基于5G的移動多接入邊緣計算（MEC）研究與應用

朱同先 魏芹 凌威 戴寒怡

1.中國移動通信集團江蘇有限公司宿遷分公司；2.中國移動通信集團江蘇有限公司

0 引言

LTE網絡和云計算的發(fā)展使用戶獲得了更好的應用體驗，4K/8K超高清業(yè)務、虛擬現實（VR）等業(yè)務對帶寬要求較高，遠程醫(yī)療、增強現實（AR）等業(yè)務對時延要求極高。5G三大業(yè)務場景eMMB、URLLC、mMTC對原有的LTE和云計算網絡提出了新的挑戰(zhàn)和要求。標準化組織3GPP對5G需求的研究也是從帶寬、時延、接入數等多方面研究5G網絡的發(fā)展方向，邊緣計算（MEC）通過下沉業(yè)務、接近用戶處理等技術，滿足上述帶寬、時延等業(yè)務需求，成為5G網絡的關鍵技術之一。

1 MEC技術簡介

MEC（Multi-access Edge Computing）是ETSI標準組織提出的概念，即多接入邊緣計算，一種在相比數據中心DC（Data Center）更靠近終端用戶的邊緣位置提供用戶所需服務和云端計算功能的網絡架構，將應用、內容和MBB核心網部分業(yè)務處理和資源調度的功能一同部署到靠近終端用戶的網絡邊緣，通過業(yè)務靠近用戶處理，以及應用、內容與網絡的協同，來提供可靠、極致的業(yè)務體驗。

2 MEC的定義

2.1 MEC組網結構

如圖1所示，MEC的系統(tǒng)架構分為移動邊緣主機級別（Mobile edge host level）和移動邊緣系統(tǒng)級別（Mobile edge system level）兩個不同層次的層級。

圖1 ETSI MEC結構

主機級一般分布式部署，比如在BBU機房或者傳輸匯聚機房。

系統(tǒng)級一般集中式部署，比如核心網或者更集中的位置。

第三方App 或者服務部署在主機級的移動邊緣主機上，但部署在哪個主機上由系統(tǒng)級的移動邊緣協調器（Mobile edge Orchestrator）負責操作。

2.2 MEC應用場景

ETSI定義了MEC七大應用場景：

視頻優(yōu)化：在邊緣部署無線分析應用，輔助TCP擁塞控制和碼率適配。

增強現實：邊緣應用快速處理用戶位置和攝像頭圖像，給用戶實時提供輔助信息。

企業(yè)分流：將用戶面流量分流到企業(yè)網絡。

車聯網：MEC分析車及路側傳感器的數據，將危險等時延敏感信息發(fā)送給周邊車輛。

物聯網：MEC應用聚合、分析設備產生的消息并及時產生決策。

視頻流分析：在邊緣對視頻分析處理，降低視頻采集設備的成本、減少發(fā)給核心網的流量。

輔助敏感計算：MEC提供高性能計算，執(zhí)行時延敏感的數據處理，將結果反饋給端設備。

2.3 MEC關鍵技術

2.3.1 本地流量卸載基于5G用戶面與控制面分離的網絡架構，UPF需要部署在網絡邊緣以降低網絡時延和本地流量回傳。對于區(qū)域性的業(yè)務，下沉部署的MEC可以將本地業(yè)務的數據直接分流到下移的MEC服務器（承載部分UPF功能），通過MEC服務器進行數據的處理，避免了流量在核心網的迂回，減少了業(yè)務傳輸時延。如在視頻監(jiān)控場景，監(jiān)控的數據可以直接上傳到本地服務器，而不需要上傳至遠端的互聯網，增強了監(jiān)控的實時性。如圖2所示。

圖2 本地流量卸載

2.3.2 邊緣計費和控制

對邊緣部署的MEC支持與核心網的控制面對接協同，實現對本地流量的計費和策略控制。如圖3所示。

圖3 安全域示意圖

2.3.3 網絡能力開放

邊緣與核心網協同的網絡能力開放主要包含如下三方面：

無線網絡能力開放API：RAN與MEC API GW協同，將用戶位置信息、Cell/用戶/承載帶寬信息開放給本地APP。

核心網的能力開放：EC API GW向中心NEF（Network Exposure Function）獲取用戶計費、QoS、業(yè)務控制等策略。用戶策略更新，中心NEF同步下發(fā)到MEC API GW或SMF下發(fā)到UPF。

