基于5G的MEC網絡架構與部署策略

趙之健，陳平聶，王修雄

（1.北京電信規劃設計院有限公司，北京 100048；2.中訊郵電咨詢設計院有限公司，北京 100048；3.中訊郵電咨詢設計院有限公司 廣東分公司，廣東 廣州 510627）

0 引 言

5G網絡架構綜合運用了模塊化、服務化以及轉發分離和控制，同時結合網絡切片、云原生、NFV/SDN等關鍵技術，其發展催生了MEC網絡架構和部署。5G網絡的研發、應用及推廣對不同行業的智能化、數字化、新業態以及新技術的應用提供了極大驅動力[1]。

1 5G的MEC網絡架構重構必要性分析

從2G到3G、4G、LTE，全球的網絡通信技術不斷發展并實現了深度融合。我國三大運營商在這一過程中也進行了不斷革新，從2016年和2017年就開始著手建設智能化網絡，改變傳統的網絡運營模式和網絡架構、部署，希望以此提升行業競爭力和運營商主體的網絡資源優勢[2]。

為實現5G網絡的全云化發展和部署，我國三大運營商就DC進行了大量改造，充分借助MEC技術、SDN/NFV技術等實現網絡設備虛擬化，同時引入網絡能力開放、網絡功能虛擬化實現5G網絡全面網絡重構，目前已經形成了具有代表性的DC通信云網絡架構[3]。

2 MEC及5G應用功能特性

2.1 MEC

ETSI標準組在4G、5G網絡發展基礎上提出了多接入邊緣計算（Multi-access Edge Computing，MEC）概念，作為新型架構方式能夠在數據中心（Data Center，DC）基礎上進一步靠近用戶的邊緣位置，給用戶提供需要的云計算技術和用戶所需求的具體服務。該技術的應用真正實現了MBB核心網絡業務、用戶需求內容及應用的統一部署調度，而且其靠近終端用戶網絡邊緣，實現了業務靠近用戶處理，另外還實現了網絡、應用及內容的完美協同，保證用戶具備更加可靠和人性化的業務體驗[4]。

2.2 MEC的5G應用功能特性

MEC技術因其優越性在5G網絡業務建設中具有很好的應用性，應用MEC技術后5G網絡的核心能力和主要功能特性如下所示。

2.2.1 本地業務分流

作為MEC技術的基本特性，其綜合利用了業務分流技術及不斷發展的網絡流量識別技術，這些新技術的綜合運用和協同實現了5G網絡的差異化策略控制、合法監聽以及流量/內容計費的實際需求，保障了5G網絡業務應用的近距離部署，也為5G網絡業務應用本地化提供了重要基礎，滿足不同運營商和不同用戶網絡融合的任務場景需求。

2.2.2 內容和業務緩存與加速

MEC技術的應用能夠充分結合用戶和不同業務適用習慣的需求進行調整，實現訪問內容的本地緩存。以此來降低用戶訪問內容資源和業務的具體時延，對提升用戶業務體驗和用戶服務質量水平具有重要作用。除此之外，MEC技術在5G中的應用也有效減少了鏈路擁堵，降低了建設成本，優化了5G網絡流量[5]。

2.2.3 高可靠、低時延服務

MEC技術在5G網絡中的應用有效實現了計算符合的網絡邊緣化遷移，同時還能夠提供邊緣智能服務及輔助計算，有效降低了終端成本、計算服務時延以及終端能耗。在目前車聯網、工業互聯網、云游戲以及AR等不同領域均具有很好應用性，很好地滿足了這些業務低時延、高可靠的業務性質[6]。

2.2.4 網絡能力開放

MEC技術引入到5G網絡中后能夠實現對無線網絡信息的實時感知，同時結合智能化處理技術和云計算技術能夠給第三方應用提供網絡開放能力，為提升用戶體驗、優化業務水平以及加速應用創新提供了技術支持。

2.3 MEC的5G應用場景

ETSI在MEC技術提出的基礎上對應用場景進行了定義，主要集中在以下7個方面。一是視頻優化。MEC技術的邊緣化應用能夠實現無線分析應用，對于碼率適配和TCP擁塞輔助控制具有積極意義[7]。二是增強現實。MEC技術的邊緣應用能夠實現攝像頭圖像處理，還能夠加速用戶位置處理，對用戶而言能夠實時更新輔助信息。三是企業分流。根據用戶實際需求和企業業務情況深度分析用戶流量，實現科學分流。四是車聯網。將MEC技術應用到車聯網中能夠統計分析路側傳感器數據及車側傳感器數據，得到具有意義的時延敏感信息，同時能夠將這些數據實時傳遞給周邊車輛。五是物聯網。MEC技術結合大數據分析技術和聚合分析技術等應用于物聯網中，能夠統計物聯網相關設備消息，根據消息統計分析產生決策[8]。六是視頻流分析。利用MEC技術的邊緣化特征能夠優化視頻分析處理能力，和傳統視頻流分析相比有效降低視頻采集成本，就核心網流量輸入輸出而言也有效減少。七是輔助敏感計算。MEC技術還具備高性能計算特征，因此在時延敏感數據處理中有積極意義，實現了結果向端設備的高速傳遞反饋。

