從移動(dòng)邊緣連接到大規(guī)模邊緣計(jì)算論MEC的應(yīng)用部署及演進(jìn)

中國(guó)電信股份有限公司北京研究院|楊鑫 段惠斌 沈云 朱雪田

運(yùn)營(yíng)商應(yīng)順應(yīng)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)布局邊緣計(jì)算，這對(duì)機(jī)房資源盤活、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)、云網(wǎng)融合經(jīng)營(yíng)具有重要意義。隨著5G的到來(lái)，MEC的商業(yè)化進(jìn)展必將加快并促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。

近年來(lái)蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)、大視頻、大數(shù)據(jù)作為“三駕馬車”直接推動(dòng)邊緣計(jì)算成為信息產(chǎn)業(yè)新的熱點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、IT企業(yè)、云服務(wù)提供商均推出各種邊緣計(jì)算產(chǎn)品及解決方案。MEC作為一種新興技術(shù)同樣獲得了電信行業(yè)的廣泛關(guān)注。本文分析了MEC發(fā)展中的業(yè)務(wù)和成本兩大關(guān)鍵問(wèn)題，提出了MEC的不同發(fā)展演進(jìn)階段觀點(diǎn)，并給出了每一階段的業(yè)務(wù)和成本分析。

MEC產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱情高漲但兩大關(guān)鍵問(wèn)題有待破局

主流運(yùn)營(yíng)商一般天然擁有廣泛的邊緣機(jī)房設(shè)施，MEC邊緣云也普遍被認(rèn)為是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)云化轉(zhuǎn)型的重要組成之一，電信產(chǎn)業(yè)各方研究MEC的熱情高漲，電信運(yùn)營(yíng)商希望發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)邊緣資源優(yōu)勢(shì)，并基于MEC開拓云網(wǎng)融合、新興ICT等業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)。

在標(biāo)準(zhǔn)方面，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI在2014年成立移動(dòng)邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing）工作組并推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作，2016年ETSI將此概念從移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)延伸至其他無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（如Wi-Fi），拓展為多接入邊緣計(jì)算（Multi-Access Edge Computing）。ETSI的MEC標(biāo)準(zhǔn)化工作涉及MEC的功能架構(gòu)、基于NFV的參考架構(gòu)、MEC接口及開放API定義、MEC的典型應(yīng)用場(chǎng)景等。

ETSI給出了MEC的7個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景：無(wú)線傳輸優(yōu)化（開放無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息，支持應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層的跨層聯(lián)合優(yōu)化視頻等數(shù)據(jù)傳輸）、邊緣智能分析（對(duì)監(jiān)控視頻在邊緣進(jìn)行智能分析，降低大規(guī)模傳輸?shù)街行脑频木W(wǎng)絡(luò)帶寬）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（開放網(wǎng)絡(luò)定位能力，給AR處理提供實(shí)時(shí)輔助信息和緩存等）、密集計(jì)算輔助（將計(jì)算從終端卸載到邊緣云端，并提供低時(shí)延支持）、企業(yè)專網(wǎng)分流（將用戶面流量分流到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)）、車聯(lián)網(wǎng)（在C-V2X場(chǎng)景中，從車及道路傳感器實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將結(jié)果以極低時(shí)延發(fā)送給相關(guān)車輛及設(shè)備）、IoT網(wǎng)關(guān)服務(wù)（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在邊緣聚合、分析物聯(lián)設(shè)備采集上報(bào)的大量物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，并及時(shí)產(chǎn)生本地決策）。

3GPP定義的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在接入網(wǎng)層面將基站重構(gòu)為CU（集中單元）和DU（分布單元），在核心網(wǎng)層面則遵循控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離定義了UPF（用戶平面功能），為邊緣計(jì)算在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的引入提供了標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)支持。

