李 成，高 韻，張生太（.北京郵電大學(xué)，北京 00876；.工業(yè)和信息化部國際經(jīng)濟技術(shù)合作中心，北京 00846）

1 概述

互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）業(yè)務(wù)應(yīng)用的持續(xù)涌現(xiàn)，通信終端種類的日益豐富，以及用戶對應(yīng)用體驗要求的不斷提高，對通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬和時延提出更高的要求，也對傳統(tǒng)的云計算模式提出了新的挑戰(zhàn)。

當(dāng)前云計算模式下，信息技術(shù)（IT）服務(wù)環(huán)境部署在遠端云。從網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備傳輸海量數(shù)據(jù)到云中心致使網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的負載量急劇增加，造成較大的網(wǎng)絡(luò)延遲［1-2］。一些大流量、低時延、本地產(chǎn)生、本地終結(jié)的業(yè)務(wù)需要移動網(wǎng)絡(luò)具備本地分流、業(yè)務(wù)應(yīng)用本地化部署的能力；同時，大量的終端連接和多樣的傳感數(shù)據(jù)，也需要移動網(wǎng)絡(luò)具備數(shù)據(jù)本地匯聚和處理等功能。而多接入邊緣計算（MEC）技術(shù)通過在移動網(wǎng)絡(luò)邊緣提供IT 服務(wù)環(huán)境和云計算能力，使得業(yè)務(wù)本地化、近距離部署成為可能，能夠更好地支持高帶寬、低延時業(yè)務(wù)。此外，業(yè)務(wù)應(yīng)用的本地化部署使得業(yè)務(wù)應(yīng)用更靠近無線網(wǎng)絡(luò)及用戶本身，更易于實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)上下文信息（位置、網(wǎng)絡(luò)負荷、無線資源利用率等）的感知和利用［3］。

MEC的概念最早是由IBM與Nokia Siemen在2013年推出的一款計算平臺上提出的，然后MEC 得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，迅速成為IT 界和CT 界的新一代研究熱點。2014 年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）為了推動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化的工作而專門成立了MEC 規(guī)范工作組。隨著ETSI MEC 標(biāo)準(zhǔn)化工作的推進，MEC 的概念已經(jīng)從立項初期（第一階段）以3GPP 移動網(wǎng)絡(luò)為目標(biāo)，擴展至對非3GPP 網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi、固網(wǎng)等）以及3GPP 后續(xù)演進網(wǎng)絡(luò)的支持，其名稱也從第一階段的移動邊緣計算（MEC）修改為多接入邊緣計算［4］。

由于寬帶接入服務(wù)器（BRAS）的部署位置較低，因此在固網(wǎng)接入的MEC 場景下，可以直接將業(yè)務(wù)節(jié)點和BRAS 部署在一起。而在移動網(wǎng)絡(luò)下，需要綜合考慮覆蓋面積、當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況、業(yè)務(wù)需求等因素，在滿足條件的情況下，盡量靠近無線側(cè)部署MEC 服務(wù)器。與固網(wǎng)相比，移動網(wǎng)絡(luò)下MEC的部署要復(fù)雜得多。

5G 的三大應(yīng)用場景，決定了5G 業(yè)務(wù)的終結(jié)點不可能都在核心網(wǎng)后端的云平臺。作為5G 的核心技術(shù)之一，MEC發(fā)展前景廣闊。

2 5G MEC系統(tǒng)架構(gòu)

對于傳統(tǒng)的移動網(wǎng)絡(luò)，終端用戶接入遠端的云中心，需經(jīng)過接入網(wǎng)和部署在省市級的核心網(wǎng)，這會造成時延過長、匯聚流量過大等問題。

與4G 核心網(wǎng)不同，5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在設(shè)計之初，便從網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的角度，將控制功能集中化，將用戶面或轉(zhuǎn)發(fā)面功能進一步簡化，以提高效率。5G核心網(wǎng)控制面和用戶面的分離，使得用戶面網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)用戶需求獨立下沉至移動網(wǎng)絡(luò)邊緣，并支持計費、合法監(jiān)聽等功能［5-6］。

