基于共建模式下共享方MEC部署方案研究

薛松荃 李瞻宇 鄒宇辰

摘? 要：MEC作為云計算產(chǎn)品，其核心是要降低傳輸時延、減少網(wǎng)絡擁堵問題，同時帶來更靈活和便捷的管理方式。在5G時代，MEC的應用將會越來越廣泛，協(xié)助通信運營商數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)從接入管道向信息化服務使能平臺的跨域。但在5G的建設中，其建設成本遠超4G，國內(nèi)運營商為了降低建設成本，采取共建共享的方式建設5G網(wǎng)絡，MEC的部署也可以采用共建共享的模式開展，從而最大限度地在保證業(yè)務低時延、高速穩(wěn)定接入的同時，減少運營商網(wǎng)絡設備的建設成本，進一步釋放運營商網(wǎng)絡的傳輸帶寬資源。

關(guān)鍵詞：MEC;5G;低時延;邊緣云計算;UPF;共建共享

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0057-04

Abstract：MEC，as a cloud computing product，its core is to reduce the transmission delay and network congestion，and to bring more flexible and convenient management. In the 5G era，MEC will be more and more widely used to assist communication operators in digital transformation and realize cross domain transformation from access pipeline to information service enabling platform. However，in the construction of 5G，the construction cost is far more than 4G. In order to reduce the construction cost，domestic operators adopt the way of co construction and sharing to build 5G network. The deployment of MEC can also adopt the mode of co-construction and sharing，so as to minimize the construction cost of network equipment of operators and further release the construction cost of operatorsnetwork while ensuring the low delay，high-speed and stable connection of business transfer bandwidth resources.

Keywords：MEC;5G;low latency;edge cloud computing;UPF;co-construction and sharing

0? 引? 言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們對網(wǎng)絡傳輸速度要求越來越高。我國網(wǎng)絡技術(shù)也由4G向更加快速的5G跨進，基于5G演進架構(gòu)的MEC（Mobile Edge Computing，移動邊緣計算）技術(shù)將存儲、計算、處理等部分下沉到移動邊緣節(jié)點，有效地把無線網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)深度融合，在高流量需求的場景下可大量節(jié)省傳輸資源，提升網(wǎng)絡效率;在低時延需求的場景下因為減少了中間層級、縮短了傳輸距離從而使毫秒級時延得以實現(xiàn)。而MEC所處的位置由資產(chǎn)歸屬、時延體驗、物理基礎設施等相關(guān)因素共同決定，需要滿足邏輯或物理上的數(shù)據(jù)不出園區(qū)需求，起到安全和隔離作用，減少骨干網(wǎng)傳輸資源搶占，降低光纖和網(wǎng)絡的時延。目前各大運營商都在加快5G網(wǎng)絡的部署。但在5G建設中，所需要費用十分龐大。因此，怎樣在節(jié)約成本的前提下建設高速的5G系統(tǒng)是我們當前應解決的首要問題。目前共享經(jīng)濟在各大行業(yè)應用都比較多，5G網(wǎng)絡建設也可以利用共建共享的先進理念，各大運營商應結(jié)合自身網(wǎng)絡特點，尋找本地承載網(wǎng)互通點，從而達到5G網(wǎng)絡的共建共享目的，為人們提供高速的傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)共贏。

1? 運營商MEC共建部署趨勢研判

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，信息的處理主要位于核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)，所有信息必須從網(wǎng)絡邊緣傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)進行處理之后再返回網(wǎng)絡邊緣，整個過程耗時較長且大量消耗傳輸帶寬。為了滿足低時延，大帶寬的本地應用需求，5G時代的MEC邊緣云技術(shù)應運而生。

MEC目的是將中心云的部分核心功能下沉至網(wǎng)絡邊緣側(cè)，靠近數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭，在靠近業(yè)務接入側(cè)的邊緣機房部署MEC網(wǎng)關(guān)、服務器等設備，增加計算能力，將低時延業(yè)務、局域性數(shù)據(jù)、低價值量數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)在邊緣機房進行存儲、處理和傳輸，不需要返回核心網(wǎng)處理，進而降低傳輸時延、減少運營商回傳帶寬壓力，同時可以利用5G無線接入網(wǎng)絡就近獲取相關(guān)智能互聯(lián)服務，滿足2B、2C等行業(yè)客戶在數(shù)字化變革過程中對業(yè)務的實時、智能、數(shù)據(jù)聚合與互操作、安全與隱私保護等方面的關(guān)鍵需求，從而創(chuàng)造出一個具備高帶寬、低延遲與高可靠的電信級服務環(huán)境，讓消費者能夠享有高質(zhì)量的業(yè)務體驗。

