MEC構(gòu)建面向5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的邊緣云

尹東明 華為技術(shù)有限公司分組核心網(wǎng)首席營(yíng)銷(xiāo)專(zhuān)家

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——5G技術(shù)展望專(zhuān)題（網(wǎng)絡(luò)篇）

MEC構(gòu)建面向5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的邊緣云

尹東明 華為技術(shù)有限公司分組核心網(wǎng)首席營(yíng)銷(xiāo)專(zhuān)家

從5G的應(yīng)用需求出發(fā)，分析出MEC是5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)方向，接下來(lái)介紹MEC的部署場(chǎng)景、MEC的主要功能以及MEC的關(guān)鍵技術(shù)，最后介紹華為的MEC解決方案。

移動(dòng)邊緣計(jì)算MEC；5G；LBO；NFV；控制與承載分離

1 引言

隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的大幅提升，大量的高質(zhì)量?jī)?nèi)容開(kāi)始在網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生，這將人們對(duì)體驗(yàn)的要求又帶上了一個(gè)新的層次，實(shí)時(shí)性、現(xiàn)實(shí)感的高清晰音視頻內(nèi)容將越來(lái)越普遍，這使得當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越難以滿(mǎn)足人們的體驗(yàn)需求；另一方面，當(dāng)電信網(wǎng)絡(luò)的角色從通信工具轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣?huì)基礎(chǔ)設(shè)施，更多的行業(yè)和服務(wù)遷移到網(wǎng)絡(luò)上來(lái)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力帶來(lái)前所未有的新需求，尤其是超低時(shí)延的需求，這使得以前僅僅為人的通信而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)法承載。于是，一種新的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架被提出來(lái)，這就是MEC，它將使現(xiàn)在中心化的網(wǎng)絡(luò)變成一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)，讓?xiě)?yīng)用和內(nèi)容離用戶(hù)更近，使網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)速度更接近于物理世界的反應(yīng)速度。隨著虛擬化技術(shù)、云技術(shù)等新技術(shù)的使用，MEC離人們?cè)絹?lái)越近了。

2 面向5G的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架演進(jìn)：從扁平到邊緣

回顧移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的演進(jìn)歷程可以看到，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)一直在向減少業(yè)務(wù)處理環(huán)節(jié)、實(shí)現(xiàn)構(gòu)架扁平的方向發(fā)展，在2G時(shí)代，用戶(hù)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)需要經(jīng)過(guò)基站、基站控制器、SGSN、GGSN然后才到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)，訪問(wèn)效率非常低，使本來(lái)就不快的上網(wǎng)速度更加緩慢，當(dāng)移動(dòng)網(wǎng)演進(jìn)到LTE時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架已經(jīng)大大扁平化，互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)簡(jiǎn)化到了2跳，用戶(hù)可以從基站直接到核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)去接入互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，大幅提升了用戶(hù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的體驗(yàn)。但當(dāng)面對(duì)5G時(shí)代的極低時(shí)延、超大帶寬和各行各業(yè)的大規(guī)模物聯(lián)業(yè)務(wù)時(shí)，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架就無(wú)法滿(mǎn)足這些需求了，從而需要新的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1 低時(shí)延的業(yè)務(wù)要求核心網(wǎng)功能部署到網(wǎng)絡(luò)邊緣

自從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)以來(lái)，各代移動(dòng)技術(shù)一直致力于提升網(wǎng)絡(luò)吞吐率以提升用戶(hù)的體驗(yàn)，而實(shí)際上，隨著吞吐率的提升，時(shí)延成了影響體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。應(yīng)用側(cè)的研究表明，高品質(zhì)視頻業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延要求非常苛刻，比如AR/VR業(yè)務(wù)就要求最高時(shí)延是20ms，否則用戶(hù)就會(huì)產(chǎn)生眩暈感，嚴(yán)重影響體驗(yàn)。5G甚至提出1ms端到端時(shí)延的業(yè)務(wù)目標(biāo)，以支持車(chē)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等業(yè)務(wù)的要求。

