邊緣計(jì)算平臺(tái)能力開(kāi)放

黃倩，黃蓉，王友祥，陳杲

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司研究院，北京 100044）

0 引言

5G 時(shí)代，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、云游戲、AR/VR 等應(yīng)用井噴式發(fā)展，新應(yīng)用帶來(lái)的業(yè)務(wù)形式及運(yùn)營(yíng)模式變化逐漸影響到運(yùn)營(yíng)商在移動(dòng)互聯(lián)產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)地位。如何深入支撐業(yè)務(wù)實(shí)際需求，并充分發(fā)揮運(yùn)營(yíng)商優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建統(tǒng)一開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)能力亟待解決。尤其對(duì)于高帶寬、低時(shí)延類業(yè)務(wù)，邊緣計(jì)算具備天然優(yōu)勢(shì)，因此將邊緣網(wǎng)絡(luò)的能力開(kāi)放給第三方應(yīng)用意義重大，邊緣應(yīng)用可通過(guò)由MEC 平臺(tái)封裝的API 接口，調(diào)用邊緣能力，即將網(wǎng)絡(luò)能力、業(yè)務(wù)IT 能力集成在MEC 平臺(tái)上，供邊緣應(yīng)用調(diào)用，可大大增加運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)能力價(jià)值，從而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同，加快MEC 商業(yè)化腳步。但實(shí)際在網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放應(yīng)用中存在諸多問(wèn)題仍未解決，下文從邊緣計(jì)算平臺(tái)在能力開(kāi)放時(shí)面臨的挑戰(zhàn)展開(kāi)，深入分析ETSI 與3GPP 標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商在邊緣計(jì)算平臺(tái)能力開(kāi)放實(shí)踐案例，給出邊緣計(jì)算平臺(tái)能力開(kāi)放的參考目標(biāo)演進(jìn)架構(gòu)。

1 面臨挑戰(zhàn)

5G+MEC 概念并不新鮮，但第三方應(yīng)用提供商對(duì)邊緣計(jì)算平臺(tái)可開(kāi)放的能力仍然處于探索階段，實(shí)際上公有云已有成熟邊緣解決方案，對(duì)于如何避免重復(fù)造輪子，下文將從技術(shù)和非技術(shù)兩方面挑戰(zhàn)展開(kāi)分析[1]：

1.1 技術(shù)挑戰(zhàn)

（1）邊緣服務(wù)發(fā)現(xiàn)難度大：由于需要在DNS 查找中涉及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信息，以前僅需要來(lái)自應(yīng)用程序預(yù)配置IP 地址。但在MEC 中，它與設(shè)備位置、邊緣節(jié)點(diǎn)位置和實(shí)例化邊緣服務(wù)有關(guān)，僅電信網(wǎng)絡(luò)有設(shè)備和邊緣節(jié)點(diǎn)位置，AMF 有設(shè)備位置信息，SMF 可通過(guò)其推斷邊緣節(jié)點(diǎn)位置UPF 錨點(diǎn)。但如何通過(guò)不同的信息查詢來(lái)咨詢電信網(wǎng)絡(luò)，類似于服務(wù)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，這個(gè)問(wèn)題還未完全解決。

（2）CT&IT 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)障礙：一方面，一般邊緣應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員本身缺乏電信網(wǎng)絡(luò)知識(shí)；另一方面，出于安全考慮，運(yùn)營(yíng)商將只允許受信的邊緣服務(wù)與其網(wǎng)絡(luò)交互。因此，最終用戶應(yīng)用程序供應(yīng)商將必須通過(guò)中間層來(lái)利用網(wǎng)絡(luò)功能，對(duì)于中間層如何進(jìn)行CT、IT 語(yǔ)言轉(zhuǎn)化，傳統(tǒng)上，電信技術(shù)依賴于其行業(yè)獨(dú)有的協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)和方法，如何將CT 通信協(xié)議向IT 語(yǔ)言徹底轉(zhuǎn)化仍待實(shí)現(xiàn)。

（3）平臺(tái)部署位置差異加大復(fù)雜性：由于邊緣計(jì)算平臺(tái)可能部署在接入環(huán)、匯聚環(huán)、核心環(huán)等不同位置。各部署位置特征和要求不一，無(wú)疑增加了邊緣平臺(tái)硬件基礎(chǔ)架構(gòu)的復(fù)雜性。在適應(yīng)多樣性硬件要求下，如何對(duì)上層應(yīng)用程序開(kāi)放統(tǒng)一一致的API 尚待解決。

