［姜瑞峰 楊旭 梁冰 徐鳳全 程少杰］

1 引言

隨著5G商用網(wǎng)絡(luò)的成熟發(fā)展以及云計(jì)算業(yè)務(wù)的迅速增長(zhǎng)，全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，據(jù)《愛(ài)立信移動(dòng)市場(chǎng)報(bào)告》中預(yù)測(cè)，到2026年移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將達(dá)到226EB/月，相比2020年增長(zhǎng)近4.5倍，其中視頻流量占比77%[1]。傳統(tǒng)的云計(jì)算已經(jīng)無(wú)法滿足物聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)、智能互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等終端側(cè)“大連接，低時(shí)延，高帶寬”的云資源需求。在已有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，大部分業(yè)務(wù)流量需要經(jīng)過(guò)整個(gè)接入網(wǎng)、傳送網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)，通過(guò)接入、轉(zhuǎn)發(fā)、路由等多層設(shè)備，雖然可以通過(guò)提高帶寬來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，但是一些對(duì)時(shí)延及網(wǎng)絡(luò)可靠性敏感的業(yè)務(wù)仍然無(wú)法保證，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。為了有效解決移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等高速發(fā)展帶來(lái)的高可靠、高帶寬以及低時(shí)延等要求，MEC的概念應(yīng)運(yùn)而生。

2 邊緣計(jì)算概述

邊緣計(jì)算的概念源于內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN），常被認(rèn)為是邊緣節(jié)點(diǎn)上的內(nèi)容分發(fā)與緩存，隨著發(fā)展早期CDN定義的范圍已經(jīng)無(wú)法完全涵蓋邊緣計(jì)算。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）于2014年成立了移動(dòng)邊緣計(jì)算規(guī)范工作組，提出了移動(dòng)邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing，MEC）的概念，其基本思想是把云計(jì)算平臺(tái)從移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部遷移到移動(dòng)接入網(wǎng)邊緣，實(shí)現(xiàn)計(jì)算及存儲(chǔ)資源的彈性利用。隨著對(duì)邊緣計(jì)算的深入研究，ETSI認(rèn)為邊緣計(jì)算不應(yīng)局限在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下，在2016年對(duì)MEC的概念進(jìn)行了重新定義，多接入邊緣計(jì)算（Multi-Access Edge Computing）的概念由此產(chǎn)生[2]。然而，根據(jù)市場(chǎng)的需求與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成熟度來(lái)看，目前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下的邊緣計(jì)算仍然是運(yùn)營(yíng)商主要發(fā)力的重點(diǎn)。

ETIS制定的《MEC in 5G networks》白皮書(shū)中給出了5G邊緣計(jì)算的融合參考架構(gòu)。如圖1所示[3]。在圖上右側(cè)的MEC系統(tǒng)中，主要分為了系統(tǒng)級(jí)和主機(jī)級(jí)兩層。其中系統(tǒng)級(jí)主要包含MEO、VNFM、EMS等運(yùn)維管理系統(tǒng)，用于對(duì)系統(tǒng)中的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、服務(wù)的整體把控。主機(jī)級(jí)主要包含虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施、移動(dòng)邊緣平臺(tái)（MEP）、應(yīng)用、本地管理組成，通過(guò)采用通用的硬件基礎(chǔ)設(shè)施，為運(yùn)行的各種各樣的應(yīng)用提供虛擬化組件，MEP平臺(tái)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的API接口與第三方應(yīng)用實(shí)現(xiàn)互通，為用戶提供服務(wù)。

圖1 5G邊緣計(jì)算融合參考架構(gòu)

3 業(yè)務(wù)發(fā)展分析

ETSI定義了MEC七大應(yīng)用場(chǎng)景：視頻優(yōu)化、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、企業(yè)分流、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、視頻流分析和輔助敏感計(jì)算。如圖2所示[4]。主要可分為應(yīng)用本地化、內(nèi)容區(qū)域化、計(jì)算邊緣化三類。

圖2 MEC七大應(yīng)用場(chǎng)景

（1）應(yīng)用本地化：如企業(yè)分流場(chǎng)景，主要為園區(qū)、企業(yè)、場(chǎng)館等自己的應(yīng)用在本地閉環(huán)。典型應(yīng)用如智慧工廠、智慧辦公、智慧城市等。