MEC平臺能力開放：編解碼轉換、IPSec、AI等，通過MEP開放Restful API的方式供本地APP調用。

邊緣MEC平臺集成了防火墻、網絡地址轉換等網絡功能，不需要進行額外的網絡投資。平臺提供LBS、IoT、DPI、RNIS、Qos等多項服務，集成的第三方APP能夠利用這些服務為用戶提供差異化服務，同時支持APP的運維管理等。如圖4所示。

圖4 MEC開放平臺架構

3 MEC商業(yè)部署思考

根據具體的服務場景和延遲需求，MEC可以靈活部署。可將MEC資源部署在接入辦公室（AO）、中央辦公室（CO）和區(qū)域辦公室（RO）。通過在邊緣部署一個MEC平臺，將云計算從中心擴展到邊緣，使服務盡可能接近地快速處理和轉發(fā)，以滿足多樣化的5G應用場景的需要。

（1）部署在接入辦公室（AO）

MEC部署在企業(yè)內部，企業(yè)內的流量和業(yè)務通過本地MEC的處理計算后直接返回企業(yè)網，不經過運營商的傳輸網絡。MEC企業(yè)部署降低了處理時延、降低傳輸網絡回傳資源壓力。實現流量不出園區(qū)和高可靠低時延的業(yè)務。同時，可集成企業(yè)第三方應用，增強業(yè)務粘性。

（2）部署在中央辦公室（CO）

MEC部署在中央數據中心，如CRAN節(jié)點機房。MEC雖未下沉至企業(yè)園區(qū)，但流量在邏輯上不出園區(qū)，也可實現相對高可靠低時延的業(yè)務。基本滿足前期試點場景，避免過高投入。

（3）部署在區(qū)域辦公室（RO）

MEC部署在區(qū)域數據中心，如地市DC機房。MEC部署在地市核心機房，企業(yè)用戶訪問自身服務器流量（N3&N6）需要出園區(qū)，存在不符合企業(yè)信息安全需求風險。CUPU分離的網絡結構可通過安全策略控制業(yè)務分片，實現邏輯上的業(yè)務不出企業(yè)園區(qū)?？梢詫崿F相對可靠的低時延業(yè)務。

4 MEC商業(yè)部署實踐

某工廠在進行生產時需要采集生產線設備姿態(tài)信息，信息由工業(yè)相機采集后通過企業(yè)內網傳輸至單獨的服務器，再集中傳送至解析服務器進行處理，判斷設備合格情況，以便進行下一步的操作。在企業(yè)原有方案中，在采集數據解析結果未反饋前，設備無法獲取下一步動作，暫時處于停機狀態(tài)。現場通過ping包驗證此過程的時間（不包括數據處理時間）約為207 ms。

通過部署在接入辦公室（AO）的MEC部署和網絡切片技術（2B模式，降低空口傳輸時延），解析服務器直接下沉到MEC內部，工業(yè)相機采集的數據不需要經過多層網絡設備直接送至MEC進行處理，系統(tǒng)拓撲如圖5所示。通過對比測試，下沉后處理時延降低至10 ms以內，助力客戶提高生產效率。

圖5 企業(yè)內MEC部署拓撲

5 結束語

回顧IT發(fā)展歷史，邊緣計算是計算能力從集中到分布的最好例證。計算能力的本地化、更接近用戶的模式，減少了不必要的傳輸時延，助力5G網絡的低時延特性。本文首先闡述了MEC這個5G關鍵技術的性能特點。其次，根據MEC部署位置的不同，簡析了MEC數據時延、安全和成本情況。最后，通過企業(yè)部署應用情況，簡述了MEC助力生產效率的提升。對于運營商而言，根據商用場景對帶寬、時延、連接數量的不通需求，靈活地調整MEC部署位置，既能滿足企業(yè)的數字化需求，解決生產痛點。同時滿足數據安全需求，降低運營成本。