（4）安全可靠開(kāi)放難度大：5GC 的NEF（網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)功能）允許網(wǎng)絡(luò)向應(yīng)用程序公開(kāi)其服務(wù)和功能，這包括設(shè)備監(jiān)視和配置等信息，但如何以安全方式將其公開(kāi)給面向開(kāi)發(fā)人員的API，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。

（5）統(tǒng)一管理編排難度大：電信CT 和IT 基礎(chǔ)架構(gòu)的不同架構(gòu)。由于IT 和CT 的差異，甚至基于開(kāi)發(fā)人員的背景，電信核心功能也將演變?yōu)樵圃δ?，但使用?dú)特的編排平臺(tái)來(lái)管理雙方仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，只有統(tǒng)一電信和公有云的邊緣編排才能為MEC 為客戶提供的端到端解決方案。

1.2 非技術(shù)挑戰(zhàn)

（1）服務(wù)考核指標(biāo)不同：用于衡量服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）：可用性、可訪問(wèn)性、覆蓋范圍、移動(dòng)時(shí)的服務(wù)連續(xù)性、可靠性、質(zhì)量/ 錯(cuò)誤率和信號(hào)強(qiáng)度等，服務(wù)提供商必須在“服務(wù)水平協(xié)議”中同意該KPI，但一般的云提供商通常沒(méi)有這些KPI。

（2）建設(shè)運(yùn)維難度大：MEC 作為一種云網(wǎng)融合型的ICT 系統(tǒng)，天然涉及到無(wú)線接入專業(yè)、移動(dòng)核心網(wǎng)專業(yè)、NFV 專業(yè)、公有云等專業(yè)，在建設(shè)部署與發(fā)展時(shí)，就會(huì)面臨MEC 是哪個(gè)專業(yè)為主牽頭負(fù)責(zé)建設(shè)以及后續(xù)運(yùn)維管理的問(wèn)題。

（3）監(jiān)管機(jī)構(gòu)不同：云服務(wù)和電信運(yùn)營(yíng)商在不同監(jiān)管機(jī)構(gòu)下，導(dǎo)致其要求和法律約束力不一致。

2 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際上ETSI 和3GPP 均對(duì)5G MEC 進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍有未完善內(nèi)容，如何合理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放有待進(jìn)一步研究。

2.1 ETSI

ETSI-邊緣計(jì)算系統(tǒng)參考架構(gòu)如圖1 所示，其中ETSI定義了MEC 平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放接口：Mp1（平臺(tái)與應(yīng)用間服務(wù)和配置接口）、Mp2（平臺(tái)與數(shù)據(jù)面轉(zhuǎn)發(fā)接口）、Mp3（MEC 平臺(tái)間控制面數(shù)據(jù)交互接口）。其中Mp1 作為ME APP 獲取MEP 提供的ME Services 的參考點(diǎn)，運(yùn)營(yíng)商除了無(wú)線接入網(wǎng)能力服務(wù)之外，還有核心網(wǎng)能力服務(wù)也需要開(kāi)放給ME APP。通過(guò)MP1 接口向第三方應(yīng)用服務(wù)提供商提供所需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力主要包括：用戶位置信息、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)、帶寬管理服務(wù)、用戶設(shè)備標(biāo)識(shí)類信息等。但實(shí)際上Mp1 缺少計(jì)費(fèi)、接入控制等標(biāo)準(zhǔn)定義，商用化并不完善[3,6]。

圖1 ETSI-邊緣計(jì)算系統(tǒng)參考架構(gòu)[2]

2.2 3GPP

3GPP-5G 系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示：

圖2 3GPP-5G系統(tǒng)架構(gòu)[9]

在5GC 里，邊緣計(jì)算平臺(tái)與5G UPF、PCF 等網(wǎng)元交互，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流的本地轉(zhuǎn)發(fā)、分流策略控制、本地流量計(jì)費(fèi)、QoS 保證和支持LADN 等功能，MEC 應(yīng)用（ME APP）通過(guò)NEF 與5G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。其中3GPP 定義的5G 網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放架構(gòu)如圖3 所示，由Network Exposure Function實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放功能，N33 是開(kāi)放API 接口[3]。

圖3 3GPP-5G網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放架構(gòu)[9]

此外，3GPP R16 定義了許多支持移動(dòng)邊緣計(jì)算的功能：服務(wù)發(fā)現(xiàn)、設(shè)備移動(dòng)性和服務(wù)連續(xù)性、流量導(dǎo)向、基于網(wǎng)絡(luò)能力暴露的服務(wù)增強(qiáng)等。電信網(wǎng)絡(luò)不再是MEC中大多數(shù)應(yīng)用程序的“隱形”管道[4]。