但是，目前的移動(dòng)技術(shù)對(duì)時(shí)延的優(yōu)化并不充分，比如，LTE技術(shù)可以將空口吞吐率提升10倍，但對(duì)端到端的時(shí)延只能優(yōu)化3倍。其原因在于當(dāng)空口效率大幅提升以后，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架并沒(méi)有充分優(yōu)化而成為了業(yè)務(wù)時(shí)延的瓶頸。LTE網(wǎng)絡(luò)雖然實(shí)現(xiàn)了2跳的扁平構(gòu)架，但基站到核心網(wǎng)往往會(huì)距離數(shù)百公里，途徑多重會(huì)聚、轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，再加上不可預(yù)知的擁塞和抖動(dòng)，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)低時(shí)延的保障。所以為支持這些對(duì)時(shí)延有極高要求的業(yè)務(wù)，必須將網(wǎng)絡(luò)功能和業(yè)務(wù)處理功能下移到靠近接入網(wǎng)的邊緣，以減少中間層級(jí)，實(shí)現(xiàn)低時(shí)延的業(yè)務(wù)處理。

2.2 超大流量需要內(nèi)容的本地化

當(dāng)前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)本來(lái)是為語(yǔ)音業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的，基于業(yè)務(wù)的并發(fā)頻度和傳輸效率的考慮，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架采用了樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)層匯聚到中心節(jié)點(diǎn)來(lái)處理。但對(duì)于

MBB業(yè)務(wù)，這樣的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架則遇到了問(wèn)題，舉個(gè)例子，一段網(wǎng)紅的短視頻約為10MB，如果一個(gè)區(qū)域內(nèi)有1000個(gè)人觀看這段視頻就會(huì)產(chǎn)生10GB的網(wǎng)絡(luò)流量，而實(shí)際上這段內(nèi)容從互聯(lián)網(wǎng)到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)被重復(fù)發(fā)送了1000遍，99.9%的網(wǎng)絡(luò)帶寬被浪費(fèi)了。設(shè)想，如果這段視頻能緩存在靠近接入側(cè)邊緣的節(jié)點(diǎn)就可以為運(yùn)營(yíng)商節(jié)省大量的傳輸，尤其是隨著空口吞吐率的大幅提升，網(wǎng)絡(luò)流量越來(lái)越高，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的這個(gè)效率問(wèn)題將更加突出，所以大流量時(shí)代的內(nèi)容本地化勢(shì)在必行。

2.3 千行百業(yè)的業(yè)務(wù)需求要求一個(gè)本地化、靈活、開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越成為企業(yè)辦公和行業(yè)營(yíng)銷(xiāo)的基礎(chǔ)平臺(tái)，越來(lái)越多的細(xì)分領(lǐng)域希望基于網(wǎng)絡(luò)做行業(yè)定制，比如一些企業(yè)為了移動(dòng)辦公的安全性考慮，希望對(duì)私有云的數(shù)據(jù)訪問(wèn)在企業(yè)園區(qū)內(nèi)網(wǎng)完成，這就需要網(wǎng)絡(luò)功能部署到園區(qū)內(nèi)同時(shí)又能支持本地業(yè)務(wù)分流；又比如一家韓國(guó)運(yùn)營(yíng)商就提出了智能廣告牌的設(shè)想，讓廣告牌可以基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能的人流分析，并動(dòng)態(tài)調(diào)整本地的廣告內(nèi)容，從而提高廣告轉(zhuǎn)化率，這就需要基于一個(gè)本地化的、開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

面對(duì)這些需求，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要一個(gè)新的構(gòu)架來(lái)解決邊緣業(yè)務(wù)提供問(wèn)題，其實(shí)就在2016年年初巴塞羅那MWC上已有廠家展示了基于MEC（Mobile Edge Computing）的一系列業(yè)務(wù)方案，MEC將是建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)邊緣云的普遍模式。

3 MEC構(gòu)建面向5G的邊緣云

MEC即移動(dòng)邊緣計(jì)算，就是將應(yīng)用、內(nèi)容和MBB核心網(wǎng)部分業(yè)務(wù)處理和資源調(diào)度的功能一同部署到靠近接入側(cè)的網(wǎng)絡(luò)邊緣，通過(guò)業(yè)務(wù)的靠近用戶(hù)處理，以及應(yīng)用、內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，來(lái)提供可靠、極致的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

