运营商5G边缘计算发展策略探讨

本文首发于《广东通信技术》2021年第4期

来源：5G工业物联

【摘  要】面对5G三大应用场景的成熟发展、商用，运营商的网络建设需要作出紧跟时代发展的调整，对MEC的概念、体系架构进行了介绍，通过对业务发展进行分析，对5G边缘计算目标架构、R16技术引入、MEP平台、边缘云、MEC管理域的发展以及MEC节点组网部署给出了建议。为网络建设提供参考。

【关键词】边缘计算；5G；目标架构；发展策略。

DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2021.04.007    

引用格式：姜瑞峰, 杨旭, 梁冰, 等. 运营商5G边缘计算发展策略探讨[J]. 广东通信技术, 2021, 40(4): 31-35+41.

1   引言

随着5G商用网络的成熟发展以及云计算业务的迅速增长，全球移动数据流量呈现爆炸式增长，据《爱立信移动市场报告》中预测，到2026年移动数据流量将达到226EB/月，相比2020年增长近4.5倍，其中视频流量占比77%。传统的云计算已经无法满足物联网、社交网络、智能互联网络等终端侧“大连接，低时延，高带宽”的云资源需求。在已有的网络架构下，大部分业务流量需要经过整个接入网、传送网、承载网、核心网，通过接入、转发、路由等多层设备，虽然可以通过提高带宽来提升网络质量，但是一些对时延及网络可靠性敏感的业务仍然无法保证，严重影响用户体验。为了有效解决移动互联网、物联网等高速发展带来的高可靠、高带宽以及低时延等要求，MEC的概念应运而生。

 

2   边缘计算概述

边缘计算的概念源于内容分发网络（Content Delivery Network， CDN），常被认为是边缘节点上的内容分发与缓存，随着发展早期CDN定义的范围已经无法完全涵盖边缘计算。欧洲电信标准化协会（European Telecommunications Standards Institute， ETSI）于2014年成立了移动边缘计算规范工作组，提出了移动边缘计算（Mobile Edge Computing， MEC）的概念，其基本思想是把云计算平台从移动核心网络内部迁移到移动接入网边缘，实现计算及存储资源的弹性利用。随着对边缘计算的深入研究，ETSI认为边缘计算不应局限在移动网络场景下，在2016年对MEC的概念进行了重新定义，多接入边缘计算（Multi-Access Edge Computing）的概念由此产生。然而，根据市场的需求与产业的发展成熟度来看，目前移动网络场景下的边缘计算仍然是运营商主要发力的重点。

ETIS制定的《MEC in 5G networks》白皮书中给出了5G边缘计算的融合参考架构。如图1所示。在图上右侧的MEC系统中，主要分为了系统级和主机级两层。其中系统级主要包含MEO、VNFM、EMS等运维管理系统，用于对系统中的计算、存储、网络、应用、服务的整体把控。主机级主要包含虚拟化基础设施、移动边缘平台（MEP）、应用、本地管理组成，通过采用通用的硬件基础设施，为运行的各种各样的应用提供虚拟化组件，MEP平台通过标准化的API接口与第三方应用实现互通，为用户提供服务。

图1  5G边缘计算融合参考架构

3   业务发展分析

ETSI定义了MEC七大应用场景：视频优化、增强现实、企业分流、车联网、物联网、视频流分析和辅助敏感计算。如图2所示。主要可分为应用本地化、内容区域化、计算边缘化三类。

图2  MEC七大应用场景

（1）应用本地化：如企业分流场景，主要为园区、企业、场馆等自己的应用在本地闭环。典型应用如智慧工厂、智慧办公、智慧城市等。

（2）内容区域化：如视频优化、视频流分析场景，主要为运营商高带宽内容从中心到区域分布式部署，节省传输资源，提升用户体验。典型应用如移动视频监控等。

（3）计算边缘化：如增强现实、车联网、物联网、辅助敏感计算场景，主要为新型超低时延业务在边缘侧才能满足业务诉求。典型应用如自动驾驶、机器人协作、远程医疗等。

除了图2的应用场景外，整个产业的应用数量众多，一个应用场景内部因为技术的不同又划分为不同的子类型，每种子类型的端到端产业发展成熟度是不同的，这样商用时间点也不一样。例如云VR场景有4K VR，8K VR等子类型，由于4K VR对配套设备的要求较低，生态成熟早，所以能较早在市场上商用。根据目前运营商客户的典型诉求，汇总形成3个发展阶段。

如图3所示。结合产业成熟度及市场诉求，从分流到计算，从局域到广域，逐步推进5G行业商用解决方案。2B是边缘计算基石，围绕港口，码头，园区等，打造行业样板，并进行复制推广；2B&2C容易爆发增长，围绕游戏，文娱，场馆，挖掘市场需求，探索商业模式。

