MEC應用場景及商業模式分析

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

1 概述

互聯網和物聯網（IoT）業務應用的持續涌現，通信終端種類的日益豐富，以及用戶對應用體驗要求的不斷提高，對通信網絡的傳輸帶寬和時延提出更高的要求，也對傳統的云計算模式提出了新的挑戰。

當前云計算模式下，信息技術（IT）服務環境部署在遠端云。從網絡邊緣設備傳輸海量數據到云中心致使網絡傳輸帶寬的負載量急劇增加，造成較大的網絡延遲［1-2］。一些大流量、低時延、本地產生、本地終結的業務需要移動網絡具備本地分流、業務應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據，也需要移動網絡具備數據本地匯聚和處理等功能。而多接入邊緣計算（MEC）技術通過在移動網絡邊緣提供IT 服務環境和云計算能力，使得業務本地化、近距離部署成為可能，能夠更好地支持高帶寬、低延時業務。此外，業務應用的本地化部署使得業務應用更靠近無線網絡及用戶本身，更易于實現對網絡上下文信息（位置、網絡負荷、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 得到了學術界的廣泛關注，迅速成為IT 界和CT 界的新一代研究熱點。2014 年，歐洲電信標準協會（ETSI）為了推動相關標準化的工作而專門成立了MEC 規范工作組。隨著ETSI MEC 標準化工作的推進，MEC 的概念已經從立項初期（第一階段）以3GPP 移動網絡為目標，擴展至對非3GPP 網絡（Wi-Fi、固網等）以及3GPP 后續演進網絡的支持，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］。

由于寬帶接入服務器（BRAS）的部署位置較低，因此在固網接入的MEC 場景下，可以直接將業務節點和BRAS 部署在一起。而在移動網絡下，需要綜合考慮覆蓋面積、當前網絡狀況、業務需求等因素，在滿足條件的情況下，盡量靠近無線側部署MEC 服務器。與固網相比，移動網絡下MEC的部署要復雜得多。

5G 的三大應用場景，決定了5G 業務的終結點不可能都在核心網后端的云平臺。作為5G 的核心技術之一，MEC發展前景廣闊。

2 5G MEC系統架構

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

與4G 核心網不同，5G 網絡架構在設計之初，便從網絡重構的角度，將控制功能集中化，將用戶面或轉發面功能進一步簡化，以提高效率。5G核心網控制面和用戶面的分離，使得用戶面網關可以根據用戶需求獨立下沉至移動網絡邊緣，并支持計費、合法監聽等功能［5-6］。

如圖1 所示，5G MEC 系統由5G 網絡和MEC 系統組成，分為接入層、邊緣數據中心（DC）、中心DC 3 個層面。其中，策略控制功能（PCF）實現分流策略的控制；用戶面功能單元（UPF）代替了4G 網絡中的SGW和PGW，負責執行路由和轉發、數據包檢查和用戶平面部分策略規則實施等功能；會話管理功能（SMF）主要負責與分離的數據面交互，創建、更新和刪除會話，并管理與UPF 的會話環境。MEC 編排器作為一個應用功能（AF），將MEC服務需要的分流規則，通過N5接口或者NEF 告知PCF，PCF 將分流策略配置給SMF，再由SMF 下發給UPF，最終由UPF 實現分流的功能［7］。由于UPF 可按需部署于網絡的各個位置，因此可將業務分流到MEC 服務器。對于低時延的強交互型業務，如增強現實∕虛擬現實（AR∕VR）業務，可以將UPF 和MEC 部署于區縣級；對時延要求不是特別高的非強交互型業務，如視頻業務，可將UPF 和MEC 部署在地（市）級。

圖1 5G MEC系統架構

MEC 系統主要為業務應用提供部署運營環境，支持網絡能力和業務能力的合作引入和統一開放。其中，MEC編排器負責MEC業務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 業務管理平臺的管理調度，并執行和實現相應策略，支持移動網、固網等多種網絡接入模式。MEC 編排器和邊緣MEP 間通過云邊協同實現業務、應用、能力、MEP等層面的協同。在MEC主機上運行的APP，可以是無線網絡信息開放、定位、QoS管理等網絡能力服務，也可以是第三方的應用程序，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、存儲和網絡資源的分配和釋放。網絡功能虛擬化架構（NFVI）是用來托管和連接虛擬功能的一組資源，當創建網絡功能虛擬化（NFV）服務時，NFV 編排器會調用一系列VIM。從MEC 系統的角度來看，運營商支持系統（OSS）是支持系統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用的請求，并將經過認證授權的請求數據分組轉發到MEC編排器進一步處理。

