此系列文章作者分为上中下三部分进行阐述,本文主要分享下部分内容,大纲简述如下:
MEC 部署场景
MEC 在 4G 网络中的部署
MEC 在 5G 网络中的部署
MEC 应用场景

上部分内容概要:
ETSI MEC 标准化参考模型
MEC 架构设计原则
ETSI MEC 存在的问题

中部分内容概要:
MEC 与 5G 融合
MEC 接入 5GC 的方式
MEP 的服务开发框架
MEC 与 5G 融合架构示

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MEC 部署场景

设计 MEC 解决方案时,还必须考虑 MEC 服务器在网络中的位置。例如:可以位于 4G LTE eNB(宏基站)侧、3G RNC(Radio Network Controller,无线网络控制器)侧、multi-RAN(multi-Radio Access Technology,多无线接入技术)蜂窝汇聚点侧以及核心网侧。

MEC 在 4G 网络中的部署

MEC 的概念早在 4G 建设的前期就已经被提出,所以 MEC 在 4G 和 5G 网络中均可部署。但是在 4G 网络中因为 MEC 提出时 LTE 网络标准已完成制定,所以 4G 网络下的 MEC 部署目前大多采用非标的串联部署或者厂家私有标准部署模式,在计费、监听、业务移动性支持方面并不完善。

MEC 部署在 RAN(无线接入网)侧 :MEC 可以部署在单个 eNB 节点之后,也可以部署在多个 eNB 的汇聚节点之后,这是 4G 中比较常见的部署方式。称为无线侧 TOF(Traffic Offload)。这种部署方式适合用于学校、大型购物中心、体育场馆等热点区域下。将 MEC 部署在 RAN 侧的优势在于可以更方便地通过监听、解析 S1-C 接口的信令来获取基站侧无线相关信息,也可以通过解析 S1-U 接口的 GTP-U 报文将业务数据流量卸载到边缘进行处理,以此降低网络时延到毫秒级。但是该方案需要进一步解决计费和合法监听等安全性问题。

基于5GC 关键技术的 MEC 边缘计算(下)_第1张图片

MEC 服务器部署在 CN(核心网)侧:MEC 部署在 PGW 之后(或与 PGW 集成在一起)。这种方式可以解决 RAN 侧部署方案下的计费和安全问题,但在 C/U 没有分离 4G EPS 架构中,MEC 部署的位置通常与用户距离较远,存在时延较大和占用核心网资源的问题。好处就是该方案不需要改变现有的 EPC 架构,而且 SGi 接口出来的是 IP 报文,也就不需要 MEC 去处理 GTP 报文解析了。

基于5GC 关键技术的 MEC 边缘计算(下)_第2张图片

而在 4G EPC CUPS 架构中,PGW 被拆分成了 PGW-C 和 PGW-U(即 DGW)。其中,PGW-C 驻留在原位置,DGW 下沉到 RAN 侧或者核心网边缘,DGW 负责计费、监听、鉴权等功能,也解决了网络时延大的问题。缺点在于,4G C/U 分离技术并不完全,PGW-C 和 DGW 之间为私有接口,需要由同一设备厂商提供。

基于5GC 关键技术的 MEC 边缘计算(下)_第3张图片

2、MEC 在 5G 网络中的部署

3GPP 的 5G 核心网在标准上天然支持用户数据面的下沉及边缘计算的部署,解决了 4G 网络中 MEC 部署存在的计费监听等问题。ETSI MEC 规范包括了用户数据平面功能以及边缘计算平台功能,而 3GPP 的 5G 标准里面主要定义了 UPF 网元,UPF 作为 5GC 的用户面下沉网元,关注的是网络功能。两大组织一直在合作推进将 UPF 作为 MEC 系统中的一个组成网元,充当 DP 模块,UPF 负责将边缘网络的流量卸载到 MEC 平台。逻辑上 UPF 与 MEC 平台是松耦合的,一般认为 5G 场景中 MEC 与 UPF 的关系如下图所示:

基于5GC 关键技术的 MEC 边缘计算(下)_第4张图片

实际建设时对于 MEC 与 UPF 是否合设集成部署与统一承载存在以下多种方案:

