國際標準風起云涌盤點MEC2018新進展

中國聯通網絡技術研究院|呂華章 陳丹 王友祥 馮毅

運營商的網絡短期內不會重新部署，因此，亟需尋找一種更為合理的方式解決現有問題。邊緣云或邊緣計算是一種在網絡邊緣或靠近用戶接入點側部署云數據中心的技術，是解決現有網絡問題的可行之道。

傳統(tǒng)的集中式云計算將業(yè)務處理數據回傳至云數據中心，采用集中式數據存儲，并利用超強的計算能力來集中式解決計算和存儲問題。但是隨著萬物互聯以及5G高帶寬、低時延時代的到來，各類業(yè)務如車聯網、工業(yè)控制、4K/8K、VR/AR等產生的數據量爆炸式增長，以及對時延和帶寬的嚴格要求，傳統(tǒng)的集中式云計算都將無法滿足。

以云計算為核心的集中式數據處理方式將數據傳輸到遠端的云計算中心，數據經過處理和分析后的結果再傳輸回用戶端。這種云計算中心具有較強的計算和存儲能力，云計算的能力也呈逐年線性增長趨勢。但是面對未來在網絡邊緣側產生的如此爆炸式增長的海量數據，當前傳統(tǒng)云計算模式將受到嚴重的挑戰(zhàn)。

首先，這些海量數據均需要通過運營商的網絡回傳，并經過核心網處理，這對于當前運營商的傳輸網、核心網都是非常大的挑戰(zhàn)。海量數據的傳輸需要很大的帶寬，以目前現網的能力進行處理和傳輸極易造成擁塞。其次，海量數據傳輸造成的時延也非常大，會極大地降低用戶體驗。最后，海量數據傳輸的安全、終端能耗問題也是不可忽視的。

應對數據大爆炸邊緣計算應運而生

運營商的網絡短期內不會重新部署，因此，亟需尋找一種更為合理的方式解決現有問題。邊緣云或邊緣計算是一種在網絡邊緣或靠近用戶接入點側部署云數據中心的技術。

該技術將傳統(tǒng)的集中式云計算能力下沉，讓靠近用戶的網絡邊緣側獲得計算、存儲、網絡、加速、人工智能及大數據處理等能力，同時為第三方服務應用提供開放、開源的部署平臺，面向用戶提供種類多樣的第三方服務，最終實現高帶寬、低時延、大連接的高效服務分發(fā)。

邊緣計算/邊緣云是結合SDN/NFV、大數據、人工智能等技術并支撐各行業(yè)數字化轉型的關鍵基礎設施。未來，邊緣云將提供更加開放、開源的邊緣業(yè)務PaaS平臺，為應用開發(fā)者提供豐富的平臺服務能力及統(tǒng)一API，從而加速邊緣應用的創(chuàng)新業(yè)務孵化和商用推進。

邊緣計算通過開放網絡能力與大數據、云計算平臺結合，使得第三方應用部署到網絡邊緣，是從扁平到邊緣及面向5G網絡架構演進的必然技術，同時也提供了一種新的生態(tài)系統(tǒng)和價值鏈。

當前火熱的物聯網應用，特別是一些新興物聯網應用領域如自動駕駛、無人機、AR/VR、智慧城市等，這些嶄新的應用非常強調對圖像、視頻的辨識和處理能力，對網絡的低延時和高帶寬要求非?？量?，幾乎要達到數十毫秒以內。傳統(tǒng)的回傳云端方式顯然已經無法滿足這種時延和帶寬要求，而邊緣計算則可以取代其成為未來解決這些新業(yè)務的重要方案。

ETSI二階段標準化進行時

對于邊緣計算的美好前景與廣泛應用，有關邊緣計算的標準化工作也逐漸受到各大標準化組織的關注。歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）在2015年最先發(fā)布了邊緣計算白皮書。該白皮書的內容涉及到邊緣計算的定義、場景應用、平臺架構、使能技術以及部署方案等諸多內容。之后，ETSI正式啟動了第一階段邊緣計算標準化工作。