綜上所述，5G MEC 是IT 和CT 技術的深度融合，不僅在學術領域有著廣闊的研究空間，而且在產業化方面也有著巨大的市場前景。因此，通過在無線網絡側增加計算、存儲和處理等功能，構建邊緣云，提供IT服務環境和云計算能力，使移動網絡具備本地分流、業務應用本地化部署的能力，可以有效提升移動網絡的智能化水平。

3 應用場景

由于MEC 具有高帶寬、低時延以及位置感知等技術特征，因此應用場景十分豐富。ETSI 于2015 年11月發布了MEC 的七大業務場景，包括智能移動視頻加速、監控視頻流分析、AR、密集專網輔助、企業專網應用、車聯網以及網關服務［8］。從目標群體的角度進行劃分，可將MEC 的應用場景分為2B 類應用和2C 類應用，前者針對企業園區場景的本地化業務需求，而后者主要關注如何通過云邊能力協同來改善用戶體驗。

3.1 2B類應用

企業園區涉及到大流量的客戶生產數據，安全考慮較多。目前多數園區通過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，難以滿足園區需求。在移動互聯網迅猛發展的時代，企業園區希望通過蜂窩網絡和MEC 的結合，使得本地產生的數據能夠在本地終結，實現低時延、高帶寬的虛擬局域網體驗，打造綠色、智慧的企業園區。

如圖2 所示，基于MEC 與5G 技術，可在企業園區構建一個虛擬的移動專網∕局域網，實現移動辦公、園區管理（視頻監控等）、工業控制等功能。以園區的移動視頻監控為例，目前園區監控視頻的常用數據處理方式分為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據分析能力，成本高昂；而在云中心處理需要大量數據的迂回路由，將增加核心網負擔且時延較大，效率過低。因此，這2 種方式都無法支持園區的全方位實時視頻監控。而通過在園區部署MEC 服務器，對監控視頻數據進行本地化處理，把監控畫面有變化的視頻片段進行回傳，可以有效地節省傳輸資源。對于大量價值不高的靜態監控內容，可以直接保存在MEC 服務器上，在降低核心網負擔的同時，也提高了處理效率。基于MEC 實現本地分流的方式，可以避免大流量業務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移動視頻監控場景下。

圖2 2B類場景

智慧園區方案可以在特有的虛擬專網上，提供多樣化、高速率、低時延的業務場景。如視頻緩存業務，可以為園區用戶提供熱點視頻的快速接入；視頻直播業務，可以提供園區大型活動的現場直播；實時工業控制，更好地實現了物與物直接的傳感和交互，促進了IoT 時代的到來；設備∕人員定位，保障了園區的安全，真正實現了“業務應用在邊緣，管理在云端”的模式。

在這類應用場景中，需要考慮如下問題。

a）多種網絡的兼容接入：固網、WLAN、移動網絡需在邊緣融合，以滿足企業統一通信的需求。

b）網絡定制化：園區業務場景豐富，需要實現不同用戶∕業務的差異化管理與控制，如生產網絡和生活網絡的隔離。

c）智能化業務：園區業務需要智能化發展，包括但不限于移動辦公、移動視頻監控、定位、工業控制、VR教育培訓等。

3.2 2C類應用

業務應用的不斷發展和用戶連接數的快速增長，一方面意味著海量數據的產生；另一方面意味著數據對智能計算的需求。這些需求使得網絡負荷急劇上升，用戶體驗隨之降低。

以VR 應用為例，它是計算機圖形和視覺技術、傳感與測量技術、語音識別與合成技術、人機接口技術及人工智能技術等多種高新技術集成的結晶，其逼真性和實時交互性為系統仿真技術提供有力的支撐，是多媒體最高級別的應用。由于VR 業務的強交互性，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 應用低時延的要求，而時延增大會使觀看者產生眩暈感。