如圖1 所示，5G MEC 系統(tǒng)由5G 網(wǎng)絡(luò)和MEC 系統(tǒng)組成，分為接入層、邊緣數(shù)據(jù)中心（DC）、中心DC 3 個層面。其中，策略控制功能（PCF）實現(xiàn)分流策略的控制；用戶面功能單元（UPF）代替了4G 網(wǎng)絡(luò)中的SGW和PGW，負責(zé)執(zhí)行路由和轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)包檢查和用戶平面部分策略規(guī)則實施等功能；會話管理功能（SMF）主要負責(zé)與分離的數(shù)據(jù)面交互，創(chuàng)建、更新和刪除會話，并管理與UPF 的會話環(huán)境。MEC 編排器作為一個應(yīng)用功能（AF），將MEC服務(wù)需要的分流規(guī)則，通過N5接口或者NEF 告知PCF，PCF 將分流策略配置給SMF，再由SMF 下發(fā)給UPF，最終由UPF 實現(xiàn)分流的功能［7］。由于UPF 可按需部署于網(wǎng)絡(luò)的各個位置，因此可將業(yè)務(wù)分流到MEC 服務(wù)器。對于低時延的強交互型業(yè)務(wù)，如增強現(xiàn)實∕虛擬現(xiàn)實（AR∕VR）業(yè)務(wù)，可以將UPF 和MEC 部署于區(qū)縣級；對時延要求不是特別高的非強交互型業(yè)務(wù)，如視頻業(yè)務(wù)，可將UPF 和MEC 部署在地（市）級。

圖1 5G MEC系統(tǒng)架構(gòu)

MEC 系統(tǒng)主要為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供部署運營環(huán)境，支持網(wǎng)絡(luò)能力和業(yè)務(wù)能力的合作引入和統(tǒng)一開放。其中，MEC編排器負責(zé)MEC業(yè)務(wù)和底層虛擬化資源的編排管理，邊緣分布式部署的MEC 平臺（MEC platform，MEP）接收來自MEC 業(yè)務(wù)管理平臺的管理調(diào)度，并執(zhí)行和實現(xiàn)相應(yīng)策略，支持移動網(wǎng)、固網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)接入模式。MEC 編排器和邊緣MEP 間通過云邊協(xié)同實現(xiàn)業(yè)務(wù)、應(yīng)用、能力、MEP等層面的協(xié)同。在MEC主機上運行的APP，可以是無線網(wǎng)絡(luò)信息開放、定位、QoS管理等網(wǎng)絡(luò)能力服務(wù)，也可以是第三方的應(yīng)用程序，如VR∕AR、IoT 和V2I。虛機管理功能（VIM）用于管理虛擬資源，包括虛擬計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源的分配和釋放。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化架構(gòu)（NFVI）是用來托管和連接虛擬功能的一組資源，當(dāng)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）服務(wù)時，NFV 編排器會調(diào)用一系列VIM。從MEC 系統(tǒng)的角度來看，運營商支持系統(tǒng)（OSS）是支持系統(tǒng)運行的最高水平的管理實體。OSS接收來自終端開始或終止邊緣應(yīng)用的請求，并將經(jīng)過認證授權(quán)的請求數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)到MEC編排器進一步處理。

綜上所述，5G MEC 是IT 和CT 技術(shù)的深度融合，不僅在學(xué)術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的研究空間，而且在產(chǎn)業(yè)化方面也有著巨大的市場前景。因此，通過在無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加計算、存儲和處理等功能，構(gòu)建邊緣云，提供IT服務(wù)環(huán)境和云計算能力，使移動網(wǎng)絡(luò)具備本地分流、業(yè)務(wù)應(yīng)用本地化部署的能力，可以有效提升移動網(wǎng)絡(luò)的智能化水平。

3 應(yīng)用場景

由于MEC 具有高帶寬、低時延以及位置感知等技術(shù)特征，因此應(yīng)用場景十分豐富。ETSI 于2015 年11月發(fā)布了MEC 的七大業(yè)務(wù)場景，包括智能移動視頻加速、監(jiān)控視頻流分析、AR、密集專網(wǎng)輔助、企業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用、車聯(lián)網(wǎng)以及網(wǎng)關(guān)服務(wù)［8］。從目標(biāo)群體的角度進行劃分，可將MEC 的應(yīng)用場景分為2B 類應(yīng)用和2C 類應(yīng)用，前者針對企業(yè)園區(qū)場景的本地化業(yè)務(wù)需求，而后者主要關(guān)注如何通過云邊能力協(xié)同來改善用戶體驗。

