面向MEC邊緣云的運營商IP承載網(wǎng)建設(shè)方案研究

王 欽，宋創(chuàng)興

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引 言

5G時代自動駕駛、云游戲、超高清視頻、遠(yuǎn)程醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實/增強(qiáng)現(xiàn)實（Virtual Reaity/Augmentd Redity，VR/AR）等“萬物互聯(lián)”業(yè)務(wù)場景驅(qū)動著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)向大連接、大帶寬、低時延、高實時性方向發(fā)展，各類業(yè)務(wù)場景催生的龐大數(shù)據(jù)量對邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)處理能力提出新的要求。多接入邊緣計算（Multi-access Edge Computing，MEC）邊緣云相較于傳統(tǒng)云計算的集中部署模式,將云計算能力部署到網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點，通過近距離為用戶應(yīng)用提供計算能力和智能化服務(wù)，讓用戶能夠享有更高質(zhì)量的業(yè)務(wù)體驗。目前，國內(nèi)主要通信運營商已在主要城市和重點區(qū)域開展MEC邊緣云領(lǐng)域的戰(zhàn)略部署，通過充分發(fā)揮“5G網(wǎng)絡(luò)+MEC邊緣云”的重要價值，將云計算和大數(shù)據(jù)從云端數(shù)據(jù)中心向網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)靠近，為用戶提供豐富、低時延的邊緣應(yīng)用，協(xié)助實現(xiàn)垂直行業(yè)客戶的數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型。

1 運營商MEC邊緣云架構(gòu)

運營商MEC邊緣云計算規(guī)劃建設(shè)方案根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，一般采用基于市級、區(qū)級、街道/社區(qū)3層結(jié)構(gòu)部署，包括MEC接入節(jié)點、MEC匯聚節(jié)點、MEC核心節(jié)點等。如圖1所示，在運營商MEC邊緣云架構(gòu)中，核心節(jié)點、匯聚節(jié)點一般用來承載布局類、共享型業(yè)務(wù)；接入節(jié)點一般用來承載某個客戶的專享型業(yè)務(wù)，并根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求分為機(jī)房、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a service，Iass）、配套設(shè)施規(guī)劃等[1]。

圖1 MEC邊緣云架構(gòu)

（1）市級核心層節(jié)點主要部署市級MEC業(yè)務(wù)管理平臺、移動邊緣平臺（Mobile Edge Platorm，MEP）及適宜市集中部署的MEC能力池，如數(shù)據(jù)分析、人工智能（Artifical Intelligerce，AI）訓(xùn)練等應(yīng)用。

（2）區(qū)級匯聚層節(jié)點主要部署區(qū)級MEP能力平臺、區(qū)級共享型MEC能力池，如區(qū)域性較為敏感的安防應(yīng)用、視頻分析等應(yīng)用。

（3）街道/社區(qū)邊緣接入節(jié)點主要按用戶業(yè)務(wù)需求部署高時延、敏感性或數(shù)據(jù)安防級別較高的應(yīng)用，如自動駕駛、智慧工廠、智慧安防等應(yīng)用。

邊緣云部署方面，規(guī)劃的邊緣云大部分貼近用戶，位于街道、社區(qū)等相對偏遠(yuǎn)地區(qū)，需要大量的機(jī)房站址，對客戶的部署能力提出高要求；邊緣云與中心云的連接方面，邊緣云與中心云的有線連接（專線/VPN）鋪設(shè)成本高，大部分客戶不具備相應(yīng)的能力；邊緣云與終端的連接方面，通常終端數(shù)量多、位置分散，或者具有很強(qiáng)的移動性，邊緣云與終端的有線連接困難。

2 面向MEC邊緣云的IP承載網(wǎng)建設(shè)方案

運營商MEC網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)劃主要聚焦重點區(qū)域和重點客戶需求，采用IP城域網(wǎng)實現(xiàn)城域內(nèi)的互聯(lián)或針對重點連片區(qū)域的MEC間的點到點大帶寬直接互聯(lián)。其規(guī)劃建設(shè)思路主要依托運營商已有的城域網(wǎng)等固網(wǎng)資源，構(gòu)建基于MEC邊緣云之間互聯(lián)的IP城域網(wǎng)，低成本快速實現(xiàn)全網(wǎng)MEC邊緣云的互聯(lián)互通，形成競爭力，并與運營商5G承載網(wǎng)、政企專網(wǎng)等業(yè)務(wù)融合，資源共享，構(gòu)建統(tǒng)一協(xié)同的多業(yè)務(wù)融合互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。下面以南方某一省會城市運營商MEC邊緣云規(guī)劃建設(shè)為例，進(jìn)行IP承載網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方案的分析。

2.1 總體建設(shè)方案

2.1.1 組網(wǎng)方案對比

MEC邊緣云對應(yīng)的IP承載網(wǎng)組網(wǎng)可采用以下3種方式：核心交換機(jī)+波分方式、核心交換機(jī)+裸纖方式、無線接入網(wǎng)IP化（IP Radio Access Network，IPRAN）設(shè)備+裸纖方式，各組網(wǎng)方式的優(yōu)缺點如表1 所示[2]。