眾所周知，5G的建設成本遠超4G，國內(nèi)運營商在基于降本增效的大環(huán)境下采取共建共享的方式建設5G網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡的大帶寬、大規(guī)模連接、超低時延和高可靠的特點和MEC應用技術(shù)的初衷不謀而合，因此在共建共享5G網(wǎng)絡的過程中，MEC的部署也將采用共建共享的模式開展，最大限度地在保證業(yè)務低時延、高速穩(wěn)定接入的同時，減少運營商網(wǎng)絡設備的建設成本和進一步釋放運營商網(wǎng)絡的傳輸帶寬資源。

2? 共建模式下共享方MEC方案及策略

MEC所處的位置由資產(chǎn)歸屬、時延體驗、物理基礎設施等相關(guān)因素共同決定，需要滿足邏輯或物理上的數(shù)據(jù)不出園區(qū)需求，起到安全和隔離作用，減少骨干網(wǎng)傳輸資源搶占，降低光纖和網(wǎng)絡的時延，因此在共建共享模式下，運營商本地承載網(wǎng)互通點的位置選取是建設方案的核心，本文分五種建設情況進行論述。

2.1? 自建MEC部署在共享方的AR機房

共享方和主建方在承載核心層進行打通，若共享方的MEC部署在自己的AR機房，則業(yè)務的數(shù)據(jù)分流流向為：主建方5G基站——主建方匯聚——主建方AR——共享方AR——自建MEC服務器。當遠端用戶需要調(diào)用MEC服務器的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)流向為：5G終端——主建方承載網(wǎng)——共享方AR——回傳至MEC服務器，和共享方核心側(cè)的MEC建立通話連接后，MEC的數(shù)據(jù)信息重新經(jīng)主建方承載網(wǎng)下載至本地終端。共享方MEC部署在核心側(cè)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

此種方式下，用戶數(shù)據(jù)流傳輸側(cè)時延計算如下：

（1）光纜線路距離時延：結(jié)合各運營商核心機房實際地理位置分布，客戶側(cè)數(shù)據(jù)業(yè)務節(jié)點至核心MEC服務器節(jié)點的光纜總長度范圍一般在10～100 km之間，單向時延約為0.05～0.50 ms，業(yè)務雙向觸發(fā)時延為0.10～1.00 ms。

（2）設備節(jié)點時延：結(jié)合各運營商目前本地傳送網(wǎng)絡架構(gòu)，客戶側(cè)數(shù)據(jù)業(yè)務節(jié)點至核心MEC服務器節(jié)點一般需經(jīng)過5～15跳，業(yè)務雙向觸發(fā)時延在1.00～3.00 ms之間。

綜上所述，此種方式下傳輸側(cè)時延范圍極限值在1.10～

4.00 ms之間。如果MEC服務器部署在主建方核心機房，全程可減少4跳設備節(jié)點，設備側(cè)時延降至0.80 ms，可減少5 km左右光纜距離，線路側(cè)時延降至0.05 ms，則全程時延對比部署在共享方核心機房減少0.85 ms，傳輸側(cè)時延范圍極限值在0.25～3.15 ms之間。

2.2? 自建MEC部署在共享方DC機房

共享方的MEC部署在自己的DC機房，若共享方的匯聚層不和主建方匯聚層打通，則業(yè)務的數(shù)據(jù)分流流向：主建方5G基站——主建方承載——主建方AR——共享方AR——共享方DC機房——回傳至MEC服務器。當遠端用戶需要調(diào)用MEC服務器的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)流向為：5G終端——主建方承載——共享方AR——共享方DC，和DC側(cè)的MEC服務器建立通話連接后，MEC的相關(guān)數(shù)據(jù)信息原路返回，經(jīng)主建方承載網(wǎng)下載至本地終端。共享方MEC部署在DC側(cè)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