3.1 2B類應(yīng)用

企業(yè)園區(qū)涉及到大流量的客戶生產(chǎn)數(shù)據(jù)，安全考慮較多。目前多數(shù)園區(qū)通過Wi-Fi 進行無線接入，由于Wi-Fi 在安全認證、抗干擾和QoS 等方面存在一定的局限性，難以滿足園區(qū)需求。在移動互聯(lián)網(wǎng)迅猛發(fā)展的時代，企業(yè)園區(qū)希望通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)和MEC 的結(jié)合，使得本地產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠在本地終結(jié)，實現(xiàn)低時延、高帶寬的虛擬局域網(wǎng)體驗，打造綠色、智慧的企業(yè)園區(qū)。

如圖2 所示，基于MEC 與5G 技術(shù)，可在企業(yè)園區(qū)構(gòu)建一個虛擬的移動專網(wǎng)∕局域網(wǎng)，實現(xiàn)移動辦公、園區(qū)管理（視頻監(jiān)控等）、工業(yè)控制等功能。以園區(qū)的移動視頻監(jiān)控為例，目前園區(qū)監(jiān)控視頻的常用數(shù)據(jù)處理方式分為2 種：在本地攝像頭處理和在遠端云中心處理。由于在本地處理需要每一個攝像頭都具備數(shù)據(jù)分析能力，成本高昂；而在云中心處理需要大量數(shù)據(jù)的迂回路由，將增加核心網(wǎng)負擔(dān)且時延較大，效率過低。因此，這2 種方式都無法支持園區(qū)的全方位實時視頻監(jiān)控。而通過在園區(qū)部署MEC 服務(wù)器，對監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)進行本地化處理，把監(jiān)控畫面有變化的視頻片段進行回傳，可以有效地節(jié)省傳輸資源。對于大量價值不高的靜態(tài)監(jiān)控內(nèi)容，可以直接保存在MEC 服務(wù)器上，在降低核心網(wǎng)負擔(dān)的同時，也提高了處理效率?；贛EC 實現(xiàn)本地分流的方式，可以避免大流量業(yè)務(wù)迂回路由帶來的時延大、回傳帶寬消耗大等問題，特別是在需要部署大量攝像頭的園區(qū)移動視頻監(jiān)控場景下。

圖2 2B類場景

智慧園區(qū)方案可以在特有的虛擬專網(wǎng)上，提供多樣化、高速率、低時延的業(yè)務(wù)場景。如視頻緩存業(yè)務(wù)，可以為園區(qū)用戶提供熱點視頻的快速接入；視頻直播業(yè)務(wù)，可以提供園區(qū)大型活動的現(xiàn)場直播；實時工業(yè)控制，更好地實現(xiàn)了物與物直接的傳感和交互，促進了IoT 時代的到來；設(shè)備∕人員定位，保障了園區(qū)的安全，真正實現(xiàn)了“業(yè)務(wù)應(yīng)用在邊緣，管理在云端”的模式。

在這類應(yīng)用場景中，需要考慮如下問題。

a）多種網(wǎng)絡(luò)的兼容接入：固網(wǎng)、WLAN、移動網(wǎng)絡(luò)需在邊緣融合，以滿足企業(yè)統(tǒng)一通信的需求。

b）網(wǎng)絡(luò)定制化：園區(qū)業(yè)務(wù)場景豐富，需要實現(xiàn)不同用戶∕業(yè)務(wù)的差異化管理與控制，如生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和生活網(wǎng)絡(luò)的隔離。

c）智能化業(yè)務(wù)：園區(qū)業(yè)務(wù)需要智能化發(fā)展，包括但不限于移動辦公、移動視頻監(jiān)控、定位、工業(yè)控制、VR教育培訓(xùn)等。