图3  5G边缘计算发展三阶段

4   5G边缘计算目标架构及发展策略建议

4.1 5G边缘计算目标架构建议

目前运营商商用5G网络通过控制面与用户面分离，用户面分布式下沉部署等功能，来实现5G网络的大带宽、高质量、低时延等目标。然而，随着用户需求的不断提高，应用对网络的要求也越来越高，仅仅依靠5G网络不足以实现eMBB、uRLLC、mMTC等多种技术场景的业务需求。为了能够更好的支持5G业务的本地化部署、内容的缓存分发、网络边缘侧的硬件加速能力，满足大流量的移动宽带业务、无人驾驶等超高可靠超低时延的通信、大规模的物联网等业务场景，本文给出了运营商5G边缘计算目标架构的建议，如图4所示。

图4  5G边缘计算目标架构

本文给出的目标架构主要分为5个层级：集团集中、大区中心、省中心、地市、企业自有园区。

（1）集团：主要是对全国5G边缘计算节点进行运营运维，在标准化功能基础上形成标准化产品，提供统一的产品中心与营销门户，支撑各分公司的边缘计算产品运营运维。

（2）大区中心：5G核心网控制面网元集中部署在大区网络云上。

（3）省中心：主要部署MEC网管侧能力网元，实现对全省MEC节点的生命周期管理、业务的开通、资源的管控；通过二级能力管理平台与二级运营平台实现对省内MEC平台功能的统一编排、运维运营以及对一级平台功能的对接。

（4）地市：按需在核心机房、重要汇聚机房、普通汇聚机房等运营商自有机房部署MEC节点，为用户提供本地的流量转发与路由功能、增值业务流量的本地终结、应用的本地化部署所需的通用硬件、虚拟层、加速、安全等基础能力。

（5）企业自有园区：根据企业需求，按需提供UPF分流能力或“网+云”的MEC节点，部署在企业自有机房，实现企业内部数据的终结。

4.2   R16 5G标准在边缘计算中的应用

在3GPP TSG第88次会议上，国际移动通信标准制定组织3GPP（第三代移动通信合作伙伴计划）宣布5G第一个演进标准R16（Release 16）冻结。R16标准重点针对垂直行业能力进行增强，实现了5G从“能用”到“好用”的过渡，让5G能进一步赋能千行百业。如果说前10年，人们致力于实现“人人有宽带”，那么接下来的10年，将是一个“物物联5G”的时代冋。

为了更好地阐述R16标准引入对5G边缘计算发展的关键作用，本文首先对5G LAN、eLCS、5G URLLC、eNA、TSN、NPN、eV2XARC、CIOT 5G技术进行了简述，根据市场需求的迫切程度及产业技术成熟度，将上述技术的应用分为了3个发展阶段，为未来R16技术在5G边缘计算中的应用提供参考。如表1所示。

表1  R16 5G标准引入三阶段

（1）近期

主要包含5G LAN（5GT业局域专网），支持终端动态群组管理、二层以太网通信、用户面直接通信，基于广域网构建用户虚拟5GLAN专网；eLCS（定位增强），商业定位、定位能力开放、定位业务感知和隐私保护等功能；5G URLLC（低时延高可靠网络），在低时延基础上增加了高可靠特性，E2E方案和N3/N9双通道方案，以及QoS监控特性，保证极致的可靠性。

（2）中期

主要包含eNA（网络数据分析），引入了NWDAF网络数据分析、切片SLA监控和保障、基于Service MOS的5GQoS增强功能；TSN（时间敏感网络），聚焦精准时钟同步、5GS与TSN系统集成、QoS Framework增强和模型映射；NPN（5G行业专网），具备独立部署NPN，公网集成部署NPN能力。

（3）远期

主要包含eV2XARC（车联网能力增强），5G V2X服务架构的增强实现，将V2X控制网元移到PCF网元，多级别QoS和预测，支持单播组播及广播的PC5接口通信；5G_CloT（蜂窝物联网），面向未来核心网演进，实现NB-loT终端接入5GC。

4.3   “MEP”发展策略

“MEP”作为运营商5G边缘计算节点的PaaS平台，可以提供统一的服务框架，为应用提供网络能力和垂直行业能力，开放大网能力。编解码转换、IPSec、Al等，通过MEP开放Restful API的方式供本地APP调用。作为从传统管道向内容提供者转变的重要环节，本文建议MEC平台应提供开放的MEP架构，持续做厚MEP连接能力，同时引入第三方服务并统一开放，吸引企业应用上线MEP平台，结合业务发展需求，持续丰富行业场景MEP服务能力，构筑MEP竞争力。MEP平台发展策略导图如图5所示。

图5  MEP平台发展策略导图

（1）开放的API GW架构：遵循ETSI标准，提供第三方APP（提供者）服务注册入口，并对外开放给第三方APP（消费者）。

（2）连接类服务：提供运营商特有的连接相关的服务能力，比如位置服务，上行压缩，高清低码等。

（3）第三方应用服务：第三方应用作为服务提供者，可通过API GW统一开放，丰富服务能力。

（4）持续丰富MEP服务能力：根据5G标准技术发展、市场需求及产业生熟度，将按照3个阶段持续丰富MEP服务能力。MEP服务能力如图6所示。

图6  MEP服务能力

4.4   边缘“云”发展策略

运营商作为传统网络的提供者，基础网络能力在市场竞争上有着天然优势，近几年，通过大力建设“云”设施、发展“云”能力，也初见成效。对于边缘云的发展策略，本文建议以以网带云、以云促边的原则，采用异构的边缘云技术架构多云协同发展，后期根据业务发展需求横向扩展云基础资源与云服务，管理面通过统一的边缘云管理系统实现异构资源管理协同。