2.3 ETSI&3GPP協(xié)同架構(gòu)映射

ETSI ISG MEC 和3GPP 都各自針對(duì)邊緣計(jì)算開(kāi)發(fā)了體系結(jié)構(gòu)，共同目的都是創(chuàng)建一個(gè)開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)化的IT 服務(wù)環(huán)境，以在邊緣環(huán)境中托管和支持第三方應(yīng)用程序，3GPP 23.558 中描述了3GPP 和ETSI 間架構(gòu)映射關(guān)系。

如圖4 所示，ETSI ISG MEC 和3GPP SA6 體系結(jié)構(gòu)的核心分別位于MEC 平臺(tái)、邊緣使能服務(wù)器和MEC 應(yīng)用程序、邊緣應(yīng)用服務(wù)器，兩架構(gòu)間存在協(xié)同作用[13]。

圖4 3GPP和ETSI間移動(dòng)邊緣計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)映射[7,13]

（1）左側(cè)，設(shè)備運(yùn)行應(yīng)用程序客戶端，這些客戶端使用DNS 查找應(yīng)用程序服務(wù)器（3GPP SA6 術(shù)語(yǔ)中的Edge Application Server（EAS）或ETSI ISG MEC 術(shù)語(yǔ)中的MEC Application）或根據(jù)SA6 EDGEAPP 架構(gòu)使用Edge Enabler Client（EEC）進(jìn)行發(fā)現(xiàn)。

（2）中間，向中間提供平臺(tái)（3GPP SA6 中 的Edge Enabler Server（EES） 和ETSI ISG MEC 中 的MEC Platform）提供中介訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、應(yīng)用程序授權(quán)、應(yīng)用程序服務(wù)注冊(cè)和應(yīng)用程序服務(wù)發(fā)現(xiàn)、上下文遷移等給定實(shí)現(xiàn)方式，可結(jié)合ETSI ISG MEC 和3GPP SA6 指定功能。該平臺(tái)向邊緣云應(yīng)用程序（MEC 應(yīng)用程序或邊緣應(yīng)用程序服務(wù)器）公開(kāi)API，其中EDGE-3 和Mp1 提供互補(bǔ)的API 功能。

（3）右側(cè)，ETSI ISG MEC 規(guī)定的功能包括MEC平臺(tái)的管理和編排以及OSS 功能，這些功能支持對(duì)提供給應(yīng)用程序服務(wù)提供商的門(mén)戶的訪問(wèn)。

部署時(shí)需將這些標(biāo)準(zhǔn)組合在一起，并通過(guò)互補(bǔ)部分的組合來(lái)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化的端到端架構(gòu)才符合行業(yè)的最大利益。

3 實(shí)際案例

各運(yùn)營(yíng)商和平臺(tái)提供商都積極在能力開(kāi)放方向進(jìn)行布局，如圖5 所示，以中國(guó)聯(lián)通為例進(jìn)行說(shuō)明邊緣計(jì)算平臺(tái)如何進(jìn)行能力開(kāi)放。MEC 平臺(tái)封裝VAS（Value Added Service）將共性常用的IT 能力和運(yùn)營(yíng)商獨(dú)特的CT 能力供給邊緣應(yīng)用調(diào)取，實(shí)現(xiàn)計(jì)算和聯(lián)接能力的下沉，支持低延時(shí)、大帶寬、高安全的邊緣響應(yīng)。

圖5 案例-中國(guó)聯(lián)通[14]

（1）CT-VAS 主要來(lái)自和5GC 的NEF 接口，包括UE LBS（基于用戶設(shè)備位置的服務(wù)）、RNIS（無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)）等，同時(shí)也通過(guò)構(gòu)建MP2 接口，從邊緣網(wǎng)絡(luò)元素（UPF/DP，用戶平面功能/數(shù)據(jù)平面）獲取網(wǎng)絡(luò)信息，CT-VAS 還包括了邊緣SDN 網(wǎng)元接口，主要是IT/CT 防火墻、Cloud/Edge 防火墻的安全策略、NAT 規(guī)則、VPN 規(guī)則等相關(guān)能力。

（2）IT-VAS 主要基于ME_ICT-IaaS 承載實(shí)現(xiàn)，和一般云原生和微服務(wù)不同，除了基于容器方式提供的服務(wù)（Container-Based Service）外，在邊緣場(chǎng)景中，還需要服務(wù)往往通過(guò)虛擬機(jī)方式提供傳統(tǒng)API 服務(wù)（VM-Based Services），稱之為宏服務(wù)（Macro-Servcie）。除了以上兩種類型的服務(wù)，API 網(wǎng)關(guān)還需要在某些情況下集成聯(lián)通生態(tài)中的第三方服務(wù)，這種服務(wù)一般是實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同能力的本地代理，實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同工作。

