5G MEC边缘云组网方案与业务案例分析

1 MEC概念

MEC边缘云（Multi-Access Edge Cloud）是在靠近人、物或数据源头的网络边缘侧部署云资源池和云平台，它在5G时代将扮演重要的角色。MEC边缘云的优势在于，一方面它实现了在更靠近数据源所在的本地网内运算，尽可能地不用将数据回传到云端，减少数据往返云端的等待时间和网络成本，大幅度降低了对运营商核心网和传输网的拥塞与负担，减缓网络带宽压力。另一方面，MEC边缘云作为一个能力开放平台，不仅提供基本的云资源，同时提供丰富的平台能力。通过开放网络能力与大数据、云计算平台结合，使得第三方应用部署到网络边缘，提升用户业务体验和指标。目前3GPP协议在23.501和23.502中已经明确将5G网络支持边缘计算特性作为标准规范，未来在5G网络建设中，将考虑支持相关业务及设备部署。

2 运营商5G MEC边缘云组网架构

2.1 5G NSA架构下MEC边缘云组网

由于国内运营商将首先部署5G NSA组网，因此针对不同的组网架构需要考虑不同的MEC边缘云组网方案。国内运营商NSA架构采用Option3系列组网方案中的Option3x方案。

该系列NSA组网架构中，核心网采用EPC+，是4G EPC的演进。LTE eNB和5G NR同EPC+的接口为S1接口，S1-C为控制面接口，S1-U为用户面接口。所有的Option3系列组网方案中，S1-C控制面信令均走LTE eNB锚点。根据用户面锚点的情况，Option3中仅用LTE eNB作为用户面锚点，Option3a中LTE eNB和NR均提供用户面路径到EPC+，而Option3x用NR作为唯一的用户面路径。NSA架构下，终端通过双连接同时接入4G和5G网络。NSA模式下，要求5G/4G设备同厂商。

图1为5G NSA Option3x MEC边缘云组网架构，eNB和gNB分别作为控制面和用户面的锚点，MEC边缘云需要将S1-U和S1-C全部连接。Option3x方案中，由于eNB和gNB的建设位置很可能不是同机房部署，因此，需要新建设备连接。Option3x的方式施工成本最大，新增MEC边缘云同无线设备的连接无法避免，仅在4G和5G共BBU的时候可以节约建设成本。

图2展示了5G NSA架构下，MEC边缘云作为独立网元同其他网元之间的连接。目前建设初期，MEC边缘云仅处理基本的数据分流、基站信息开放等功能。

如图3、图4所示，由于5G NSA沿袭了4G的大部分EPC架构，导致MEC边缘云的部署仍然无法解决计费、合法监听等问题。解决方法是将MEC边缘云演进到增强型边缘云，MEC边缘云具备处理控制面信令的能力，还支持同其他4G核心网网元的对接，包括CG（Charging GW，计费）、P-GW、LIG（Lawful Interception Gateway，警用监听中心）等，以实现对计费、合法监听等功能的支持。业务的支持同4G完全一致，通过对应的Tracking Area指向MEC边缘云，本地流量直接转发到本地应用，非本地流量则与上级机房的PGW通过S5接口对接，不需分流的业务通过S5接口上送，只需要对MEC边缘云配置好分流规则即可。计费功能：通过与上级机房的CG通过Ga接口对接，实现分流业务的计费；合法监听：通过与上级机房的LIG通过Xn（X1/X2/X3）接口对接，实现合法监听。

最后，考虑CUPS（Control and User Plane Separation，控制/用户面分离）架构，将网络的控制面CP和用户面UP分离，目的是让网络用户面功能摆脱“中心化”的囚禁，使其既可灵活部署于核心网（中心数据中心），也可部署于接入网（边缘数据中心），最终实现可分布式部署。基于CUPS架构的MEC组网如图5所示。

2.2 5G SA架构下MEC边缘云组网

如图6所示，独立组网SA架构采用Option 2组网方案，核心网采用全新的5GC，5G gNB和5GC连接进行5G独立组网，终端通过切换或回落等互操作到4G网络。该架构使用全新的NR和5GC，能够实现全部的5G新特性，能够支持5G网络引入的所有相关新功能和新业务，适用于5G系统的目标架构和最终形态，适合在整个5G商用周期内进行部署。