在現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)方面，AT&T、Verizon、軟銀，以及國(guó)內(nèi)的三大運(yùn)營(yíng)商在4G現(xiàn)網(wǎng)以及5G試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中均開展了MEC業(yè)務(wù)和技術(shù)試點(diǎn)，涉及的MEC業(yè)務(wù)包括LTE移動(dòng)虛擬專網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、邊緣緩存、室內(nèi)定位、賽場(chǎng)/場(chǎng)館直播、VR直播等。以中國(guó)電信為例，中國(guó)電信在浙江寧波、福建福州等地為鎮(zhèn)海煉化、招商碼頭、福耀玻璃等企業(yè)提供了移動(dòng)虛擬專網(wǎng)商用服務(wù)，在杭州開展了MEC+CDN試驗(yàn)，在北京未來(lái)科技城開展了LTE-V2X+MEC自動(dòng)駕駛試驗(yàn)，在雄安等地開展了5G VR直播業(yè)務(wù)演示等。

總體來(lái)說(shuō)，運(yùn)營(yíng)商開展MEC業(yè)務(wù)及試點(diǎn)一般有3個(gè)目的：一是4G網(wǎng)絡(luò)下的政企客戶服務(wù)提供（LTE虛擬專網(wǎng)、無(wú)線監(jiān)控等）；二是5G試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的eMBB業(yè)務(wù)演示及驗(yàn)證（VR直播、邊緣CDN等）；三是新業(yè)務(wù)、新技術(shù)的驗(yàn)證（室分定位、自動(dòng)駕駛等）。

從2014年提出MEC發(fā)展至今已經(jīng)有將近5年的時(shí)間，但是無(wú)論在國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，目前MEC均未有規(guī)模商用部署。MEC商業(yè)化規(guī)模發(fā)展較慢的原因有很多（如4G網(wǎng)絡(luò)下的核心網(wǎng)對(duì)MEC支持標(biāo)準(zhǔn)未定、大規(guī)模邊緣節(jié)點(diǎn)對(duì)自動(dòng)化運(yùn)維管理要求高、MEC規(guī)模部署所需的NFVI基礎(chǔ)設(shè)施自身尚在發(fā)展），其中有兩大關(guān)鍵問(wèn)題始終困擾著MEC的規(guī)模發(fā)展。

一是MEC的核心業(yè)務(wù)與最主要的目標(biāo)客戶群體尚未有定論，從ETSI標(biāo)準(zhǔn)定義到運(yùn)營(yíng)商試點(diǎn)，對(duì)MEC業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景都有廣泛探索，但是MEC的最佳應(yīng)用場(chǎng)景與最主要的目標(biāo)客戶群體目前并無(wú)共識(shí)。有人認(rèn)為MEC業(yè)務(wù)剛需少，有人認(rèn)為MEC業(yè)務(wù)尚在培育階段目前需求驅(qū)動(dòng)力尚不足，有人認(rèn)為需要垂直行業(yè)深耕提供MEC+行業(yè)整體解決方案。另外運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)的MEC相比客戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)部署的邊緣節(jié)點(diǎn)（如邊緣網(wǎng)關(guān)）需要有差異化定位。

二是如何為客戶提供相對(duì)低成本的MEC交付服務(wù)。運(yùn)營(yíng)商的MEC建設(shè)及運(yùn)維成本必須是相對(duì)低的，包括邊緣機(jī)房DC化改造、邊緣云基礎(chǔ)設(shè)施及MEC建設(shè)、MEC邊緣節(jié)點(diǎn)的運(yùn)維成本等，在此基礎(chǔ)之上，客戶從運(yùn)營(yíng)商可以獲取相對(duì)低成本的MEC服務(wù)。引入邊緣計(jì)算的初衷之一就是降低客戶面對(duì)大量數(shù)據(jù)型業(yè)務(wù)時(shí)采用集中式云中心付出的網(wǎng)絡(luò)傳輸、高性能要求等成本或者自建本地化計(jì)算節(jié)點(diǎn)的成本，所以運(yùn)營(yíng)商的MEC服務(wù)需要滿足客戶綜合成本的性價(jià)比要求。