截至目前，ETSI已經提出了包括邊緣計算平臺架構、邊緣計算技術需求、邊緣計算API接口準則、邊緣計算APP使能、邊緣云平臺管理、基于NFV的邊緣云部署等多個內容版本。目前，ETSI有關邊緣計算標準化工作的第一階段已經于2017年底結束，已經制定的標準見表1。

第二階段的標準化任務正在開展，預計在2018年第四季度完成，第三階段的標準化工作正在規(guī)劃中。第二階段的主要任務是對第一階段所推出的各類標準進行修訂、演進，同時還推出一批新的標準，目前正在進行的標準化工作見表2。

另外，在第二階段的標準化過程中，還會對第一階段已有的標準進行維護和更新。

2018年初，ETSI還發(fā)布了邊緣計算同5G和C-RAN相結合的白皮書《MEC deployment in 4G and towards 5G》和《C-RAN and MEC: A Perfect Pairing》。這兩部白皮書給出了邊緣計算在5G時代的演進方向和無縫契合。

聯通MEC ICT融合標準成功立項

中國聯通在2018年3月12日首次參加ETSI MEC#13會議，會上中國聯通主導的《MEC Platform to Enable OTT Business》國際標準項目成功立項，獲得審核委員會全票通過。

這是ETSI在邊緣計算領域首個實現ICT融合的立項，填補了MEC應用研究方面的空白。自此，中國聯通牽頭開啟了ETSI MEC標準化組織與OTT的應用合作，具有里程碑式的重要意義。該立項建議由中國聯通聯合產業(yè)伙伴共同向ETSI MEC #13提交，并由中國聯通網絡研究院標準專家進行立項申請陳述和答辯。該標準項目將基于業(yè)界最大的天津Edge-Cloud測試床，依托輕量化Openstack、Kubernetes等虛擬化技術，以商用化部署為目標，研究vCDN、VR/AR等OTT應用對MEC邊緣云業(yè)務平臺能力及API的需求，并為ETSI GS MEC 003系統(tǒng)架構的進一步完善提供強有力的參考依據。未來，中國聯通還將參與ETSI MEC企業(yè)解決方案白皮書的撰寫。

邊緣計算重新定義固移核心網

隨著ETSI MEC影響力的擴大，3GPP亦緊鑼密鼓投入邊緣計算支撐研究。4G CUPS與5G New Core引入控制面與轉發(fā)面分離架構，轉發(fā)面支持分布式部署到無線網絡邊緣，控制面集中部署并控制轉發(fā)面，從而實現業(yè)務按需本地分流。SA2 5G系統(tǒng)架構在本地路由與業(yè)務操縱、會話與服務連續(xù)性、網絡能力開放、QoS與計費等各方面給予邊緣計算全面支持。

此外，SA5網絡功能管理與SA6北向通用API框架研究也將進一步考慮邊緣計算需求。作為ETSI MEC的有效補充，3GPP正在加速MEC商用化進程。與此同時，伴隨固移融合趨勢來臨，BBF正利用統(tǒng)一核心網與網絡切片技術融合有線與無線網絡。通過定義接入網和核心網的統(tǒng)一接口，使能5G New Core支持有線與無線業(yè)務融合。而這將進一步擴展多接入邊緣計算平臺的使能能力，并支撐固移融合的邊緣計算業(yè)務。

3GPP SA2 23．501協(xié)議中已經將支持邊緣計算功能作為未來5G網絡架構設計的重要參考，協(xié)議中給出，邊緣計算能夠讓運營商和第三方服務部署在臨近UE接入點的地方。所以，這可以獲得更有效的服務遞交，以及縮短端到端的延遲，同時傳輸網的負載也降低了。

5G核心網選擇一個UPF靠近UE，同時執(zhí)行流量定向，從UPF到本地數據網（經過N6接口）。這可能會基于UE的簽約數據、UE位置、來自AF的信息、策略或者其他相關的流量規(guī)則。這里其實就是定義了流量分流，邊緣計算的一個關鍵功能就是將流量疏導到本地。