4.5   MEC管理域发展策略

依据运营商现有的运维体系，结合MEC结构特点，构建两级运维模式，通过省中心集中化远程运维+地市辅助运维+企业自服务，实现网络、资源、生态应用的统一智能关联分析，保障行业生态业务体验。两级运维模式如图7所示。

图7  两级运维模式

MEC管理域通过故障快速诊断、资源运行保障、用户体验保障等运维关键能力，提供从网络到资源，从生态应用再到核心网业务SLA的立体化运维分析能力。根据运维需求及智能化手段应用，可将MEC管理域发展分为以下4个阶段。

（1）产品监控、辅助定位：提供租户级网络连接类、资源类订购产品性能监控；网络拓扑、资源拓扑状态可视化分析；基于拓扑节点进行告警、性能、事件关联分析，辅助告警/故障诊断分析。

（2）SLA监控、自动化诊断：提供5GLAN、5G切片、位置服务等订购产品性能监控；视频回传、PLC远程控制业务核心网SLA监控；增强拓扑可视化展示能力，支撑性能、告警、日志、事件关联分析，以及故障一键诊断。

（3）知识图谱、一键恢复：增强AI算法，提升跨层及横向ICT关联分析能力；增强知识图谱，增强自动故障定位能力；网络及应用故障自愈。

（4）立体化运维、无人值守：扩展核心网业务SLA监控范围；无人值守，提供网络、资源到应用的立体化保障能力；资源预测，资源利用率提升，资源性能优化。

 

4.6   MEC节点部署策略

5G时代定义了eMBB、uRLLC、mMTC三大应用场景，应用初期5G边缘计算主要满足低时延、高质量等要求，以时延为例，理论上骨干汇聚机房可以满足大部分单向网络传输时延为10-20ms级别的业务，对于时延要求更为苛刻的业务需求，需要考虑部署至接入位置，并采用新的空口帧结构、传输技术及时间敏感型网络。各级机房时延示意如图8所示。

图8  各级机房时延示意

共享式：在地市核心机房，构建完整的MEC节点统筹考虑业务时延、建设维护成本、覆盖范围、安全容灾、规模效益、产业成熟度等多方面因素，建设初期，以筑巢引凤方式在地市核心机房统一建设共享式MEC节点，以网随也懂方式按需在企业园区部署入驻式MEC节点，打造标准化解决方案及组网方案，快速满足MEC建设需求，抢占边缘行业市场。MEC节点，包括UPF、组网设备、通用计算服务器、存储服务器。就近接入核心机房CMNet、IP承载网、传输网、网管网等网络。采用同城异局址容灾方式。

入驻式：根据企业需求，按需构建UPF+企业私有云（企业自有）或完整的MEC节点。就近接入SPN网络，通过SPN对接CMNet、IP承载网、无线网、网管网等。按需提供无容灾、异局址容灾、与共享式MEC节点N+1主备方式容灾。MEC节点部署示意如图9所示。

图9  MEC节点部署示意

5   结束语

本文在5G边缘计算的业务发展需求基础上，对总体的目标架构、新技术的应用、MEP平台、边缘云、管理域的发展以及组网部署给出了建议。5G边缘计算的目标架构能够融合ETSI MEC平台和3GPP 5G网络架构为5G网络构建边缘产品，促进大带宽、低时延、高可靠等业务应用的发展。

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★原文发表于《广东通信技术》2021年第4期★

DOI:10.3969/j.issn.1006-6403.2021.04.007    

引用格式：姜瑞峰, 杨旭, 梁冰, 等. 运营商5G边缘计算发展策略探讨[J]. 广东通信技术, 2021, 40(4): 31-35+41.

作者简介

 

姜瑞峰：工程师，学士，毕业于吉林大学，中国移动通信集团设计院有限公司咨询设计师，主要研究方向为云计算、5G、NFV等。

杨旭：高级工程师，硕士，毕业于北京邮电大学，中国移动通信集团设计院有限公司高级咨询设计师，主要研究方向为5G核心网、NFV、分组域核心网、物联网等。

梁冰：工程师，硕士，毕业于天津大学，中国移动通信集团设计院有限公司高级咨询设计师，主要研究方向为2/4/5G核心网、IMS、信令网等。

徐凤全：中国移动通信集团设计院有限公司。

程少杰：中国移动通信集团设计院有限公司。

《广东通信技术》(月刊)创刊于1981年，由广东省通信学会和广东省电信情报中心站主办，编辑部设在中国电信股份有限公司广东研究院内。多次荣获国家部委优秀科技期刊奖、广东省优秀科技期刊奖。目前是中国学术期刊综合评价数据统计源期刊，中国核心期刊(遴选)数据库期刊。

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来源：5G工业物联

校审：闻磊、张启迪

排版：张启迪

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