表1 各組網(wǎng)方式優(yōu)缺點對比表

受限于MEC邊緣云對應(yīng)業(yè)務(wù)應(yīng)用場景的分布，各個區(qū)域的街道/社區(qū)級MEC機(jī)房建設(shè)密度分布不平均，組網(wǎng)方式也不盡相同，結(jié)合運營商自身核心匯聚層的光纜資源相對欠缺，接入層的光纜資源相對豐富，因此建議區(qū)級MEC機(jī)房的組網(wǎng)方式采用核心交換機(jī)+波分方式，街道/社區(qū)級MEC機(jī)房的組網(wǎng)方式采用IPRAN設(shè)備+裸纖方式，即MEC業(yè)務(wù)承載主要依托MEC機(jī)房之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)和MEC機(jī)房的出口數(shù)通設(shè)備。

2.1.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

（1）核心層級MEC機(jī)房。與國干/省干傳輸系統(tǒng)對接：一次性在兩大核心MEC機(jī)房用雙路由格局組建光傳送網(wǎng)（Optical Tranort Netork，OTN）環(huán)，滿足兩大核心MEC機(jī)房之間以及與國干/省干之間的業(yè)務(wù)靈活調(diào)度。

（2）各區(qū)域的區(qū)級MEC機(jī)房。本地骨干傳輸系統(tǒng)：聯(lián)合相近的幾個區(qū)域一次性雙路由格局組建OTN環(huán)，滿足兩大核心MEC機(jī)房與各區(qū)域區(qū)級MEC機(jī)房之間的大顆粒業(yè)務(wù)調(diào)度。

（3）各區(qū)域街道/社區(qū)層級MEC機(jī)房。根據(jù)各區(qū)域街道/社區(qū)層級MEC機(jī)房不同的業(yè)務(wù)需求，可以在每個MEC機(jī)房配置1臺IPRAN設(shè)備，再根據(jù)各個區(qū)域光纜資源情況組網(wǎng)，用于承載各區(qū)域街道/社區(qū)層級MEC機(jī)房間的小顆粒業(yè)務(wù)，統(tǒng)一將這些小顆粒業(yè)務(wù)匯聚至各個區(qū)域的區(qū)級MEC機(jī)房。

因此，對于核心匯聚層級的MEC機(jī)房，可采用OTN系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一承載；對于業(yè)務(wù)量集中的街道級/社區(qū)級MEC機(jī)房，可采用每個環(huán)路按最多4個節(jié)點機(jī)房組成50G的環(huán)路；對于業(yè)務(wù)量較少或者距離市區(qū)較遠(yuǎn)的街道級/社區(qū)級MEC機(jī)房，可以優(yōu)先采用鏈狀的方式組網(wǎng)。

2.1.3 數(shù)通設(shè)備設(shè)計

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用了核心、匯聚、接入層次化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)非常適合傳統(tǒng)傳輸業(yè)務(wù)，因為傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)流量主要是南北向而非東西向，且核心層和匯聚層的速度也要比邊緣層的速度快數(shù)倍。

隨著MEC邊緣云業(yè)務(wù)的引入，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心3層式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始受到挑戰(zhàn)：服務(wù)器之間存在東西向的流量；虛擬機(jī)的遷移需要在2層網(wǎng)絡(luò)中完成；核心層的端口數(shù)量成為瓶頸等。通過采用“Core and Pod”架構(gòu)，指的是利用多個懸掛在路由核心層上，每個都單獨設(shè)計的Pod（內(nèi)部結(jié)構(gòu)不必相同）來搭建網(wǎng)絡(luò)，并且將每個Pod視為1個單元。在每個Pod內(nèi)，可以只有單一的接入層，或者更常見的分布式核心網(wǎng)絡(luò)（leaf-spine架構(gòu)）。如圖2所示，該方式可將接入交換機(jī)放置在每個服務(wù)器機(jī)柜或單元的頂部，利用短跳線將機(jī)柜內(nèi)服務(wù)器與交換機(jī)進(jìn)行直連，再通過光纖從每個服務(wù)器機(jī)柜或單元頂部交換機(jī)的上行鏈路端口連至MEC邊緣云機(jī)房的出口核心交換機(jī)。

圖2 機(jī)房內(nèi)部組網(wǎng)示意

因此，根據(jù)MEC邊緣云規(guī)劃建設(shè)方案，以及對核心匯聚層級MEC機(jī)房的定位，建議在每個核心匯聚MEC機(jī)房配置2臺出口核心交換機(jī)；街道/社區(qū)級MEC機(jī)房在網(wǎng)絡(luò)層級來看，屬于接近用戶側(cè)的接入節(jié)點，且每個機(jī)房都配置1臺IPRAN設(shè)備，可以滿足一般接入節(jié)點機(jī)房的承載需求，不需要再額外配置數(shù)通設(shè)備。