在云計(jì)算領(lǐng)域，AWS在2016年底率先推出面向物聯(lián)網(wǎng)的Greengrass商用邊緣計(jì)算服務(wù)，Azure在2017年推出IoT Edge，國(guó)內(nèi)的阿里云、百度云、華為云在2018年均推出類似服務(wù)，公有云提供商的邊緣計(jì)算服務(wù)在商業(yè)化方面已經(jīng)領(lǐng)先于運(yùn)營(yíng)商的MEC。其中，MEC作為網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)規(guī)模部署會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施改造和投資大的問(wèn)題，因此運(yùn)營(yíng)商較慎重是一大原因，而云提供商的邊緣計(jì)算服務(wù)相比運(yùn)營(yíng)商的MEC，在這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題上的思考是清晰和明確的。

第一，以Greengrass為代表的云提供商，其邊緣計(jì)算核心業(yè)務(wù)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)特別是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的應(yīng)用開發(fā)者，為物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)分析處理應(yīng)用的開發(fā)提供了針對(duì)性的開發(fā)者服務(wù)，包括設(shè)備的物聯(lián)協(xié)議與轉(zhuǎn)發(fā)支持、適合消息事件驅(qū)動(dòng)處理的函數(shù)計(jì)算、適合邊緣數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理分析的流式計(jì)算和本地AI推理等。

第二，Greengrass并不提供具體硬件設(shè)備，而是提供軟件應(yīng)用環(huán)境以及兼容的硬件配置清單，Greengrass的核心是降低物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)者的應(yīng)用開發(fā)和運(yùn)維成本，它提供了云端統(tǒng)一的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境以及存儲(chǔ)容器等云端協(xié)同服務(wù)，支持應(yīng)用在邊緣節(jié)點(diǎn)的一鍵式部署以及云端統(tǒng)一監(jiān)控管理，而客戶可以根據(jù)自身需求自行準(zhǔn)備邊緣節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)備以及把網(wǎng)絡(luò)寬帶連接到AWS公有云，這為客戶提供了最大的靈活度以及低成本的部署模式。

MEC的商業(yè)實(shí)踐、未來(lái)部署及演進(jìn)之路

MEC天生和網(wǎng)絡(luò)特別是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)，其發(fā)源于CT網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)結(jié)合NFV等技術(shù)提供IT計(jì)算存儲(chǔ)等能力。根據(jù)中國(guó)電信在MEC上的研究試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)以及未來(lái)的業(yè)務(wù)發(fā)展判斷，筆者認(rèn)為MEC在運(yùn)營(yíng)商的部署會(huì)經(jīng)歷3個(gè)發(fā)展演進(jìn)階段。

第一階段：移動(dòng)邊緣連接（MEC=Mobile Edge Connect）

主要針對(duì)有移動(dòng)、實(shí)時(shí)、安全這三大互聯(lián)需求的大中型工廠、園區(qū)等客戶，結(jié)合基站補(bǔ)強(qiáng)、室分增強(qiáng)和部署MEC提供無(wú)線虛擬專網(wǎng)服務(wù)，支持移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)流量本地就近接入政企客戶網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)需通過(guò)移動(dòng)核心網(wǎng)出口（一般是省會(huì)城市）再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)路由回到政企客戶本地網(wǎng)絡(luò)，這是具有運(yùn)營(yíng)商特色并且當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)有正式商用案例的MEC服務(wù)，未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)亦可以提供同類服務(wù)并向網(wǎng)絡(luò)切片演進(jìn)。

相比企業(yè)自建4G/5G專網(wǎng)以及Wi-Fi等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，部署基于MEC的移動(dòng)虛擬專網(wǎng)在一定條件下有優(yōu)勢(shì)（見表），并且運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)移動(dòng)虛擬專網(wǎng)切入政企客戶，針對(duì)不同類型客戶需求與特點(diǎn)提供不同的ICT整體服務(wù)解決方案。