在5G SA架构中，采用全新的5GC核心网，MEC边缘云的部署同UPF下沉网元关系密切。由于UPF网元负责5G系统中所有用户面相关的工作，包括流量转发、计费、数据包解析等，因此通过UPF网元不仅可以完全实现4G网络中的分流功能，还能够实时对MEC边缘云相关业务的计费和监听，所以建议部署MEC边缘云的位置都配套部署UPF下沉网元。

在5G网络架构下，整个MEC边缘云不仅部署MEP，同时还部署5G虚拟化网元。结合NFV技术，MEP以虚拟化方式部署，并集成各类平台能力。MEP的管理与编排网元可以跟随MEP部署，也可以通过集中化拉远方式在控制面统一部署。

5G SA MEC边缘云部署与网元关系如图7所示：

3 MEC边缘云应用场景和案例分析

3.1 本地分流

目前产业界应用最为广泛的是MEC边缘云的分流技术，即本地分流（LBO, Local Break Out）。如图8所示，本地分流的作用在于流量不出园区，可以将符合分流规则的流量分流到本地网，节约了流量回传（回传网、核心网、Internet）造成的时延，同时也能够降低对骨干网的流量压力。

在MEC边缘云侧配置分流规则，通常采用IP五元组法和基于DNS域名解析的分流规则。基于IT五元组的分流规则：IP地址+端口号；基于DNS响应的分流规则：DNS目标域名。MEC对所有eNB覆盖区域流量进行拆包检测，符合分流规则的访问流量直接分流至本地网，不符合分流规则的按照原有路径访问Internet。MEC部署层级决定了可接入基站数和覆盖面积；可以接入基站数决定了MEC需要处理的流量数。MEC的部署位置属于串接，如果MEC故障，则流量完全透传，仅无法实现分流，不影响业务。

3.2 安防监控

目前安防监控领域，从部署安装角度，一般传统的监控部署采用有线方式，有线网络覆盖全部的摄像头，布线成本高，效率低，占用大量有线资源。采用Wi-Fi回传的方式也广泛应用，经济便捷，但是Wi-Fi稳定性较差，覆盖范围较小，需要补充大量AP点以保证覆盖和稳定性。

安防监控领域 “端-网-边”格局如图9所示。

基于上述诉求，可以将监控数据分流到边缘云业务平台，从而有效降低网络传输压力和业务端到端时延。图10为基于边缘云的边缘业务平台的AI视频分析系统协同架构。边缘云对4G摄像头采集的视频进行本地分流，降低对核心网及骨干网传输带宽资源的占用，缩短端到端时延。集中云计算中心执行AI的Training任务，边缘云执行AI的Inference，二者协同可实现本地决策、实时响应，可实现表情识别、行为检测、轨迹跟踪、热点管理、体态属性识别等多种本地AI典型应用。此外，有线摄像头亦可以接入边缘云智能分析平台。

3.3 工业互联网

面向工业互联网的边缘计算体系架构可以从多种角度进行描述，其中，从部署的角度看，在产线、车间和工厂内均能够部署边缘计算节点设备。这些节点设备均能够提供网络、计算、存储等ICT资源，但设备形态可以分为边缘控制器，边缘网关和边缘云。

中国联通联合合作伙伴，共同推出5G+MEC边缘云工业行业智能一体化解决方案。该解决方案在工厂园区内部搭建LTE/5G-MEC-IoT无线专网，实现工业园区本地分流，保证业务低时延。基于MEC边缘云技术，本地提供云计算能力并搭载AI机器视觉能力，面向制衣厂进行印花检测和布料检测。

边缘云在工业互联网智能制造中的应用如图11所示。

4 结论

作为一项新的ICT融合技术，MEC边缘云可以整合电信运营商的各类资源，为5G时代业务的快速部署和运行提供丰富的平台能力。由本文分析可知，短期内，运营商将快速实现5G NSA商用，因此整体MEC边缘云组网架构将不发生改变，仅接入侧实现4G和5G基站多接入，但是需要考虑MEC边缘云设备是否有必要演进成支持计费、合法监听、CUPS等功能的形态。5G SA架构是最为理想的MEC边缘云组网架构，UPF按需下沉，MEC边缘云部署在UPF之后，有助于实现广覆盖和区域覆盖，分流计费等问题也将完全由UPF解决。MEC边缘云的商业模式比较多样化，目前应用的场景和行业也非常广泛。未来需要丰富平台能力，赋能更多场景，快速孵化解决方案和产品，实现MEC边缘云全产业链条的快速发展。