MEC 的典型特征就是低時延，在VR 領域，MEC 有著廣闊的應用前景。對于VR 業務來說，邊緣云可對VR設備傳遞的信息進行實時處理，這極大地降低了時延，提高了數據處理精度，進而提升了用戶感受。更進一步，利用云中心已有的基礎設施及業務能力儲備，實現云邊能力的協同，MEC的能力集也得以豐富。

根據用戶的需求，將用戶需要的內容下沉到網絡邊緣。一些直播視頻或者預計非常受歡迎的內容可以部署或者緩存在靠近無線接入網以及終端用戶的位置。借助邊緣計算與存儲能力實現視頻的本地處理與交付，減少云端數據傳輸，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，可通過對業務和用戶進行識別，充分優化利用本地網絡資源，以提供差異化的服務。

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

圖3 2C類場景

a）對MEC 連接的需求：提供固網、WLAN、移動等多種網絡的兼容接入。

b）對MEC 計算的需求：在就近的位置提供專業可靠的算力資源，為業務提供合適的部署環境。

c）對MEC運維的需求：提供專業的計算設施及網絡維護服務，保障業務穩定運行，節省客戶維護成本。

4 MEC商業模式分析

MEC的業務發展是建立在用戶、連接、計算、安全∕運維、能力和應用等資源的基礎上的。從商業模式的角度，MEC 整體上包括了2B 類的本地業務和2C 類的全網業務2 種服務。其中，2B 類的本地業務面向本地政企客戶，如復雜環境下的工業園區。通過4G∕5G 技術和MEC 結合，可在園區構建一個虛擬專網，以蜂窩網絡替代Wi-Fi 和固網，帶動運營商移動和寬帶基礎業務及行業應用的發展，為園區用戶提供低時延、高安全、高可靠的邊緣網絡連接。該類業務以“連接+計算+運維”為吸引，與“第三方能力∕應用”結合，提供行業解決方案。2C類的全網業務面向C端用戶、互聯網∕游戲∕設備提供商等客戶，以視頻場景為主，通過邊緣資源構建差異化的服務收益。該類業務提供“連接+計算+運維”的基礎服務，向能力、應用提供的方向發展。

具體來說，MEC 的商業模式可從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+基礎設施（IaaS）。運營商為客戶提供處理CPU、內存、存儲、網絡等計算基礎設施和其他基本的計算資源，用戶能夠部署和運行任意軟件，包括操作系統和應用程序。此時，運營商可從網絡、算力和管理維護等方面進行收費。

b）智能連接+基礎設施（IaaS）+能力調用分成（PaaS）。運營商向客戶提供邊緣網絡及業務能力，客戶不需要管理或控制底層的云基礎設施，但客戶能控制部署的應用程序和運行應用程序的托管環境。此時，運營商設定能力調用單價及收費規則，如按使用次數、使用時長、使用量等進行收費。

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

由于MEC 服務器是在各個地（市）省級單位分別部署的，因此需要統籌經營獲取規模化的議價收益，保證MEC 的商業模式良性發展。此外，還需從以下3個業務層面進行考慮，而不是將MEC 看作一個獨立的邊緣數據中心。

a）MEC 邊緣云網資源需統一規劃建設、集約管理，這樣更利于發揮邊緣云網資源優勢。

b）MEC業務應統一布局，集約管理、靈活受理，保證MEC業務可管可控、靈活運營。

c）MEC系統需通過邊云協同，滿足其他自有云業務平臺（如IoT 平臺、工業互聯網平臺）及第三方業務云的邊緣需求，提升MEC價值。

整體而言，MEC 的商業模式可以從點到塊再到面逐步演進。以2B類業務為例，第1階段實現MEC的連接，為園區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、計算和專業運維為基礎，為園區提供業務應用，部署所需的云網基礎資源；最后將園區部分或全部應用部署在運營商的MEC 邊緣云上，實現向平臺、能力等銷售模式的轉換。

5 結束語

MEC 將計算資源和存儲資源由網絡中心下沉到網絡邊緣的節點，能夠直接從網絡的邊緣提供高度個性化的服務。MEC 的鄰近性、低時延、高帶寬和位置感知可以轉化為獨特的價值和創收方式，運營商和應用服務提供商可以利用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，為未來網絡打開巨大的市場空間。