4 參考目標(biāo)架構(gòu)

關(guān)于如何徹底統(tǒng)一電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)和IT 環(huán)境，圖6描述了一類邊緣計(jì)算平臺(tái)CT/IT 能力統(tǒng)一開(kāi)放方式。

圖6 主要描述了邊緣和應(yīng)用程序使能層，以抽象出電信網(wǎng)絡(luò)接口的詳細(xì)信息，提供開(kāi)發(fā)人員友好的API，該類API 一方面允許訪問(wèn)3GPP 標(biāo)準(zhǔn)/自定義功能，另一方面也將提供具有IT 特點(diǎn)的API，便于使用。

（1）邊緣使能層：面向電信網(wǎng)絡(luò)，允許運(yùn)營(yíng)商按照3GPP 標(biāo)準(zhǔn)公開(kāi)網(wǎng)絡(luò)信息，以支持邊緣應(yīng)用，例如影響AF流量、UPF 重選、QoS 等，提供了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)API，這些API 被應(yīng)用程序使能層調(diào)用。邊緣使能層類似核心電信網(wǎng)絡(luò)的“API 網(wǎng)關(guān)”，這類API 需要基本電信網(wǎng)絡(luò)知識(shí)才能正確理解和使用。抽象3GPP 好處頗多，可解決第1 節(jié)中提出的技術(shù)難題，例如：隱藏了電信網(wǎng)絡(luò)功能級(jí)別的接口復(fù)雜性；允許電信運(yùn)營(yíng)商向邊緣服務(wù)開(kāi)發(fā)人員公開(kāi)網(wǎng)絡(luò)功能；為電信核心網(wǎng)絡(luò)提供緩沖區(qū)，以實(shí)現(xiàn)更好的安全控制；讓運(yùn)營(yíng)商更好地控制服務(wù)差異化等。

（2）應(yīng)用使能層：位于邊緣使能層和邊緣應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員之間，其任務(wù)是提供邊緣應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員友好的API，使邊緣應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員無(wú)需廣泛的電信網(wǎng)絡(luò)知識(shí)即可使用和管理特定于應(yīng)用程序的電信網(wǎng)絡(luò)功能。它支持邊緣應(yīng)用程序和服務(wù)，邊緣節(jié)點(diǎn)上的生命周期管理，將邊緣節(jié)點(diǎn)連接到云數(shù)據(jù)中心，并允許邊緣應(yīng)用程序與云斷開(kāi)連接而暫時(shí)運(yùn)行，通常應(yīng)用使能層可以包括三類API：

1）通用PaaS 層API 是應(yīng)用程序管理，服務(wù)管理；

2）IT 通用技術(shù)功能棧API，例如物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、語(yǔ)音分析等；

3）垂直域邊緣堆棧API，例如游戲、AR/VR、視頻流、車聯(lián)網(wǎng)。

圖6 邊緣計(jì)算平臺(tái)CT&IT能力統(tǒng)一開(kāi)放參考目標(biāo)架構(gòu)[1]

5 結(jié)束語(yǔ)

開(kāi)放是MEC 平臺(tái)中的熱門(mén)詞匯，但開(kāi)放并不意味著容易，如何在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性具有挑戰(zhàn)性。首先，對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，本身沒(méi)有龐大的平臺(tái)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，甚至平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)也嚴(yán)重依賴平臺(tái)供應(yīng)商；其次，對(duì)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，在跨平臺(tái)部署應(yīng)用時(shí)常需要適配不同環(huán)境，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)工作量變大；再者，電信邊緣業(yè)務(wù)可能歸屬不同的運(yùn)營(yíng)商，意味著還涉及網(wǎng)間漫游的問(wèn)題。因此，如何實(shí)現(xiàn)應(yīng)用單點(diǎn)部署、全網(wǎng)復(fù)制的目標(biāo)，一方面需要逐步向目標(biāo)架構(gòu)演進(jìn)，另一方面，在目標(biāo)架構(gòu)演進(jìn)過(guò)程中，逐步納管已有異構(gòu)邊緣計(jì)算平臺(tái)，異構(gòu)邊緣計(jì)算平臺(tái)互聯(lián)，從而向邊緣應(yīng)用提供統(tǒng)一的開(kāi)放API 是接下來(lái)需要進(jìn)一步去完善的事情[1]。