由于用戶或者APP功能的移動性，服務或者會話連續(xù)性可能需要基于5G網絡或者服務的要求。5G核心網可能會開放網絡信息和能力給邊緣計算給部署的APP。由于5G是服務化架構，邊緣計算的平臺需要開放給第三方APP，所以核心網需要將部分網絡能力開放出去，這也是構建邊緣計算生態(tài)的重要組成部分。APP是否被允許直接與控制面網絡功能交互決定于運營商的部署。

表1 ETSI MEC第一階段標準制定

表2 ETSI MEC第二階段新立項標準

下面是協(xié)議中定義的5G將支持的邊緣計算功能。

● 本地路由：5G核心網選擇UPF路由用戶流量到本地數據網。

● 流量定向：5G核心網選擇流量被路由到APP（在本地數據網）。

● 會話和服務連續(xù)性，以支持UE和APP移動性。

● 用戶面選擇和重選，比如基于APP功能的輸入。

● 一個APP功能可能影響UPF面的流量疏導以及UPF的選擇。

● 網絡功能開放主要包括5G核心網和APP的相應功能，用以提供信息經過NEF。

● QoS和計費：PCF提供規(guī)則用于QoS控制，同時計費被本地數據網轉發(fā)的流量。

● 支持本地數據網：5G核心網提供支持連接本地數據網（LADN）在特定的區(qū)域。

詳細的系統(tǒng)流程和細節(jié)，以及有關會話建立等步驟，可以參考3GPP SA2 23．502協(xié)議。

中國MEC標準化風生水起

國際組織風起云涌，中國話語權逐漸提升。2017年，中國通信標準化協(xié)會（CCSA）同樣發(fā)起了邊緣計算研究項目。CCSA TC5無線通信技術組和CCSA ST8工業(yè)互聯網特殊組都分別立項了有關邊緣計算的項目。

在CCSA TC5中，三大運營商分別立項邊緣計算領域，涉及邊緣計算平臺架構、場景需求、關鍵技術研究和總體技術要求。中國聯通發(fā)起并主導的“5G邊緣計算平臺能力開放技術研究”項目，將結合邊緣計算平臺架構以及移動網絡能力，進行5G邊緣計算能力開放的場景分析和方案研究，進一步標準化網絡信息開放框架與內容。中國移動和中國電信也分別牽頭立項《邊緣計算總體技術要求》和《邊緣計算關鍵技術研究》，內容涵蓋了5G MEC的關鍵技術，包括本地分流、業(yè)務緩存和加速、本地內容計費、智能化感知與分析、網絡能力開放、移動性管理和業(yè)務連續(xù)性保障。

在CCSA ST8中，重點討論面向工業(yè)互聯網的邊緣計算和邊緣云標準化內容。目前，ST8工作組已經立項標準包括《工業(yè)互聯網邊緣計算總體架構與要》《工業(yè)互聯網邊緣計算技術研究》《工業(yè)互聯網邊緣計算邊緣節(jié)點模型與要求》《工業(yè)互聯網邊緣計算需求》。在2018年4月，在CCSA ST8工業(yè)互聯網特設組會議上，中國聯通成功立項并牽頭的《工業(yè)互聯網邊緣計算節(jié)點模型與要求邊緣云》立項，該立項將討論在工業(yè)場景中邊緣云的平臺架構、接口、安全及應用場景。這是中國聯通首次在工業(yè)互聯網領域立項邊緣云，將工業(yè)需求和邊緣云深度結合。目前該項目已作為行標和國標立項成功。

該立項主要討論基于邊緣計算模型驅動和智能分布化架構，在工業(yè)現場可以構建智能的Edge-Cloud邊緣云，實現統(tǒng)一的網絡連接、統(tǒng)一的智能分布式架構、統(tǒng)一的信息模型、統(tǒng)一的數據服務、統(tǒng)一的控制模型、統(tǒng)一的業(yè)務編排。工業(yè)邊緣云是指在工廠內部，融合本地網絡、計算、存儲、應用核心能力，就近提供生產管理服務的本地云平臺，遵循“工廠管理下沉，感知端數上移”的模式，將OT、IT、CT進行有條件融合，實現終端及設備的海量、異構與實時連接，網絡自動部署與運維，保證聯接的安全，并滿足工業(yè)大數據處理、AI業(yè)務。該標準將涵蓋面向工業(yè)互聯網的邊緣云需求、工業(yè)邊緣云總體平臺架構、產業(yè)鏈格局、重點應用場景等方面，具體的立項內容將主要包含了以下幾個方面。