核心匯聚層級MEC機(jī)房之間主要通過在機(jī)房出口新增核心交換機(jī)，通過OTN網(wǎng)絡(luò)來承載業(yè)務(wù)，如圖3所示；街道/社區(qū)級MEC機(jī)房之間主要通過在機(jī)房新增IPRAN設(shè)備，通過裸纖組成IPRAN網(wǎng)絡(luò)來承載業(yè)務(wù)，如圖4所示。

圖3 核心交換機(jī)承載的組網(wǎng)示意

圖4 IPRAN設(shè)備承載的組網(wǎng)示意

2.2 業(yè)務(wù)承載建設(shè)方案

根據(jù)MEC邊緣云規(guī)劃建設(shè)方案，全市在運營商市區(qū)中心機(jī)房和南區(qū)的2個區(qū)規(guī)劃建設(shè)個核心MEC機(jī)房；將在該市對應(yīng)的9個區(qū)域各新建2個匯聚MEC機(jī)房，共規(guī)劃建設(shè)18個區(qū)級匯聚MEC機(jī)房；街道/社區(qū)級MEC機(jī)房結(jié)合業(yè)務(wù)需求，初步規(guī)劃建設(shè)720個。

2.2.1 傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

（1）市級核心MEC機(jī)房：一次性雙路由格局組建骨干OTN環(huán)，系統(tǒng)容量為80×100G，主要承載2大核心MEC機(jī)房與國干/省干網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)調(diào)度、核心MEC機(jī)房之間的大顆粒業(yè)務(wù)調(diào)度以及與各區(qū)域匯聚MEC機(jī)房之間的大顆粒業(yè)務(wù)調(diào)度[3]。

（2）區(qū)級匯聚MEC機(jī)房：結(jié)合運營商前期的傳輸光纜資源、各個區(qū)域現(xiàn)有固網(wǎng)的匯聚機(jī)房分布情況以及MEC邊緣云未來數(shù)年的規(guī)劃建設(shè)方案，建議選取現(xiàn)網(wǎng)中各個區(qū)域的分中心機(jī)房作為MEC機(jī)房，按地理位置新建2套城域骨干傳輸系統(tǒng)（系統(tǒng)容量為40×100G），主要承載各區(qū)域匯聚MEC機(jī)房與核心MEC機(jī)房、各區(qū)域匯聚MEC機(jī)房之間的大顆粒業(yè)務(wù)調(diào)度，如圖5所示。

圖5 新建OTN環(huán)拓?fù)?/p>

對于業(yè)務(wù)量集中的街道級/社區(qū)級MEC機(jī)房，可以考慮按每個環(huán)路最多4個節(jié)點機(jī)房組成50G的環(huán)路；對于業(yè)務(wù)量較少或者距離市區(qū)較遠(yuǎn)的街道級/社區(qū)級MEC機(jī)房，可優(yōu)先采用鏈狀的方式組網(wǎng)，如圖6所示。

圖6 新建50G環(huán)路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽?/p>

2.2.2 管線建設(shè)方案

新建的MEC機(jī)房，結(jié)合未來MEC業(yè)務(wù)種類多、需求復(fù)雜等特點，可以按如下方案建設(shè)：對于核心匯聚MEC機(jī)房，每個機(jī)房建設(shè)的2個方向的管道出局路由，管孔數(shù)量48，敷設(shè)288芯光纜；對于街道/社區(qū)級MEC機(jī)房，每個機(jī)房保證2個不同方向的出局路由，敷設(shè)24芯光纜。

2.2.3 數(shù)通設(shè)備建設(shè)方案

根據(jù)核心匯聚層級MEC機(jī)房的業(yè)務(wù)定位，建議在2個核心MEC機(jī)房和每個區(qū)域?qū)蛹墔R聚MEC機(jī)房各新增2臺萬兆以太網(wǎng)交換機(jī)；街道/社區(qū)級MEC機(jī)房在網(wǎng)絡(luò)層級來看，屬于接近用戶側(cè)的接入節(jié)點，且每個機(jī)房都配置1臺IPRAN設(shè)備，可以滿足一般接入節(jié)點機(jī)房的承載需求，因此不需要再額外配置數(shù)通設(shè)備。

3 結(jié) 論

運營商MEC邊緣云通過將內(nèi)容與計算能力下沉，可為用戶提供智能化的流量調(diào)度，推動5G承載網(wǎng)絡(luò)的邊緣組網(wǎng)建設(shè)，為MEC邊緣云將算力和網(wǎng)絡(luò)下沉到靠近用戶的邊緣創(chuàng)造條件。本文中面向MEC邊緣云的運營商IP承載網(wǎng)建設(shè)方案，可解決MEC邊緣云網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中面臨的傳輸資源受限問題，有效提升用戶業(yè)務(wù)體驗，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)價值的最大化。