此種方式下，用戶數(shù)據(jù)流傳輸側(cè)時延計算如下：

（1）光纜線路距離時延：結(jié)合各運營商核心、匯聚機房（DC節(jié)點）的實際地理位置分布，客戶側(cè)數(shù)據(jù)業(yè)務節(jié)點至核心MEC服務器節(jié)點的光纜總長度一般在15～150 km之間，單向傳輸時延為0.15～1.50 ms，業(yè)務雙向觸發(fā)時延為0.30～3.00 ms。

（2）設備節(jié)點時延：結(jié)合各運營商目前本地傳送網(wǎng)絡架構(gòu)，客戶側(cè)數(shù)據(jù)業(yè)務節(jié)點至核心MEC服務器節(jié)點一般需經(jīng)過10～30跳，業(yè)務雙向觸發(fā)時延為2.00～6.00 ms之間。

此種方式下傳輸側(cè)時延范圍極限值在2.30～9.00 ms之間，時延過大，故不推薦此種模式。

若共享方DC機房的匯聚層和主建方匯聚層打通，則業(yè)務的數(shù)據(jù)分流流向：主建方5G基站——主建方匯聚——共享方DC機房——回傳至MEC服務器。當遠端用戶需要調(diào)用MEC服務器的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)流向為：5G終端——主建方承載網(wǎng)——共享方AR——共享方DC，和DC側(cè)的MEC服務器建立通話連接后，MEC的相關(guān)數(shù)據(jù)信息由共享方DC機房——主建方匯聚——主建方5G基站——用戶終端。

相比上述模式中減少了本地傳送網(wǎng)匯聚節(jié)點至核心節(jié)點的光纜和傳輸時延，其中減少光纜距離5～20 km，時延在0.05～0.20 ms之間，減少傳輸設備節(jié)點在4～8跳，時延在0.80～1.60 ms之間，理論時延減少0.85～1.80 ms之間，最終觸發(fā)理論時延在0.25～2.20 ms之間。

2.3? 自建MEC部署在客戶端

若共享方自建MEC部署在客戶端，則業(yè)務數(shù)據(jù)分流上傳至本地的MEC服務器，當客戶需要調(diào)用MEC服務器的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)分流流向為：5G終端——本地5G基站——本地MEC服務器，可直接獲取本地MEC服務器數(shù)據(jù)。當遠端用戶需要調(diào)用MEC服務器的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)流向為：5G終端——主建方承載網(wǎng)——共享方AR——主建方AR——主建方承載——客戶端，將本地的MEC的相關(guān)數(shù)據(jù)信息下載使用。共享方MEC部署在客戶端結(jié)構(gòu)如圖3所示。

此方式若共享方?jīng)]有同步部署自有承載網(wǎng)絡，則會造成數(shù)據(jù)流跨越整個主建方和共享方承載網(wǎng)，與MEC的低時延初衷背道而馳，故不推薦。

2.4? 共享部署在主建方DC機房（或基站）的MEC設備

若共享方共享主建方DC機房（或基站）的MEC設備或者在主建方機房新建自己的MEC設備，由于業(yè)務的數(shù)據(jù)分流流向是上傳至同一個物理地點的MEC服務器，故雙方5G終端用戶下載MEC服務器數(shù)據(jù)的傳輸時延基本無區(qū)別。但是共享主建方的MEC設備，在MEC服務器下掛主建方和共享方的業(yè)務，涉及到雙方無線核心網(wǎng)的融合打通，需要接入核心網(wǎng)控制面（SMF）。MEC網(wǎng)關(guān)（DGW/UFU）屬于核心網(wǎng)網(wǎng)元，如果MEC設備要跨運營商控制面接入，則主建方和共享方之間的無線核心網(wǎng)需要進行互通，形成1+1互為備份的核心網(wǎng)控制面，實現(xiàn)無線核心網(wǎng)工作狀態(tài)同步、控制面切換同步、MEC節(jié)點調(diào)度機制協(xié)同等能力，這就需要在跨運營商的核心網(wǎng)互通上新增互通網(wǎng)關(guān)，具體方案實施復雜，目前各廠家暫無此類產(chǎn)品推出。