1． 面向工業(yè)互聯網的邊緣云需求。工業(yè)邊緣云平臺將部署在工廠內部，融合本地網絡、計算、存儲、應用核心能力，就近提供生產管理服務的本地云平臺。本項目將研究工業(yè)邊緣云需求，實現終端及設備的海量、異構與實時連接，網絡自動部署與運維，并保證聯接的安全，為智能工廠提供快速連接、實時業(yè)務、數據優(yōu)化、應用賦能和安全保障等方面的全鏈條管理服務。

2． 面向工業(yè)互聯網的邊緣云平臺架構。面向工業(yè)互聯網的邊緣云的開放功能架構提供了開發(fā)服務框架和部署運營服務框架，能夠實現開發(fā)與部署的智能協(xié)同，從而實現軟件開發(fā)接口一致和部署運營自動化。南向接口可以開放集成工業(yè)傳感、工業(yè)裝備等，北向接口可以對接利用中心私有云或公有云資源，開放集成工業(yè)APP，通過OT和ICT融合實現多種典型應用，包括工業(yè)裝備設備預測性維護、工業(yè)現場的能耗分析、工業(yè)生產過程的業(yè)務編排、工業(yè)現場設備聯網等。另外在工業(yè)邊緣云平臺還能夠生長多種定制化的垂直應用，以供不同的生產企業(yè)選擇使用。包括生產設備的在線實時狀態(tài)檢測、生產設備的在線巡檢、故障分析和預測、邊緣云平臺網絡互聯以及遠程云端管理服務等功能。

工業(yè)邊緣云業(yè)務平臺的架構將涉及基礎設施層、虛擬化層、應用使能層及業(yè)務編排管理等，同時要將工業(yè)對異構連接、海量連接等的特殊需要考慮進來。

基礎設施架構主要涉及面向工業(yè)邊緣云的服務器選型、計算存儲網絡等硬件的配置、特殊的加速資源需求以及機房供電制冷空間的升級與改造。

虛擬化層架構將重點討論研究虛機與容器化部署，研究兩種技術在工業(yè)虛擬化平臺的適用性；另外還將研究面向工業(yè)邊緣云的分布式輕量級架構。

應用使能層將研究工業(yè)邊緣云平臺對外提供通用的能力開放框架，服務于第三方應用，促進豐富的工業(yè)邊緣生態(tài)建設，滿足各類工業(yè)應用場景和典型案例。

業(yè)務編排與管理架構重點討論工業(yè)邊緣云中業(yè)務邏輯的統(tǒng)一部署。并且在此基礎上提供靈活的業(yè)務變更和組裝能力，并以此增加業(yè)務變化的敏捷性。分析研究邊云統(tǒng)一的資源管理能力，業(yè)務管理組合能力和在此基礎之上的合作伙伴生態(tài)管理方案等。

3． 邊緣云平臺API。以工業(yè)業(yè)務應用需求為導向，定義工業(yè)邊緣云開放平臺的各類服務。打造邊緣云業(yè)務平臺，通過各類API接口對接各類工業(yè)場景和業(yè)務需求，實現工業(yè)應用與邊緣云平臺的解耦。

4． 工業(yè)邊緣云安全。工業(yè)邊緣云將承載大量的工業(yè)數據、ERP、MES等，邊緣云的安全要能夠靈活部署與擴展，支持系統(tǒng)的快速全恢復、在一定時間內持續(xù)抵抗攻擊等。安全的設計需要覆蓋邊緣云架構的各個層級，不同層級需要不同的安全特性。同時，還需要有統(tǒng)一的態(tài)勢感知、安全管理與編排、統(tǒng)一的身份認證與管理，以及統(tǒng)一的安全運維體系，才能最大限度地保障整個架構安全與可靠。邊緣云安全的研究重點包括網絡安全、數據安全、應用安全、認證與管理、合法監(jiān)聽等。