3.2 2C類應(yīng)用

業(yè)務(wù)應(yīng)用的不斷發(fā)展和用戶連接數(shù)的快速增長，一方面意味著海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生；另一方面意味著數(shù)據(jù)對智能計算的需求。這些需求使得網(wǎng)絡(luò)負荷急劇上升，用戶體驗隨之降低。

以VR 應(yīng)用為例，它是計算機圖形和視覺技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、語音識別與合成技術(shù)、人機接口技術(shù)及人工智能技術(shù)等多種高新技術(shù)集成的結(jié)晶，其逼真性和實時交互性為系統(tǒng)仿真技術(shù)提供有力的支撐，是多媒體最高級別的應(yīng)用。由于VR 業(yè)務(wù)的強交互性，如果其渲染在本地終端進行，會對GPU 的資源能力提出很高的要求，也會帶來巨大的生產(chǎn)和維護成本；但如果在遠端云中心進行渲染，則無法滿足VR 應(yīng)用低時延的要求，而時延增大會使觀看者產(chǎn)生眩暈感。

MEC 的典型特征就是低時延，在VR 領(lǐng)域，MEC 有著廣闊的應(yīng)用前景。對于VR 業(yè)務(wù)來說，邊緣云可對VR設(shè)備傳遞的信息進行實時處理，這極大地降低了時延，提高了數(shù)據(jù)處理精度，進而提升了用戶感受。更進一步，利用云中心已有的基礎(chǔ)設(shè)施及業(yè)務(wù)能力儲備，實現(xiàn)云邊能力的協(xié)同，MEC的能力集也得以豐富。

根據(jù)用戶的需求，將用戶需要的內(nèi)容下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣。一些直播視頻或者預(yù)計非常受歡迎的內(nèi)容可以部署或者緩存在靠近無線接入網(wǎng)以及終端用戶的位置。借助邊緣計算與存儲能力實現(xiàn)視頻的本地處理與交付，減少云端數(shù)據(jù)傳輸，支撐各端（手機端、電視端、VR等）的流暢播放及游戲的流暢體驗。另外，可通過對業(yè)務(wù)和用戶進行識別，充分優(yōu)化利用本地網(wǎng)絡(luò)資源，以提供差異化的服務(wù)。

圖3 描述了2C 類應(yīng)用場景，云服務(wù)能力（視頻編解碼、AI 分析、人臉識別、vCDN 等）的按需下沉和動態(tài)部署可為客戶提供更好的體驗，而豐富的客戶應(yīng)用也對MEC的發(fā)展提出了更多的需求，總結(jié)如下。

圖3 2C類場景

a）對MEC 連接的需求：提供固網(wǎng)、WLAN、移動等多種網(wǎng)絡(luò)的兼容接入。

b）對MEC 計算的需求：在就近的位置提供專業(yè)可靠的算力資源，為業(yè)務(wù)提供合適的部署環(huán)境。

c）對MEC運維的需求：提供專業(yè)的計算設(shè)施及網(wǎng)絡(luò)維護服務(wù)，保障業(yè)務(wù)穩(wěn)定運行，節(jié)省客戶維護成本。

4 MEC商業(yè)模式分析

MEC的業(yè)務(wù)發(fā)展是建立在用戶、連接、計算、安全∕運維、能力和應(yīng)用等資源的基礎(chǔ)上的。從商業(yè)模式的角度，MEC 整體上包括了2B 類的本地業(yè)務(wù)和2C 類的全網(wǎng)業(yè)務(wù)2 種服務(wù)。其中，2B 類的本地業(yè)務(wù)面向本地政企客戶，如復(fù)雜環(huán)境下的工業(yè)園區(qū)。通過4G∕5G 技術(shù)和MEC 結(jié)合，可在園區(qū)構(gòu)建一個虛擬專網(wǎng)，以蜂窩網(wǎng)絡(luò)替代Wi-Fi 和固網(wǎng)，帶動運營商移動和寬帶基礎(chǔ)業(yè)務(wù)及行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展，為園區(qū)用戶提供低時延、高安全、高可靠的邊緣網(wǎng)絡(luò)連接。該類業(yè)務(wù)以“連接+計算+運維”為吸引，與“第三方能力∕應(yīng)用”結(jié)合，提供行業(yè)解決方案。2C類的全網(wǎng)業(yè)務(wù)面向C端用戶、互聯(lián)網(wǎng)∕游戲∕設(shè)備提供商等客戶，以視頻場景為主，通過邊緣資源構(gòu)建差異化的服務(wù)收益。該類業(yè)務(wù)提供“連接+計算+運維”的基礎(chǔ)服務(wù)，向能力、應(yīng)用提供的方向發(fā)展。

