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)首席營銷專家

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——5G技術(shù)展望專題（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)首席營銷專家

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)演進方向，接下來介紹MEC的部署場景、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。

移動邊緣計算MEC；5G；LBO；NFV；控制與承載分離

1 引言

隨著移動網(wǎng)絡(luò)帶寬的大幅提升，大量的高質(zhì)量內(nèi)容開始在網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生，這將人們對體驗的要求又帶上了一個新的層次，實時性、現(xiàn)實感的高清晰音視頻內(nèi)容將越來越普遍，這使得當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)越來越難以滿足人們的體驗需求；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A(chǔ)設(shè)施，更多的行業(yè)和服務(wù)遷移到網(wǎng)絡(luò)上來，對網(wǎng)絡(luò)能力帶來前所未有的新需求，尤其是超低時延的需求，這使得以前僅僅為人的通信而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法承載。于是，一種新的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架被提出來，這就是MEC，它將使現(xiàn)在中心化的網(wǎng)絡(luò)變成一個分布式的網(wǎng)絡(luò)，讓應(yīng)用和內(nèi)容離用戶更近，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離人們越來越近了。

2 面向5G的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架演進：從扁平到邊緣

回顧移動網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的演進歷程可以看到，移動網(wǎng)絡(luò)一直在向減少業(yè)務(wù)處理環(huán)節(jié)、實現(xiàn)構(gòu)架扁平的方向發(fā)展，在2G時代，用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)需要經(jīng)過基站、基站控制器、SGSN、GGSN然后才到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)，訪問效率非常低，使本來就不快的上網(wǎng)速度更加緩慢，當(dāng)移動網(wǎng)演進到LTE時代，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架已經(jīng)大大扁平化，互聯(lián)網(wǎng)訪問簡化到了2跳，用戶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)，大幅提升了用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的體驗。但當(dāng)面對5G時代的極低時延、超大帶寬和各行各業(yè)的大規(guī)模物聯(lián)業(yè)務(wù)時，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架就無法滿足這些需求了，從而需要新的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架來實現(xiàn)。

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

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

但是，目前的移動技術(shù)對時延的優(yōu)化并不充分，比如，LTE技術(shù)可以將空口吞吐率提升10倍，但對端到端的時延只能優(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)架并沒有充分優(yōu)化而成為了業(yè)務(wù)時延的瓶頸。LTE網(wǎng)絡(luò)雖然實現(xiàn)了2跳的扁平構(gòu)架，但基站到核心網(wǎng)往往會距離數(shù)百公里，途徑多重會聚、轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，再加上不可預(yù)知的擁塞和抖動，根本無法實現(xiàn)低時延的保障。所以為支持這些對時延有極高要求的業(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，實現(xiàn)低時延的業(yè)務(wù)處理。

2.2 超大流量需要內(nèi)容的本地化

當(dāng)前的移動網(wǎng)絡(luò)本來是為語音業(yè)務(wù)而設(shè)計的，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)架采用了樹狀結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)層匯聚到中心節(jié)點來處理。但對于

MBB業(yè)務(wù)，這樣的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架則遇到了問題，舉個例子，一段網(wǎng)紅的短視頻約為10MB，如果一個區(qū)域內(nèi)有1000個人觀看這段視頻就會產(chǎn)生10GB的網(wǎng)絡(luò)流量，而實際上這段內(nèi)容從互聯(lián)網(wǎng)到移動網(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)點就可以為運營商節(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)流量越來越高，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的這個效率問題將更加突出，所以大流量時代的內(nèi)容本地化勢在必行。

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

移動寬帶網(wǎng)絡(luò)越來越成為企業(yè)辦公和行業(yè)營銷的基礎(chǔ)平臺，越來越多的細(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)為了移動辦公的安全性考慮，希望對私有云的數(shù)據(jù)訪問在企業(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)同時又能支持本地業(yè)務(wù)分流；又比如一家韓國運營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)進行智能的人流分析，并動態(tài)調(diào)整本地的廣告內(nèi)容，從而提高廣告轉(zhuǎn)化率，這就需要基于一個本地化的、開放的網(wǎng)絡(luò)平臺。

面對這些需求，移動網(wǎng)絡(luò)需要一個新的構(gòu)架來解決邊緣業(yè)務(wù)提供問題，其實就在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即移動邊緣計算，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，通過業(yè)務(wù)的靠近用戶處理，以及應(yīng)用、內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，來提供可靠、極致的業(yè)務(wù)體驗。