（2）內(nèi)容區(qū)域化：如視頻優(yōu)化、視頻流分析場(chǎng)景，主要為運(yùn)營(yíng)商高帶寬內(nèi)容從中心到區(qū)域分布式部署，節(jié)省傳輸資源，提升用戶體驗(yàn)。典型應(yīng)用如移動(dòng)視頻監(jiān)控等。

（3）計(jì)算邊緣化：如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、輔助敏感計(jì)算場(chǎng)景，主要為新型超低時(shí)延業(yè)務(wù)在邊緣側(cè)才能滿足業(yè)務(wù)訴求。典型應(yīng)用如自動(dòng)駕駛、機(jī)器人協(xié)作、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

除了圖2的應(yīng)用場(chǎng)景外，整個(gè)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用數(shù)量眾多，一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)部因?yàn)榧夹g(shù)的不同又劃分為不同的子類型，每種子類型的端到端產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟度是不同的，這樣商用時(shí)間點(diǎn)也不一樣。例如云VR場(chǎng)景有4K VR，8K VR等子類型，由于4K VR對(duì)配套設(shè)備的要求較低，生態(tài)成熟早，所以能較早在市場(chǎng)上商用。根據(jù)目前運(yùn)營(yíng)商客戶的典型訴求，匯總形成3個(gè)發(fā)展階段。如圖3所示。結(jié)合產(chǎn)業(yè)成熟度及市場(chǎng)訴求，從分流到計(jì)算，從局域到廣域，逐步推進(jìn)5G行業(yè)商用解決方案。2B是邊緣計(jì)算基石，圍繞港口，碼頭，園區(qū)等，打造行業(yè)樣板，并進(jìn)行復(fù)制推廣；2B&2C容易爆發(fā)增長(zhǎng)，圍繞游戲，文娛，場(chǎng)館，挖掘市場(chǎng)需求，探索商業(yè)模式。

4 5G邊緣計(jì)算目標(biāo)架構(gòu)及發(fā)展策略建議

4.1 5G邊緣計(jì)算目標(biāo)架構(gòu)建議

圖3 5G邊緣計(jì)算發(fā)展三階段

目前運(yùn)營(yíng)商商用5G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)控制面與用戶面分離，用戶面分布式下沉部署等功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、高質(zhì)量、低時(shí)延等目標(biāo)。然而，隨著用戶需求的不斷提高，應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求也越來(lái)越高，僅僅依靠5G網(wǎng)絡(luò)不足以實(shí)現(xiàn)eMBB、uRLLC、mMTC等多種技術(shù)場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求。為了能夠更好的支持5G業(yè)務(wù)的本地化部署、內(nèi)容的緩存分發(fā)、網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的硬件加速能力，滿足大流量的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)、無(wú)人駕駛等超高可靠超低時(shí)延的通信、大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)場(chǎng)景，本文給出了運(yùn)營(yíng)商5G邊緣計(jì)算目標(biāo)架構(gòu)的建議，如圖4所示。

圖4 5G邊緣計(jì)算目標(biāo)架構(gòu)

本文給出的目標(biāo)架構(gòu)主要分為5個(gè)層級(jí)：集團(tuán)集中、大區(qū)中心、省中心、地市、企業(yè)自有園區(qū)。

（1）集團(tuán)：主要是對(duì)全國(guó)5G邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)運(yùn)維，在標(biāo)準(zhǔn)化功能基礎(chǔ)上形成標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，提供統(tǒng)一的產(chǎn)品中心與營(yíng)銷門戶，支撐各分公司的邊緣計(jì)算產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)運(yùn)維。

（2）大區(qū)中心：5G核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元集中部署在大區(qū)網(wǎng)絡(luò)云上。

（3）省中心：主要部署MEC網(wǎng)管側(cè)能力網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)對(duì)全省MEC節(jié)點(diǎn)的生命周期管理、業(yè)務(wù)的開(kāi)通、資源的管控；通過(guò)二級(jí)能力管理平臺(tái)與二級(jí)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)省內(nèi)MEC平臺(tái)功能的統(tǒng)一編排、運(yùn)維運(yùn)營(yíng)以及對(duì)一級(jí)平臺(tái)功能的對(duì)接。

