般使用承建方的傳輸資源，只能在各自地市核心機房進行傳輸?shù)拇蛲?，再接入自己的核心網(wǎng)絡(luò)，導致5G數(shù)據(jù)分流點最近只能在地市各自的核心機房建設(shè)MEC邊緣云，此種方式時延也是最優(yōu)的。針對一些客戶需要數(shù)據(jù)不出園區(qū)的需求，則可采用前面介紹的“分流共享、平臺專享型部署模式”實現(xiàn)，兩種部署方式具體如圖8所示。

（2）低成本MEC的引入

針對需要在接入機房以及客戶現(xiàn)場部署邊緣云的需求，經(jīng)過分析與研究，發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)場級邊緣云多為專供的使用模式[5]，且一般存在低成本、快速交付的要求，針對這類要求中國聯(lián)通設(shè)計了現(xiàn)場級EdgePOD（“一體化集成邊緣云節(jié)點”的名稱）解決方案，在一體化機柜中集成了標準的分流網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器、交換機、防火墻或虛擬化防火墻、平臺等軟、硬件一體化的設(shè)備，具體如表1所示，實現(xiàn)邊緣節(jié)點的標準、快速、靈活的低成本部署。

（3）MEC安全方案

MEC邊緣云作為CT和IT融合的技術(shù)形態(tài)，和傳統(tǒng)的云計算有一定的類似，在資源隔離上通過底層IaaS堆棧，實現(xiàn)租戶隔離、計算隔離、網(wǎng)絡(luò)隔離和存儲隔離，同時在CT網(wǎng)絡(luò)接入上和傳統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)一樣，通過核心網(wǎng)的鑒權(quán)、加密和認證，實現(xiàn)邊緣相關(guān)網(wǎng)元和用戶訪問的安全防護。另一方面，MEC邊緣云因為更接近業(yè)務(wù)，部署節(jié)點也更多，在成本、空間、機房條件等方面又有自己的特點，屬于一類新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，所以除了滿足各種基本的安全要求外，需要根據(jù)節(jié)點的實際情況探索一些針對邊緣節(jié)點的定制化安全方案。比如根據(jù)客戶影響范圍，不同層級的節(jié)點按不同等級要求制定安全方案;根據(jù)客戶業(yè)務(wù)形態(tài)來新增安全能力，達到差異化服務(wù)要求;同時邊緣云在其應(yīng)用引入、上線、部署的生命周期環(huán)節(jié)，分別從開發(fā)期的源碼檢測、發(fā)布期的鏡像檢測和運行期的主機與網(wǎng)絡(luò)檢測三個層面，實現(xiàn)應(yīng)用的全生命周期防護等。

3? ?結(jié)論

本文分析了邊緣云的整體架構(gòu)及各網(wǎng)元功能，以及中國聯(lián)通參考標準架構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)及業(yè)務(wù)的實際情況，制定全國的MEC邊緣云網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)及模式，并以廣東聯(lián)通的實際網(wǎng)絡(luò)部署做了相應(yīng)的介紹，同時，對目前MEC邊緣云部署過程中需要考慮的共建共享、低成本、安全等問題也進行了初步探討，為后續(xù)的MEC部署提供借鑒與參考。邊緣云網(wǎng)絡(luò)的部署，只是邁開了5G邊緣云發(fā)展的第一步，作為5G行業(yè)應(yīng)用的重要抓手，后續(xù)還需要進一步拓展平臺能力和業(yè)務(wù)的應(yīng)用，從而推動5G的發(fā)展。

參考文獻：

[1]? ? 3GPP. 3GPP TR23.501： System Architecture for the 5G System;（Release 15）[S]. 2018.

[2]? ? ? ETSI. ETSI GS MEC 003： Multi-access Edge Computing（MEC）; Framework and Reference Architecture[S]. 2018.

[3]? ? 呂華章，陳丹，范斌，等. 邊緣計算標準化進展與案例分析[J]. 計算機研究與發(fā)展， 2018，55（3）： 487-511.

[4]? ? 陳丹. 中國聯(lián)通CUBE-Edge 2.0 及行業(yè)實踐白皮書[R]. 2019.

[5]? ? 熊先奎，段向陽，王衛(wèi)斌. 移動邊緣計算規(guī)模部署的技術(shù)制約因素和對策[J]. 中興通訊技術(shù)， 2019，25（6）： 65-72.

收稿日期：2020-04-02

作者簡介

陳孟嘗（orcid.org/0000-0002-0862-9159）：工程師，碩士畢業(yè)于澳門科技大學，現(xiàn)任職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司廣東省公司，主要研究方向為移動通信。

潘桂新（orcid.org/0000-0001-5136-6254）：教授級高級工程師，碩士畢業(yè)于華南理工大學，現(xiàn)任職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司廣東省公司，主要研究方向為移動通信與物聯(lián)網(wǎng)。