3.1 MEC的部署場景

MEC的實際部署需要在體驗和效率之間進行平衡，一方面，MEC越靠近基站則中間環(huán)節(jié)越少，體驗就越好；但另一方面，越靠近基站，同時接入的用戶就會變少，節(jié)點的使用效率會有所降低。

同時，MEC也要根據(jù)場景化的業(yè)務(wù)需求來決定部署位置，比如對于一些企業(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)，又比如一些體育場館為場內(nèi)用戶提供賽場回放、參與互動、在線購買以及位置服務(wù)等定制業(yè)務(wù)，這時就需要MEC部署在場館內(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機房（Central Office）以及一些特定場所、園區(qū)內(nèi)（見圖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

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

（1）用戶面的終結(jié)：包括計費、策略等核心網(wǎng)功能的運營能力，同時滿足計費、監(jiān)聽、移動性以及操作維護的需求。

（2）業(yè)務(wù)的LocalBreakOut（LBO）：為實現(xiàn)內(nèi)容和應(yīng)用的本地化處理，MEC必須實現(xiàn)LBO功能，從而使用戶可以通過MEC直接訪問本地的內(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)用的注冊和管理：為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的擴展和第三方業(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)能力開放：為了實現(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需要提供開放的平臺，以使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的能力開放出去以和第三方業(yè)務(wù)實現(xiàn)無縫結(jié)合。

3.3 MEC的關(guān)鍵技術(shù)

其實早在2012年業(yè)界已經(jīng)開始研究MEC，但受限于平臺開放技術(shù)和商用驅(qū)動力的制約，一直沒有實際部署，近年來，隨著NFV技術(shù)的成熟應(yīng)用，MEC開始進入了標(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)實現(xiàn)多租戶共建

NFV技術(shù)使MEC上實現(xiàn)多租戶成為可能，使網(wǎng)關(guān)功能、第三方應(yīng)用可以共平臺部署、統(tǒng)一資源管理。但另一方面，由于MEC節(jié)點容量相對較小，不能依賴大規(guī)模DC帶來的可靠性和性能的優(yōu)勢，所以僅僅NFV對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，在有限資源下來實現(xiàn)高可靠性、靈活性和高性能。

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

當(dāng)MEC靠近接入側(cè)來部署，核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)功能將分布在網(wǎng)絡(luò)的邊緣，會造成大量接口的配置、對接和調(diào)測，所以需要將核心網(wǎng)的用戶面和控制面進行分離，以實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的靈活部署，以簡化組網(wǎng)。

網(wǎng)關(guān)用戶面和控制面分離（CU分離）通過剝離網(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)分布式部署所帶來的成本壓力，同時也可以化解信令路由迂回和接口負(fù)擔(dān)等問題。

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；其次要對保留的核心基本功能進行建模，定義出通用轉(zhuǎn)發(fā)面模型和對象化的接口，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)面的可編程，支持良好的擴展性；最后，在復(fù)雜業(yè)務(wù)功能被剝離的基礎(chǔ)上，實現(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

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

4 華為的MEC解決方案

作為面向5G的移動邊緣計算解決方案，華為MEC@CloudEdge將為運營商構(gòu)建面向未來的邊緣云。

MEC@CloudEdge解決方案基于華為CloudEdge云化平臺，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)的用戶面處理和LBO功能實現(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，以實現(xiàn)業(yè)務(wù)擴展和體驗優(yōu)化；支持網(wǎng)絡(luò)能力開放以支持運營商的新業(yè)務(wù)創(chuàng)新；并且，根據(jù)需要可以進行控制面、用戶面、使能面和管理面的按需模塊化部署（見圖2）。

華為的MEC@CloudEdge解決方案已經(jīng)和運營商C進行了集成CDN的聯(lián)合測試，以優(yōu)化視頻體驗，測試結(jié)果表明，視頻緩沖時延提升了30%，有效提升了用戶體驗。

5 結(jié)束語

隨著MEC的建設(shè)，移動網(wǎng)絡(luò)將帶來一系列令人興奮的辦公、娛樂的新方式。比如：基于MCDN的高清

視頻體驗，基于AR/VR的手游和LBS營銷，基于LBO的安全、可靠的企業(yè)移動辦公，基于MCDN和開放平臺的智能場館，以及與車聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的交通輔助系統(tǒng)。新技術(shù)帶來新生活，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）