（4）地市：按需在核心機(jī)房、重要匯聚機(jī)房、普通匯聚機(jī)房等運(yùn)營(yíng)商自有機(jī)房部署MEC節(jié)點(diǎn)，為用戶提供本地的流量轉(zhuǎn)發(fā)與路由功能、增值業(yè)務(wù)流量的本地終結(jié)、應(yīng)用的本地化部署所需的通用硬件、虛擬層、加速、安全等基礎(chǔ)能力。

（5）企業(yè)自有園區(qū)：根據(jù)企業(yè)需求，按需提供UPF分流能力或“網(wǎng)+云”的MEC節(jié)點(diǎn)，部署在企業(yè)自有機(jī)房，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)的終結(jié)。

4.2 R16 5G標(biāo)準(zhǔn)在邊緣計(jì)算中的應(yīng)用

在3GPP TSG第88次會(huì)議上，國(guó)際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)制定組織3GPP（第三代移動(dòng)通信合作伙伴計(jì)劃）宣布5G第一個(gè)演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)R16（Release 16）凍結(jié)。R16標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)針對(duì)垂直行業(yè)能力進(jìn)行增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了5G從“能用”到“好用”的過(guò)渡，讓5G能進(jìn)一步賦能千行百業(yè)。如果說(shuō)前10年，人們致力于實(shí)現(xiàn)“人人有寬帶”，那么接下來(lái)的10年，將是一個(gè)“物物聯(lián)5G”的時(shí)代[5]。為了更好地闡述R16標(biāo)準(zhǔn)引入對(duì)5G邊緣計(jì)算發(fā)展的關(guān)鍵作用，本文首先對(duì)5G LAN、eLCS、5G URLLC、eNA、TSN、NPN、eV2XARC、CIOT 5G技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)述，根據(jù)市場(chǎng)需求的迫切程度及產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度，將上述技術(shù)的應(yīng)用分為了3個(gè)發(fā)展階段，為未來(lái)R16技術(shù)在5G邊緣計(jì)算中的應(yīng)用提供參考。如表1所示。

表1 R16 5G標(biāo)準(zhǔn)引入三階段

（1）近期

主要包含5G LAN（5G工業(yè)局域?qū)＞W(wǎng)），支持終端動(dòng)態(tài)群組管理、二層以太網(wǎng)通信、用戶面直接通信，基于廣域網(wǎng)構(gòu)建用戶虛擬5G LAN專網(wǎng)；eLCS（定位增強(qiáng)），商業(yè)定位、定位能力開(kāi)放、定位業(yè)務(wù)感知和隱私保護(hù)等功能；5G URLLC（低時(shí)延高可靠網(wǎng)絡(luò)），在低時(shí)延基礎(chǔ)上增加了高可靠特性，E2E方案和N3/N9雙通道方案，以及QoS監(jiān)控特性，保證極致的可靠性。

（2）中期

主要包含eNA（網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析），引入了NWDAF網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析、切片SLA監(jiān)控和保障、基于Service MOS的5G QoS增強(qiáng)功能；TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)），聚焦精準(zhǔn)時(shí)鐘同步、5GS與TSN系統(tǒng)集成、QoS Framework增強(qiáng)和模型映射；NPN（5G行業(yè)專網(wǎng)），具備獨(dú)立部署NPN，公網(wǎng)集成部署NPN能力。

（3）遠(yuǎn)期

主要包含eV2XARC（車聯(lián)網(wǎng)能力增強(qiáng)），5G V2X服務(wù)架構(gòu)的增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)，將V2X控制網(wǎng)元移到PCF網(wǎng)元，多級(jí)別QoS和預(yù)測(cè)，支持單播組播及廣播的PC5接口通信；5G_CIoT（蜂窩物聯(lián)網(wǎng)），面向未來(lái)核心網(wǎng)演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)NB-IoT終端接入5GC。