3.1 MEC的部署場(chǎng)景

MEC的實(shí)際部署需要在體驗(yàn)和效率之間進(jìn)行平衡，一方面，MEC越靠近基站則中間環(huán)節(jié)越少，體驗(yàn)就越好；但另一方面，越靠近基站，同時(shí)接入的用戶(hù)就會(huì)變少，節(jié)點(diǎn)的使用效率會(huì)有所降低。

同時(shí)，MEC也要根據(jù)場(chǎng)景化的業(yè)務(wù)需求來(lái)決定部署位置，比如對(duì)于一些企業(yè)要求私有云數(shù)據(jù)不出園區(qū)的需求，這時(shí)的MEC就應(yīng)該部署在企業(yè)園區(qū)內(nèi)，又比如一些體育場(chǎng)館為場(chǎng)內(nèi)用戶(hù)提供賽場(chǎng)回放、參與互動(dòng)、在線購(gòu)買(mǎi)以及位置服務(wù)等定制業(yè)務(wù)，這時(shí)就需要MEC部署在場(chǎng)館內(nèi)。

所以，綜合以上需求，MEC應(yīng)該根據(jù)業(yè)務(wù)需求和資源高效的原則部署在城域網(wǎng)邊緣到基站之間的位置，比如CO機(jī)房（Central Office）以及一些特定場(chǎng)所、園區(qū)內(nèi)（見(jiàn)圖1）。

3.2 MEC的主要功能

圖1 MEC在5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架里的位置

為實(shí)現(xiàn)前面提到的業(yè)務(wù)需求，MEC需要具備以下幾個(gè)主要功能：

（1）用戶(hù)面的終結(jié)：包括計(jì)費(fèi)、策略等核心網(wǎng)功能的運(yùn)營(yíng)能力，同時(shí)滿(mǎn)足計(jì)費(fèi)、監(jiān)聽(tīng)、移動(dòng)性以及操作維護(hù)的需求。

（2）業(yè)務(wù)的LocalBreakOut（LBO）：為實(shí)現(xiàn)內(nèi)容和應(yīng)用的本地化處理，MEC必須實(shí)現(xiàn)LBO功能，從而使用戶(hù)可以通過(guò)MEC直接訪問(wèn)本地的內(nèi)容和應(yīng)用，而不必迂回到集中的核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

（3）第三方應(yīng)用的注冊(cè)和管理：為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的擴(kuò)展和第三方業(yè)務(wù)定制，MEC需要支持第三方應(yīng)用的集成，包括了應(yīng)用的注冊(cè)和被發(fā)現(xiàn)，以及統(tǒng)一管理，例如資源調(diào)度和健康檢查等。

（4）網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放：為了實(shí)現(xiàn)垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)定制和第三方應(yīng)用的靈活上線，MEC需要提供開(kāi)放的平臺(tái)，以使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的能力開(kāi)放出去以和第三方業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫結(jié)合。

3.3 MEC的關(guān)鍵技術(shù)

其實(shí)早在2012年業(yè)界已經(jīng)開(kāi)始研究MEC，但受限于平臺(tái)開(kāi)放技術(shù)和商用驅(qū)動(dòng)力的制約，一直沒(méi)有實(shí)際部署，近年來(lái)，隨著NFV技術(shù)的成熟應(yīng)用，MEC開(kāi)始進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)制定和解決方案研發(fā)階段，MEC的主要使能技術(shù)包括：

（1）NFV與云化技術(shù)實(shí)現(xiàn)多租戶(hù)共建

NFV技術(shù)使MEC上實(shí)現(xiàn)多租戶(hù)成為可能，使網(wǎng)關(guān)功能、第三方應(yīng)用可以共平臺(tái)部署、統(tǒng)一資源管理。但另一方面，由于MEC節(jié)點(diǎn)容量相對(duì)較小，不能依賴(lài)大規(guī)模DC帶來(lái)的可靠性和性能的優(yōu)勢(shì)，所以?xún)H僅NFV對(duì)MEC是不夠的，需要引入云化的軟件構(gòu)架，將軟件功能按照不同能力屬性分層解藕地部署，在有限資源下來(lái)實(shí)現(xiàn)高可靠性、靈活性和高性能。