具體來說，MEC 的商業(yè)模式可從3 個方面進行探索，如表1所示。

表1 MEC的商用模式

a）智能連接+基礎(chǔ)設(shè)施（IaaS）。運營商為客戶提供處理CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)等計算基礎(chǔ)設(shè)施和其他基本的計算資源，用戶能夠部署和運行任意軟件，包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。此時，運營商可從網(wǎng)絡(luò)、算力和管理維護等方面進行收費。

b）智能連接+基礎(chǔ)設(shè)施（IaaS）+能力調(diào)用分成（PaaS）。運營商向客戶提供邊緣網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)能力，客戶不需要管理或控制底層的云基礎(chǔ)設(shè)施，但客戶能控制部署的應(yīng)用程序和運行應(yīng)用程序的托管環(huán)境。此時，運營商設(shè)定能力調(diào)用單價及收費規(guī)則，如按使用次數(shù)、使用時長、使用量等進行收費。

c）智能連接+基礎(chǔ)設(shè)施（IaaS）+邊緣應(yīng)用收費∕分成（SaaS）。運營商向用戶提供自有應(yīng)用獲取收入，或引入第三方應(yīng)用獲取分成收入。用戶不需要管理或控制任何云基礎(chǔ)設(shè)施，可以在各種設(shè)備上通過客戶端界面訪問應(yīng)用。

由于MEC 服務(wù)器是在各個地（市）省級單位分別部署的，因此需要統(tǒng)籌經(jīng)營獲取規(guī)模化的議價收益，保證MEC 的商業(yè)模式良性發(fā)展。此外，還需從以下3個業(yè)務(wù)層面進行考慮，而不是將MEC 看作一個獨立的邊緣數(shù)據(jù)中心。

a）MEC 邊緣云網(wǎng)資源需統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)、集約管理，這樣更利于發(fā)揮邊緣云網(wǎng)資源優(yōu)勢。

b）MEC業(yè)務(wù)應(yīng)統(tǒng)一布局，集約管理、靈活受理，保證MEC業(yè)務(wù)可管可控、靈活運營。

c）MEC系統(tǒng)需通過邊云協(xié)同，滿足其他自有云業(yè)務(wù)平臺（如IoT 平臺、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺）及第三方業(yè)務(wù)云的邊緣需求，提升MEC價值。

整體而言，MEC 的商業(yè)模式可以從點到塊再到面逐步演進。以2B類業(yè)務(wù)為例，第1階段實現(xiàn)MEC的連接，為園區(qū)提供安全的本地分流能力；第2階段引入能力，挖掘客戶需求，為園區(qū)提供諸如安防視頻分析、人臉識別等能力；第3階段以連接、計算和專業(yè)運維為基礎(chǔ)，為園區(qū)提供業(yè)務(wù)應(yīng)用，部署所需的云網(wǎng)基礎(chǔ)資源；最后將園區(qū)部分或全部應(yīng)用部署在運營商的MEC 邊緣云上，實現(xiàn)向平臺、能力等銷售模式的轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)束語

MEC 將計算資源和存儲資源由網(wǎng)絡(luò)中心下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣的節(jié)點，能夠直接從網(wǎng)絡(luò)的邊緣提供高度個性化的服務(wù)。MEC 的鄰近性、低時延、高帶寬和位置感知可以轉(zhuǎn)化為獨特的價值和創(chuàng)收方式，運營商和應(yīng)用服務(wù)提供商可以利用MEC 來打造新的價值鏈，使得所有參與者從更大的合作中受益，為未來網(wǎng)絡(luò)打開巨大的市場空間。