MEC 与 UPF 集成部署,基于 ICT 综合边缘云统一承载:建设包括 UPF 在内的统一 MEC 系统, MEC 系统的建设也通常被锁定在提供 UPF 的核心网厂家,MEC 业务系统与 UPF 共享 NFV 电信边缘云基础设施以及统一纳管,节约部分投资,另外靠近基站的边缘接入点资源比较紧张,集成部署有利于资源的充分利用。但是该方案需要既可以满足 UPF 等 NFV 高性能网络转发处理需求,还需要支持 IT 类业务应用的容器化部署与编排管理、边缘 AI 类以及视频类业务应用的 GPU/FPGA 等加速及异构计算处理,之前主要面向网络通信处理的 NFV 电信云需要扩展成为 ICT 综合边缘云,包括 MANO 也需要相应的扩展。

MEC 与 UPF 分离部署,基于不同的边缘云各自承载:MEC 业务系统与 UPF 分离部署,支持分厂家建设,支持引入 IT 厂家或者自研提供 MEC 业务系统,并且 UPF 作为 5G 核心网元,与承载自有及第三方业务应用的 MEC 业务系统物理隔离也有利于 5G 网络的安全保障。但是该方案下 MEC 业务系统如果提供网络流量业务链处理类服务,不能与 UPF 共享网络处理,有一定的重复投资,并且部分资源受限的边缘点也很难建设提供两朵边缘云,两朵云的利用率不如集成部署的统一边缘承载方案。

MEC 与 UPF 部分共享部署:MEC 业务系统分为 CT 类 VNF 与 IT 类 APP 两大类业务服务,其中 CT 类 VNF 与 UPF 统一承载集成部署,IT 类 APP 独立部署。对于 CT 类业务服务共享 NFV 边缘云,仍然由运营商网络运维部门负责统一运营管理。同时独立建设 IT 边缘云,满足 IT 类边缘业务灵活性,这部分 IT 边缘云可以考虑由运营商负责公有云的部门统一集约运营。这种模式的问题在于增加了边缘业务的统一管理复杂度,同时部分融合业务也很难简单的是化为 IT 类还是 CT 类业务,比如远程驾驶控制等。

基于5GC 关键技术的 MEC 边缘计算(下)_第5张图片

3、ME Host 的部署方案

5G 网络原生采用云化建设,更加轻盈和灵活,以中心 DC(大区中心机房)、区域 DC(省层面机房)、核心 DC(本地网核心机房)、边缘 DC(本地网汇聚机房)、接入局所 DC、基站机房为基础架构的分层 DC 化机房布局模式成为各运营商传统机房改造演进的共同路线。

其中,MEC 系统级网管(包括 MEPM、MEAO)需要协调不同 ME Host(包括 MEP、UPF、ME APP)之间以及 ME Host 与 5GC 之间的操作(e.g. 选择主机、应用迁移、策略交互等),一般部署在区域 DC(省层面)或者中心 DC(大区中心);而 ME Host 部署方面应以业务为导向按需部署,并与 UPF 的下沉和分布式部署相互协同,在实际组网中,根据对操作性、性能或安全的相关需求,ME Host 可以灵活地部署在从基站附近到中央数据网络的不同位置。但是不管如何部署,都需要由 UPF 来控制流量指向 ME APP 或是指向网络。下图概述了 ME Host 物理位置的一般可行选项。

基于5GC 关键技术的 MEC 边缘计算(下)_第6张图片

ME Host 在接入局所 DC:此种模式一般采用 ME Host 和基站 CU 共机房,部署在基站后面,数据业务离用户更近,终端发起的业务经过基站、ME Host 到互联网/第三方内容服务,主要针对新型超低时延业务在边缘才能满足需求的场景,时延可控制在 1ms-10ms 之内,例如:无人机投递业务(10ms,15Mbit/s)、智慧场馆(10ms,1Gbit/s)、自动驾驶(1ms,50Mbit/s以上)、远程医疗诊断(10ms,50Mbit/s)、机器人协作(1ms,110Mbit/s)、远程手术(1ms10ms,300Mbit/s)等。