針對(duì)IT及運(yùn)營(yíng)管理能力強(qiáng)的行業(yè)領(lǐng)先客戶，提供移動(dòng)虛擬專網(wǎng)+移動(dòng)和寬帶業(yè)務(wù)套餐+通信對(duì)講/LBS/物聯(lián)網(wǎng)等運(yùn)營(yíng)商優(yōu)勢(shì)服務(wù)；針對(duì)IT及運(yùn)營(yíng)管理能力不足的一般行業(yè)客戶，提供移動(dòng)虛擬專網(wǎng)+移動(dòng)和寬帶+行業(yè)云（含基礎(chǔ)云資源服務(wù)及垂直行業(yè)應(yīng)用云）服務(wù)；針對(duì)IT及運(yùn)營(yíng)管理能力不足的園區(qū)客戶，提供移動(dòng)虛擬專網(wǎng)+移動(dòng)和寬帶+云資源+視頻監(jiān)控/通信等基礎(chǔ)應(yīng)用，并且中國(guó)電信負(fù)責(zé)管理運(yùn)營(yíng)。

本階段MEC的核心業(yè)務(wù)是移動(dòng)邊緣連接，提供基于MEC的本地分流以及上網(wǎng)訪問(wèn)控制和分析等功能，基于NFV或者專用設(shè)備，利用已有機(jī)房或者在客戶機(jī)房部署，運(yùn)營(yíng)商主要成本除MEC外，主要是基站/小站/室分系統(tǒng)的無(wú)線覆蓋和容量增強(qiáng)、少量傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和后期的運(yùn)維，總體成本相對(duì)較小，一般經(jīng)綜合投資收益分析可行后就可按照ICT項(xiàng)目實(shí)施。

第二階段：多接入邊緣云（MEC=Multi-Access Edge Cloud）

隨著5G的到來(lái)以及網(wǎng)絡(luò)云化改造的推進(jìn)（端局DC化改造、NFV的建設(shè)部署），以5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為契機(jī)，運(yùn)營(yíng)商可以在地市一級(jí)核心和邊緣機(jī)房建設(shè)固定移動(dòng)多接入的ICT綜合邊緣云，MEC隨5G UPF統(tǒng)一規(guī)劃部署，CT類網(wǎng)元（UPF、vBRAS、vCPE等）與IT類邊緣應(yīng)用（vCDN、VR/AR以及第三方的MEC邊緣應(yīng)用等）統(tǒng)一承載在NFVI邊緣云基礎(chǔ)設(shè)施，最大化復(fù)用邊緣云基礎(chǔ)設(shè)施及降低成本。

ICT綜合邊緣云首先是NFV電信云，并至少實(shí)現(xiàn)NFV虛擬層軟件解耦，支持電信網(wǎng)絡(luò)接入及控制并提供“應(yīng)用層”的IT計(jì)算存儲(chǔ)等。NFVI邊緣云既可提供滿足NFV的高性能轉(zhuǎn)發(fā)加速以及資源管理能力，還提供IT應(yīng)用的容器化、AI處理的GPU加速、多樣化邊緣存儲(chǔ)（如塊、對(duì)象、文件）等能力，并由SDN提供邊緣云之間以及邊緣云與中心云之間的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)配置和靈活調(diào)度能力。

本階段MEC不僅實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的本地疏導(dǎo)和路由優(yōu)化，更多的是提供邊緣云服務(wù)，主要面向視頻監(jiān)控、CDN、VR、游戲等對(duì)時(shí)延、帶寬敏感的業(yè)務(wù)提供邊緣IaaS及邊緣PaaS，滿足自有業(yè)務(wù)及第三方應(yīng)用的邊緣資源彈性使用，邊緣IaaS及云邊協(xié)同是MEC的核心服務(wù)，邊緣IaaS構(gòu)建在NFVI基礎(chǔ)之上提供安全隔離、認(rèn)證計(jì)費(fèi)、租戶管理等對(duì)外的產(chǎn)品化增強(qiáng)及封裝，并與中心云協(xié)同提供服務(wù)（如邊緣與中心的云存儲(chǔ)同步歸檔備份等）。邊緣云相比中心云的資源有限，并且優(yōu)先滿足CT網(wǎng)元的資源需求，對(duì)外的云主機(jī)等IaaS服務(wù)的實(shí)例種類有限，彈性擴(kuò)展能力有限，計(jì)費(fèi)周期短，可滿足客戶碎片化的高度動(dòng)態(tài)租用需求。