4.3 “MEP”發(fā)展策略

“MEP”作為運(yùn)營(yíng)商5G邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的PaaS平臺(tái)，可以提供統(tǒng)一的服務(wù)框架，為應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)能力和垂直行業(yè)能力，開(kāi)放大網(wǎng)能力。編解碼轉(zhuǎn)換、IPSec、AI等，通過(guò)MEP開(kāi)放Restful API的方式供本地APP調(diào)用。作為從傳統(tǒng)管道向內(nèi)容提供者轉(zhuǎn)變的重要環(huán)節(jié)，本文建議MEC平臺(tái)應(yīng)提供開(kāi)放的MEP架構(gòu)，持續(xù)做厚MEP連接能力，同時(shí)引入第三方服務(wù)并統(tǒng)一開(kāi)放，吸引企業(yè)應(yīng)用上線MEP平臺(tái)，結(jié)合業(yè)務(wù)發(fā)展需求，持續(xù)豐富行業(yè)場(chǎng)景MEP服務(wù)能力，構(gòu)筑MEP競(jìng)爭(zhēng)力。MEP平臺(tái)發(fā)展策略導(dǎo)圖如圖5所示。

（1）開(kāi)放的API GW架構(gòu)：遵循ETSI標(biāo)準(zhǔn)，提供第三方APP（提供者）服務(wù)注冊(cè)入口，并對(duì)外開(kāi)放給第三方APP（消費(fèi)者）。

（2）連接類服務(wù)：提供運(yùn)營(yíng)商特有的連接相關(guān)的服務(wù)能力，比如位置服務(wù)，上行壓縮，高清低碼等。

圖5 MEP平臺(tái)發(fā)展策略導(dǎo)圖

（3）第三方應(yīng)用服務(wù)：第三方應(yīng)用作為服務(wù)提供者，可通過(guò)API GW統(tǒng)一開(kāi)放，豐富服務(wù)能力。

（4）持續(xù)豐富MEP服務(wù)能力：根據(jù)5G標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展、市場(chǎng)需求及產(chǎn)業(yè)生熟度，將按照3個(gè)階段持續(xù)豐富MEP服務(wù)能力。MEP服務(wù)能力如圖6所示。

圖6 MEP服務(wù)能力

4.4 邊緣“云”發(fā)展策略

運(yùn)營(yíng)商作為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的提供者，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能力在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)上有著天然優(yōu)勢(shì)，近幾年，通過(guò)大力建設(shè)“云”設(shè)施、發(fā)展“云”能力，也初見(jiàn)成效。對(duì)于邊緣云的發(fā)展策略，本文建議以以網(wǎng)帶云、以云促邊的原則，采用異構(gòu)的邊緣云技術(shù)架構(gòu)多云協(xié)同發(fā)展，后期根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求橫向擴(kuò)展云基礎(chǔ)資源與云服務(wù)，管理面通過(guò)統(tǒng)一的邊緣云管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源管理協(xié)同。

4.5 MEC管理域發(fā)展策略

依據(jù)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的運(yùn)維體系，結(jié)合MEC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建兩級(jí)運(yùn)維模式，通過(guò)省中心集中化遠(yuǎn)程運(yùn)維+地市輔助運(yùn)維+企業(yè)自服務(wù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、資源、生態(tài)應(yīng)用的統(tǒng)一智能關(guān)聯(lián)分析，保障行業(yè)生態(tài)業(yè)務(wù)體驗(yàn)。兩級(jí)運(yùn)維模式如圖7所示。

MEC管理域通過(guò)故障快速診斷、資源運(yùn)行保障、用戶體驗(yàn)保障等運(yùn)維關(guān)鍵能力，提供從網(wǎng)絡(luò)到資源，從生態(tài)應(yīng)用再到核心網(wǎng)業(yè)務(wù)SLA的立體化運(yùn)維分析能力。根據(jù)運(yùn)維需求及智能化手段應(yīng)用，可將MEC管理域發(fā)展分為以下4個(gè)階段。

圖7 兩級(jí)運(yùn)維模式

（1）產(chǎn)品監(jiān)控、輔助定位：提供租戶級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接類、資源類訂購(gòu)產(chǎn)品性能監(jiān)控；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹①Y源拓?fù)錉顟B(tài)可視化分析；基于拓?fù)涔?jié)點(diǎn)進(jìn)行告警、性能、事件關(guān)聯(lián)分析，輔助告警/故障診斷分析。

