中国联通边缘计算技术白皮书
Qos保证等功能,都将通过标准的5G网络功能实现。如图5.4所示,边缘计算应用(ME APP)通过NEF(Network Exposure Function,网络能力开放)与5G网络进行实时交互。一方面,NEF将感知的UE和业务流相关测量信息,比如UE实时位置、无线链路质量、漫游状态等传递给MEC服务器,MEC服务器基于上述测量信息通过智能分析和抽象,对应用的业务性能进行优化(例如调整视频播放码率),进而提升服务质量;另一方面,NEF将感知的应用服务相关信息,比如业务时长、业务周期、移动模式等传递给网络,网络感知分析应用提供的这些信息,进一步优化其UE资源配置(例如为VIP用户分配合适的带宽资源)与会话管理。
图5.4 5G智能感知与优化方案
针对MEC的各种应用,用户可经由NEF查询网络的各种状态,如计费策略、网络能力等,也可提交各种任务请求,如定位、带宽等。
5.2 中国联通MEC组网架构演进
图5.5 中国联通MEC组网架构演进愿景图
随着AR/VR、高清视频、车联网等业务的兴起,用户对时延和带宽要求越来越高,促使业务服务向网络边缘部署,MEC为这些业务部署提供了一个边缘计
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算环境。MEC虽然一种5G原生技术,但由于架构的开放性,MEC可以应用部署于LTE网络。中国联通MEC组网架构的演进愿景如图5.5所示。
1) 4G阶段:MEC通过透明解析基站与核心网之间的S1接口消息,实现业务数据的分流。在热点地区,MEC可以与基站部署于相同位置,位于基站接入侧,本地业务经过基站之后,由MEC分流到本地服务器,避免了在热点大流量情况下对于回传网络的冲击。另外,在基站BBU池化的场景下,MEC可以和基站BBU池一起部署于无线接入机房,提升MEC的业务复用率,降低对MEC设备的资源需求。
2) Pre-5G阶段:随着NFV和SDN技术的成熟,接入机房实现虚拟化改造,为基站、核心网、以及业务提供运行所需的虚拟资源。基站BBU虚拟化之后,形成Cloud-BBU,部署于接入机房的数据中心。核心网网元一方面完成虚拟化,另一方面完成控制转发的分离,网关节点分离成为控制面网元SGW-C、PGW-C和TDF-C、转发面网元SGW-U、PGW-U、TDF-U。根据需要将转发面网元SGW-U、PGW-U、TDF-U部署于接入机房数据中心,形成了Pre-5G网络架构。在该架构中,网络接口采用4G标准接口,网络架构体现了5G网络的特征,其控制面和转发面网元可以通过协议软件升级,演进到5G网络架构。在Pre-5G阶段,MEC以4G形态为基础,支持虚拟化部署,和Cloud-BBU以及核心网转发面网元一起,联合部署于接入机房的数据中心。
3) 5G阶段:5G网络架构以数据中心为基础设施,以云计算作为基础平台,从接入层到核心层,形成了四个云中心:无线接入云、边缘云、汇聚云和核心云。核心网网元功能全面地虚拟化和服务化,根据需要部署于各个云中心。此外,无线侧采用CU/DU架构,CU基于虚拟化技术,可以部署于无线接入云和边缘云。
在5G网络架构中,UPF可以提供分流功能,PCF实现分流策略的控制。与4G MEC相比,5G MEC与5G网络深度融合。MEC服务需要的分流规则,通过接口告知PCF,PCF将分流策略配置给SMF,再由SMF发送给基站和UPF,最终由UPF实现分流的功能,如图5.6所示。在5G网络中,UPF可按需部署于网络的各个位置,实现将业务分流到MEC服务器。比如对于时延要求较高的AR/VR业务,可以将UPF和MEC部署于接入云;对于高清视频业务,部署于边缘云或者更高一级的汇聚云,以便提高业务的命中率。
此外,由于5G MEC基于5G网络架构实现,其分流功能和策略功能使用了5G网络中标准的UPF和PCF网络功能,因此能够从根本上解决4G MEC中存在的计费问题以及策略问题,使MEC能够真正实现商用化。通过5G MEC提供的计算能力和平台架构,配合虚拟化灵活部署,构建开放的网络边缘生态环境,