本階段的MEC通過(guò)固定移動(dòng)多接入的CT網(wǎng)元與IT應(yīng)用共享NFVI基礎(chǔ)設(shè)施，并且對(duì)外開放邊緣IaaS資源，最大化降低成本和提高收益，此時(shí)MEC將由運(yùn)營(yíng)商納入網(wǎng)絡(luò)云化整體演進(jìn)統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一推進(jìn)落地，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商規(guī)模多接入邊緣云節(jié)點(diǎn)數(shù)預(yù)計(jì)為幾十到幾百不等。

第三階段：大規(guī)模邊緣計(jì)算（M E C=M a s s i v e E d g e Computing）

隨著云VR、智能機(jī)器人、車聯(lián)網(wǎng)/自動(dòng)駕駛、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的發(fā)展壯大，邊緣計(jì)算的業(yè)務(wù)需求顯著增多，MEC從邊緣DC大量下沉到接入局所，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)規(guī)?；黾?，大量邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)部署在非標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)中心機(jī)房，采用定制服務(wù)器滿足散熱制冷要求，同時(shí)增強(qiáng)監(jiān)控告警、故障恢復(fù)等功能，滿足以遠(yuǎn)程運(yùn)維為主的管控要求。

越靠近邊緣，資源越受限，邊緣節(jié)點(diǎn)需要提供輕量化的計(jì)算方案，降低虛擬化及管理控制所消耗的資源占比以提升資源效益，另外相比部署在邊緣DC，邊緣節(jié)點(diǎn)部署數(shù)量與規(guī)模動(dòng)態(tài)變化比較大，對(duì)MEC分布式邊緣節(jié)點(diǎn)之間的資源調(diào)度、應(yīng)用遷移等提出高要求。MEC對(duì)邊緣資源的精細(xì)化運(yùn)營(yíng)效率和運(yùn)維成本將決定MEC的商業(yè)效益。

本階段的MEC將提供大規(guī)模物理分布式部署但是集中化管理控制的邊緣計(jì)算服務(wù)，包括區(qū)域化的邊緣云節(jié)點(diǎn)以及眾多（從幾百到幾千甚至幾萬(wàn)）小規(guī)模的邊緣節(jié)點(diǎn)。MEC的主要業(yè)務(wù)是邊緣IaaS及邊緣PaaS，同時(shí)MEC的核心是將分布式的各種邊緣節(jié)點(diǎn)形成統(tǒng)一的邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，對(duì)應(yīng)用層透明，支持自有和第三方應(yīng)用在云和邊緣、邊緣節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、內(nèi)容的合理分布，以最大化提升效率和降低成本，實(shí)現(xiàn)泛在計(jì)算。

邊緣計(jì)算是整個(gè)ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定階段必然興起的一種計(jì)算模式，遵循云化集中之后又分布式發(fā)展的螺旋式上升規(guī)律。運(yùn)營(yíng)商應(yīng)順應(yīng)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，布局邊緣計(jì)算特別是發(fā)展MEC，這對(duì)機(jī)房資源盤活、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)、云網(wǎng)融合經(jīng)營(yíng)具有重要意義。隨著5G的到來(lái)，MEC的商業(yè)化進(jìn)展必將加快并促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。

楊鑫，中國(guó)電信北京研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與規(guī)劃部總工程師，電信集團(tuán)業(yè)務(wù)平臺(tái)及核心網(wǎng)專業(yè)高級(jí)人才，擁有豐富的電信業(yè)務(wù)平臺(tái)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，目前從事5G新業(yè)務(wù)、大視頻、邊緣計(jì)算等技術(shù)及平臺(tái)研發(fā)。