（2）SLA監(jiān)控、自動(dòng)化診斷：提供5G LAN、5G切片、位置服務(wù)等訂購(gòu)產(chǎn)品性能監(jiān)控；視頻回傳、PLC遠(yuǎn)程控制業(yè)務(wù)核心網(wǎng)SLA監(jiān)控；增強(qiáng)拓?fù)淇梢暬故灸芰?，支撐性能、告警、日志、事件關(guān)聯(lián)分析，以及故障一鍵診斷。

（3）知識(shí)圖譜、一鍵恢復(fù)：增強(qiáng)AI算法，提升跨層及橫向ICT關(guān)聯(lián)分析能力；增強(qiáng)知識(shí)圖譜，增強(qiáng)自動(dòng)故障定位能力；網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用故障自愈。

（4）立體化運(yùn)維、無(wú)人值守：擴(kuò)展核心網(wǎng)業(yè)務(wù)SLA監(jiān)控范圍；無(wú)人值守，提供網(wǎng)絡(luò)、資源到應(yīng)用的立體化保障能力；資源預(yù)測(cè)，資源利用率提升，資源性能優(yōu)化。

4.6 MEC節(jié)點(diǎn)部署策略

5G時(shí)代定義了eMBB、uRLLC、mMTC三大應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)用初期5G邊緣計(jì)算主要滿足低時(shí)延、高質(zhì)量等要求，以時(shí)延為例，理論上骨干匯聚機(jī)房可以滿足大部分單向網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延為10～20 ms級(jí)別的業(yè)務(wù)，對(duì)于時(shí)延要求更為苛刻的業(yè)務(wù)需求，需要考慮部署至接入位置，并采用新的空口幀結(jié)構(gòu)、傳輸技術(shù)及時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)。各級(jí)機(jī)房時(shí)延示意如圖8所示。

共享式：在地市核心機(jī)房，構(gòu)建完整的MEC節(jié)點(diǎn)統(tǒng)籌考慮業(yè)務(wù)時(shí)延、建設(shè)維護(hù)成本、覆蓋范圍、安全容災(zāi)、規(guī)模效益、產(chǎn)業(yè)成熟度等多方面因素，建設(shè)初期，以筑巢引鳳方式在地市核心機(jī)房統(tǒng)一建設(shè)共享式MEC節(jié)點(diǎn)，以網(wǎng)隨也懂方式按需在企業(yè)園區(qū)部署入駐式MEC節(jié)點(diǎn)，打造標(biāo)準(zhǔn)化解決方案及組網(wǎng)方案，快速滿足MEC建設(shè)需求，搶占邊緣行業(yè)市場(chǎng)。MEC節(jié)點(diǎn)，包括UPF、組網(wǎng)設(shè)備、通用計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器。就近接入核心機(jī)房CMNet、IP承載網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、網(wǎng)管網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)。采用同城異局址容災(zāi)方式。

圖8 各級(jí)機(jī)房時(shí)延示意

入駐式：根據(jù)企業(yè)需求，按需構(gòu)建UPF+企業(yè)私有云（企業(yè)自有）或完整的MEC節(jié)點(diǎn)。就近接入SPN網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)SPN對(duì)接CMNet、IP承載網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、網(wǎng)管網(wǎng)等。按需提供無(wú)容災(zāi)、異局址容災(zāi)、與共享式MEC節(jié)點(diǎn)N+1主備方式容災(zāi)。MEC節(jié)點(diǎn)部署示意如圖9所示。

圖9 MEC節(jié)點(diǎn)部署示意

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在5G邊緣計(jì)算的業(yè)務(wù)發(fā)展需求基礎(chǔ)上，對(duì)總體的目標(biāo)架構(gòu)、新技術(shù)的應(yīng)用、MEP平臺(tái)、邊緣云、管理域的發(fā)展以及組網(wǎng)部署給出了建議。5G邊緣計(jì)算的目標(biāo)架構(gòu)能夠融合ETSI MEC平臺(tái)和3GPP 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為5G