（2）控制與承載分離實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的靈活部署

當(dāng)MEC靠近接入側(cè)來(lái)部署，核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)功能將分布在網(wǎng)絡(luò)的邊緣，會(huì)造成大量接口的配置、對(duì)接和調(diào)測(cè)，所以需要將核心網(wǎng)的用戶(hù)面和控制面進(jìn)行分離，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的靈活部署，以簡(jiǎn)化組網(wǎng)。

網(wǎng)關(guān)用戶(hù)面和控制面分離（CU分離）通過(guò)剝離網(wǎng)關(guān)復(fù)雜的控制邏輯，將其功能保留在集中化的傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)或集成到融合的控制面，不僅可以有效降低網(wǎng)關(guān)分布式部署所帶來(lái)的成本壓力，同時(shí)也可以化解信令路由迂回和接口負(fù)擔(dān)等問(wèn)題。

網(wǎng)關(guān)CU分離首先要做到功能輕量化，剝離復(fù)雜的控制邏輯功能；其次要對(duì)保留的核心基本功能進(jìn)行建模，定義出通用轉(zhuǎn)發(fā)面模型和對(duì)象化的接口，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)面的可編程，支持良好的擴(kuò)展性；最后，在復(fù)雜業(yè)務(wù)功能被剝離的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)配置輕量化，支持一鍵式部署。

（3）業(yè)務(wù)感知和智能業(yè)務(wù)編排

為了提升用戶(hù)體驗(yàn)，MEC需要能夠?qū)崟r(shí)感知業(yè)務(wù)并針對(duì)性進(jìn)行智能的體驗(yàn)優(yōu)化。比如當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下降的時(shí)候，MEC需要能感知到用戶(hù)視頻的碼率，并將業(yè)務(wù)流分發(fā)到視頻優(yōu)化模塊對(duì)視頻流進(jìn)行重新的編碼，以使用戶(hù)可以觀看到流暢的視頻。

4 華為的MEC解決方案

作為面向5G的移動(dòng)邊緣計(jì)算解決方案，華為MEC@CloudEdge將為運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建面向未來(lái)的邊緣云。

MEC@CloudEdge解決方案基于華為CloudEdge云化平臺(tái)，可以基于通用服務(wù)器與第三方應(yīng)用共硬件部署；支持網(wǎng)關(guān)的用戶(hù)面處理和LBO功能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)本地化；支持第三方應(yīng)用集成和管理，支持業(yè)務(wù)流內(nèi)容感知和編排，以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)擴(kuò)展和體驗(yàn)優(yōu)化；支持網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放以支持運(yùn)營(yíng)商的新業(yè)務(wù)創(chuàng)新；并且，根據(jù)需要可以進(jìn)行控制面、用戶(hù)面、使能面和管理面的按需模塊化部署（見(jiàn)圖2）。

華為的MEC@CloudEdge解決方案已經(jīng)和運(yùn)營(yíng)商C進(jìn)行了集成CDN的聯(lián)合測(cè)試，以?xún)?yōu)化視頻體驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明，視頻緩沖時(shí)延提升了30%，有效提升了用戶(hù)體驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著MEC的建設(shè)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將帶來(lái)一系列令人興奮的辦公、娛樂(lè)的新方式。比如：基于MCDN的高清

視頻體驗(yàn)，基于AR/VR的手游和LBS營(yíng)銷(xiāo)，基于LBO的安全、可靠的企業(yè)移動(dòng)辦公，基于MCDN和開(kāi)放平臺(tái)的智能場(chǎng)館，以及與車(chē)聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的交通輔助系統(tǒng)。新技術(shù)帶來(lái)新生活，大家可拭目以待。

MEC build the 5G-oriented edge cloud

YIN Dongming

s:In the article,firstly analyzes the service requirment in the 5G age and conclude that MEC is a direction of 5G network architecture,then introduce the deployment of the MEC,the main functions of the MEC and the key technologies of the MEC,at last introduce the Huawei’s solution of the MEC.

MEC;5G;LBO;NFV;CUPS

圖2 MEC@CloudEdge解決方案

2016-10-26）