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从而为用户提供优质体验的移动通信服务。
图5.6 5G网络与MEC融合架构图
5.3 中国联通5G网络MEC部署规划
在5G网络中,MEC的部署位置与业务场景具有密切关系,可以按需将MEC部署于无线接入云、边缘云或者汇聚云。总体来说,对于uRLLC低时延场景,MEC需要部署于靠近基站侧的无线接入云;对于eMBB场景的大流量热点地区,MEC可以部署于边缘云;对于mMTC场景,MEC部署于位置较高的汇聚云,能够覆盖更大区域的业务需求。
图5.7 5G网络MEC部署于无线接入云
? 方案一:无线接入云
无线接入云位于无线侧,MEC与基站CU单元,核心网转发面UPF部署于无线接入云,如图5.7所示。通过在基站侧部署本地业务,为用户提供更短时延(<4ms)的服务。其中,CU单元包括RRC和PDCP层,DU单元包括RLC、MAC和PHY层,且4G eNB和5G gNB的CU单元可以合设。此方式下,MEC
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业务覆盖范围较小,适用于移动速度低,甚至不移动但对时延敏感的业务,比如:AR/VR业务,或者区域性业务(如赛场、场馆、景区相关的业务)。
? 方案二:边缘云
MEC和核心网转发面UPF一起部署于边缘云,与5G gNB CU单元经过传输接入环相连(CU部署于无线接入云);或者MEC、UPF和CU单元共同部署于边缘云,与DU单元通过Midhaul网络相连。MEC部署于边缘云相比部署于无线接入云时延略有增加,但此时MEC业务覆盖范围增加,因此对于移动速度快,且有时延要求的业务,比如车联网,部署于该场景比较合适。
? 方案三:汇聚云
汇聚云通常位于地市级,覆盖范围大,业务种类多。MEC与核心网转发面UPF部署于汇聚云,能够充分发挥MEC平台优势,为各种业务提供服务。适用于广覆盖、大流量和大连接的场景。
总之,MEC的部署位置非常灵活,需要以ITU定义的三大典型场景为基础,
综合考虑业务时延和业务带宽的需求,在管理编排系统的统一控制下完成部署。对于一些业务,比如CDN,可以在不同层级上部署相同的业务,如果终端用户命中无线接入云的MEC,则由无线接入云的MEC提供服务,如果命中边缘云或者汇聚云,则由边缘云或者汇聚云为用户提供服务。
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6 总结和展望
纵观过去十多年历程,移动技术创新持续推动移动产业发展,5G相比4G成为社会的基础生产力,可实现全行业数字化。5G将在提升移动互联网用户业务体验的基础上,进一步满足IoT应用的海量需求,并与车联网、工业控制、远程医疗和能源等行业深度融合,实现真正的“万物互联”。
ETSI、3GPP、NGMN等国际标准化组织已经将MEC作为5G架构的一部分,并开展相关的研究和标准化工作。在5G时代,MEC的应用将延伸至交通运输系统、智能驾驶、实时触觉控制、增强现实等领域,成为运营商数字化转型的关键使能器,实现了网络从接入管道向信息化服务使能平台的跨越。MEC行业标准的制定和虚拟化通用平台的部署将提供新型的网络生态系统和价值链。MEC给运营商提供了一个第三方应用注册和管理的平台,可以迅速集成第三方应用,并实现网络能力开放,从而使垂直行业的业务定制和第三方应用灵活上线,方便运营商开辟新业务。
在MEC产业生态构建方面,中国联通一直在积极努力与产业伙伴共同进行新业务的探讨、测试和商用落地。我们诚挚邀请所有移动运营商、电信设备厂商、OTT、应用开发商,以及所有关注MEC发展的研究机构和企业,共同参与到MEC技术标准的研究、平台的开发和现网验证中,共同挖掘新业务场景,探讨商业合作模式,推动MEC产业的发展。
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