3 基于5G的MEC網絡架構

3.1 網絡架構

MEC具備典型優勢，不僅業務部署靈活，而且具備低時延高帶寬、網絡處理以及本地化處理特征。如圖1所示，MEC網絡機構能夠分為應用層、基礎設施層、管理層以及虛擬化層4層。

圖1 網絡架構圖

其中基礎設施層的基礎設備是通用服務器，在MEC網絡架構中能夠實現信息存儲、渲染以及計算，提供了重要硬件支持。虛擬化層中，在基礎設施層的基礎上信息能夠進入基礎設施層，該層中引入了網絡功能虛擬化技術，提供了MEC業務平臺的通信路徑。MEC管理層具有的典型功能包括生命周期管理、測量管理、全局業務編排以及基礎服務注冊等[9]。應用層主要面向不同的企業實際需求，根據業務需求提供不同應用服務，包括5G教育、智慧工業、視頻直播平臺以及AR場景應用等。

3.2 應用層級結構

分流網關根據應用環境分為邊緣級分流網關和本地級分流網關兩種類型，其中邊緣級收費較本地級收費偏高（1.5～2倍），本地級分流網關的收費主要根據帶寬執行。MEC云資源同樣根據應用環境能夠分為本地級MEC和邊緣級MEC兩種類型，同樣邊緣級MEC較本地級MEC資費更高（1.5～2倍），本地級MEC的資費根據云資源使用量執行。平臺PaaS層能力主要包括應用服務能力和網絡服務能力，邊緣云的收費主要依據服務等級執行，同時還與調用次數相關。定制邊緣云分MEC端到端整體解決方案，MEC行業云產品整體打包，參考ICT模式進行收費。云咨詢、規劃、集成實施服務的收費主要根據合同比例及項目總投資進行收取。

4 基于5G的MEC網絡部署及應用

4.1 MEC網絡架構

在本文基于5G的MEC網絡架構中，希望將其應用到工程管理當中，因此提出了MEC網絡架構。將MEC網絡架構分為接入層、匯聚層以及核心層3個層級。

4.2 智慧工地組網方案

在本文研究的基礎上提出了MEC測試床架構，結合建筑工程施工現狀搭建了5G+MEC智慧工地實驗室測試環境。本文提出的組網方案架構如圖2所示，將MEC測試床分為邊緣云、無線基站、CPE、邊緣計算Box以及現場設備5個層級。

圖2 5G+MEC智慧工地組網方案

4.2.1 邊緣云

在本地MEC邊緣云上進行智能Paas平臺和5G智能工地平臺的部署。5G智能工地平臺主要應用于工程項目的整體管理和管控，涉及安全教育、人員考勤、隱患整改以及風險警告等多個方面和維度。智能Paas平臺主要應用于施工現場設備的管理和接入、邊緣AI算法的引入、施工現場圖像識別等[10]。

4.2.2 無線基站

為保證整個網絡系統結構的性能，必須要提供高速的數據傳輸通道，通過相應的5G基站提供網絡接入。

4.2.3 CPE終端

通過5G終端實現數據的采集和匯總，將這些數據達到之后傳遞到邊緣云中。

4.2.4 邊緣計算Box

5G IOT設備的連接和匯聚主要通過邊緣計算Box實現，但是目前并沒有統一的mMTC標準。為保證5G的快速接入，借助WiFi、以太網等在邊緣計算Box中實現對各類傳感器的有效匯聚。然后，基于5G NR實現數據向邊緣云的傳遞，最終CPE與邊緣計算Box合二為一。

4.2.5 現場終端

在系統和網絡架構中設置設備監控傳感設備、門禁監控設備以及環境監測傳感設備等，通過這些設備構成完善的傳感器終端。

4.3 測試效果

對本文構建的智慧工地平臺進行相應整合之后，最終形成了對工地和工程項目的安全管控，并且在本文提出的系統之間還必須要進行聯動。對本文提出的MEC網絡架構系統進行了測試和應用。

5 結 論

基于MEC的5G網絡架構方式還結合大數據技術、云計算技術、LADN分流技術、IPv6 Multi-homing以及ULCL技術等，充分發揮了MEC優勢，實現了5G應用的低時延、數據安全保障、大帶寬本地分流。