如果共享方在主建方機房單獨新增MEC設備，每套MEC服務器由唯一的云資源管理網(wǎng)元進行硬件及能力編排管理，這樣就要新建兩套管理網(wǎng)元（共享方和主建方各一套），從硬件上實現(xiàn)物理劃分，分別接入各自的管理網(wǎng)元，在數(shù)據(jù)安全層面上也是單獨進行配置和管理，不互相影響，只是共用主建方的承載回傳，但是這種方式需要和主建方就機房或者基站的使用成本、租金和后期維護界面進行磋商。此種方式與部署在共享方DC節(jié)點與主建方DC機房互通方式的傳輸時延基本一致，僅僅減少了DC機房之間的互聯(lián)光纜和1跳設備，傳輸時延范圍在0.22～2.00 ms之間，共享方MEC部署在主建方機房結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.5? 共享方自建MEC專屬承載網(wǎng)

共享方在本地新建一張專供MEC業(yè)務接入的承載網(wǎng)絡，和主建方的5G基站打通，共享方自建MEC專屬承載網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

這種方式下共享方自建的MEC服務器可部署于自有網(wǎng)絡的任意節(jié)點，理論上和主建方的業(yè)務接入時延保持基本一致，該模式下傳輸線路側(cè)距離一般為1～5 km，理論時延為0.01～0.05 ms，設備側(cè)僅1跳設備，時延為0.20 ms，此種方式下傳輸時延理論值為0.21～0.25 ms，但是傳輸承載網(wǎng)絡的建設需要更多的投資，在目前運營商投資收緊的大環(huán)境下，較難實現(xiàn)。

3? 共享側(cè)運營商本地近期、中遠期的MEC業(yè)務發(fā)展規(guī)劃及組網(wǎng)建議

目前在5G網(wǎng)絡部署中，從基站到承載網(wǎng)均為主建方進行建設，共享方僅在承載網(wǎng)絡核心層AR與主建方進行互通，此種建設環(huán)境下，對于大量2B/2C業(yè)務的發(fā)展，必須充分結(jié)合現(xiàn)有應用場景進行細分研究。結(jié)合MEC部署位置分析，各種MEC部署方式的承載網(wǎng)絡時延如表1所示。

MEC的部署需結(jié)合具體業(yè)務場景要求進行具體分析，由于共享方的5G承載網(wǎng)絡目前使用主建方資源，數(shù)據(jù)流將經(jīng)過主建方承載網(wǎng)絡再到共享方核心層進行數(shù)據(jù)的交換、轉(zhuǎn)換和控制，承載側(cè)時延理論上可控制在4.00 ms，對于大部分時延要求10.00 ms的5G場景業(yè)務均可以保證，建議MEC近期先行部署在共享方AR核心機房，滿足eMBB大帶寬和對時延要求不敏感的業(yè)務接入，中遠期針對具體的2B/2C客戶要求，針對時延、安全、維護、成本、數(shù)據(jù)邏輯物理出園區(qū)等不同的需求進行映射匹配，選擇適合的MEC部署方式，MEC部署場景建議如表2所示。

4? 結(jié)? 論

綜上所述，MEC是基于5G演進架構(gòu)體系的技術(shù)，但由于其架構(gòu)和平臺是開放的，在共建模式下共享方MEC方案有多種形式，本文主要討論了常用的五種形式，否決了自建MEC專屬承載網(wǎng)、自建MEC部署在客戶端這兩種方案，并對共享側(cè)運營商本地近期、中遠期的MEC業(yè)務發(fā)展規(guī)劃及組網(wǎng)建議進行了綜合論述，旨在協(xié)助通信運營商數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)從接入管道向信息化服務使能平臺的跨域。

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作者簡介：薛松荃（1973.12-），男，漢族，廣東佛山人，工程師，研究生，研究方向：通信網(wǎng)絡管理;李瞻宇（1981.12-），男，滿族，廣東東莞人，高級工程師，本科，研究方向：通信網(wǎng)絡規(guī)劃與建設;鄒宇辰（1991.05-），男，漢族，廣東揭西人，工程師，本科，研究方向：通信傳送網(wǎng)絡規(guī)劃。