ME Host 部署在边缘 DC:此种模式 ME Host 一般部署在本地网汇聚机房,逻辑位置在 UPF/PGW-U 之后,会增加一部分回传网络的时延,可以为用户提供低时延、高带宽服务,例如:AR/VR业务(20ms,1Gbit/s)、移动视频监控(20ms,50Mbit/s)、移动广播(小于100ms,10Mbit/s)、公共安全(20ms,10Mbit/s)、高清视频(20ms,10Mbit/s)等。

4、MEC 应用场景

MEC 应用于 VR

基于 5G 的 MEC 解决方案,该方案适用于 VR 这一典型应用场景。MEC 部署在 RAN 或 C-RAN 侧以获取利于统计分析的关键信息,提供低时延的本地化业务服务。运营商不仅可以有效减少核心网的网络负载,还能通过本地化的部署,提供实时性高、低时延的 VR 体验,增强 VR 实时互动。

基于5GC 关键技术的 MEC 边缘计算(下)_第7张图片

MEC 应用于在线视频系统

下述为英特尔中国研究院与英特尔网络平台事业部、中国移动及爱奇艺合作开发的一款在线视频系统。该系统利用 MEC 进行视频加速,视频提供商利用 MEC 的计算、存储和网络功能,通过对用户视频请求数据分组进行分析,为特定的高清付费用户提供充足带宽,以保证其观看体验。OTT(互联网应用服务) 在使用上述系统时,无需对自己的应用网络进行架构性变动,由此可以大幅降低使用成本,加速业务创新。该系统目前已在业界知名的世界移动通信大会(Mobile World Congress,MWC)上现身,并引起广泛关注,并被 ETSI MEC ISG 采纳为典型业务场景之一。

基于5GC 关键技术的 MEC 边缘计算(下)_第8张图片

MEC 应用于支持 OTT 业务

中国联通在 2018 年 3 月首次参与 ETSI MEC 标准化工作。在 MEC#13 次会议中,中国联通主导的《PoC12:MEC Platform to Enable OTT Business》国际标准项目成功立项,获得审核委员会全票通过。这是 ETSI 在边缘计算领域首个实现 ICT(IT&CT)融合的立项,填补了 MEC 应用研究方面的空白。自此,中国联通牵头开启了 ETSI MEC 标准化组织与 OTT(互联网应用服务)的应用合作,具有里程碑式的重要意义。

如下这张中国联通的构架图所示,电信运营商将部份服务移到 MEC 上,而开发者(OTT 提供者,如 Youtube 或爱奇艺)及用户,可以透过一些服务化的 API 来存取电信运营商于此 MEC 上提供的服务。

基于5GC 关键技术的 MEC 边缘计算(下)_第9张图片

基于5GC 关键技术的 MEC 边缘计算(下)_第10张图片

该立项建议由中国联通联合中兴通讯、INTEL 共同向 ETSI MEC#13 提交,并由中国联通网络研究院标准专家进行立项申请陈述和答辩。该标准项目将基于业界最大的天津边缘云测试床,依托轻量化 OpenStack、Kubernetes 等虚拟化技术,以商用化部署为目标,研究 vCDN、VR/AR 等 OTT 应用对 MEC 边缘云业务平台能力及 API 的需求,并为 ETSI GS MEC 003 系统架构的进一步完善提供强有力的参考依据。

目前 MEP 平台的最大的问题就是平台封闭性严重,不同厂家平台制式不同很难互通,接口私有化定义。造成的后果就是一旦规模部署,每款 APP 都要分别部署在各方开发的 MEP 上,因此就都要针对各家平台进行定制化的开发和业务对接,这种不友好的方式是不会被第三方 APP 所接收,因为这种方式极大地增大了第三方的业务重复开发和维护工作。目前的解决方法是,由运营商主导 MEP 平台,同时由运营商统一开展平台接口标准化和平台架构标准化,集合设备商的各类平台能力和资源,这样第三方 APP 只需要一次开发和对接即可实现快速业务部署,对第三方 APP 非常友好,平台也更为开放。