5． 工業(yè)邊緣云應用場景。本項目將梳理工業(yè)邊緣云典型應用場景，包括智慧城市、智能交通、智能樓宇、智能制造等一系列工業(yè)互聯網領域，介紹并闡述邊緣云的核心作用和支撐。

6．工業(yè)邊緣智能。邊緣云支持邊緣智能，邊緣云支持通過AI、大數據分析等形式對工業(yè)智能數據分析的邊緣智能。例如視頻、圖像、圖形的AI分析，從而支撐人臉識別、基于視頻分析的安防監(jiān)控等功能。

7．邊緣云數據分析。邊緣云提供各種工業(yè)智能終端業(yè)務數據分析服務，供工業(yè)智能制造用戶對智能設備的數據進行分析處理。例如各種狀態(tài)轉換異常檢測、多維異常檢測、數據預處理、分類統(tǒng)計、熱點分析、線性預測、優(yōu)化規(guī)劃等功能支撐。

8．工業(yè)邊緣云多接入支持。工業(yè)邊緣云支持的網絡連接方式有有線連接和無線連接。例如工廠使用有線連接到上層節(jié)點；內部節(jié)點之間使用工業(yè)總線提供低時延通訊。有線包括以太網、光纖等。邊緣云節(jié)點和底層的應用程序和處理程序（例如南向接口）通訊時，要支持以太網標準和協(xié)議和非以太網的標準協(xié)議。工業(yè)自動化場景要保證數據的傳輸，這類網絡叫做TSN，一般使用以太網。無線連接包括WWAN、WLAN、WPAN。WWAN即廣域覆蓋的無線網絡，包括3G/4G/5G、NB-IoT等。WLAN實現小范圍的無線覆蓋，例如建筑或者大學。

面向工業(yè)的多接入邊緣云，最終實現4G/5G網絡、商業(yè)/企業(yè)以太專網、家庭用戶FTTP（光纖到戶/桌面等）接入網、移動通信網絡客戶FTTC（光纖到基站）接入網的無縫融合，共享統(tǒng)一的“邊緣計算業(yè)務平臺”（多接入邊緣計算，Multi-Access Edge Computing），為工業(yè)、企業(yè)客戶、移動用戶、家庭用戶提供Edge-Cloud邊緣云服務。

未來中國聯通將持續(xù)在邊緣計算標準化領域的研究，包括ETSI、3GPP、CCSA、ITU-T、OpenStack、ECC聯盟等，從邊緣計算標準技術、平臺開發(fā)、解決方案、生態(tài)構建等方面全方位參與。目前，中國聯通還同設備商、軟件開發(fā)商、芯片廠商一道，在多個重點城市部署邊緣計算試點網絡，重點實現智慧校園、智慧場館、安防監(jiān)控等多個樣板網絡的建設。未來，中國聯通不僅需要提升管道和連接能力，且需要與設備商、內容提供商、OTT、軟件開發(fā)商等密切合作，打破豎井模式，提供端到端應用解決方案，增強用戶黏性，促進整個邊緣計算產業(yè)鏈發(fā)展，謀劃并布局未來5G邊緣云的建設。

一種新興技術和生態(tài)的誕生與興起需要背后商業(yè)模式的強有力支撐。面向未來，業(yè)界對邊緣業(yè)務平臺的各種應用場景有著無限的憧憬與期待。但美好的愿望要變成現實需要整個產業(yè)鏈的共同努力。中國聯通愿在接下來的Edge-Cloud規(guī)模試點及商用推進過程中，攜手更多的行業(yè)合作伙伴，共同探討邊緣業(yè)務平臺的合作模式，共建5G網絡邊緣生態(tài)系統(tǒng)，全面推動邊緣業(yè)務的蓬勃發(fā)展。