中興通訊5G MEC: 面向5G的邊緣云部署方案

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，5G業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出需求多樣性的特點。3GPP定義了5G應(yīng)用有三大場景：eMBB（增強移動寬帶）、URLLC（極可靠低延遲通信）和mMTC（海量機器通訊），其中eMBB場景提供大流量移動寬帶業(yè)務(wù)，峰值速率超過10Gbps，帶寬的要求高達幾十Gbit/s，如高速下載、高清視頻、VR/AR等，滿足人們對數(shù)字化生活的更高要求，這將對無線回傳網(wǎng)絡(luò)造成巨大的壓力。因此需要將業(yè)務(wù)盡可能下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣，以實現(xiàn)業(yè)務(wù)的本地分流。而URLLC場景提供超高可靠超低時延通信，如自動駕駛、工業(yè)控制、遠程醫(yī)療等，要求端到端99.999%高可靠和端到端小于1ms超低時延，滿足人們數(shù)字化工業(yè)的更高要求。這也需要將業(yè)務(wù)下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣，以減少網(wǎng)絡(luò)傳輸和多級業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)帶來的網(wǎng)絡(luò)時延。

針對5G的這兩個場景的應(yīng)用特點，傳統(tǒng)大規(guī)模集中建設(shè)的電信云已經(jīng)無法滿足，需要改變電信云的部署形式以適應(yīng)5G時代不同場景的業(yè)務(wù)需求。而MEC（Mobile/Multi-access Edge Computing）邊緣云正好可以滿足這樣的需求。MEC作為5G演進的關(guān)鍵技術(shù)，可以在更靠近客戶的移動網(wǎng)絡(luò)邊緣，并為邊緣應(yīng)用提供云計算能力和IT服務(wù)的環(huán)境，具備超低時延、超大帶寬、本地化、高實時性分析處理等特點。一方面，MEC部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣位置，邊緣服務(wù)在終端設(shè)備上運行，反饋更迅速，解決了時延問題；另一方面，MEC將內(nèi)容與計算能力下沉，提供智能化的流量調(diào)度，將業(yè)務(wù)本地分流，內(nèi)容本地緩存，使得部分區(qū)域性業(yè)務(wù)能夠在本地終結(jié)，即提升了用戶的業(yè)務(wù)體驗，也減少了對骨干傳輸網(wǎng)以及上層核心網(wǎng)的資源占用。因此在5G時代，MEC將是5G網(wǎng)絡(luò)邊緣云部署的最佳選擇。

MEC邊緣云的部署位置

MEC邊緣云不限制網(wǎng)絡(luò)的部署方式，總的來講，可以按照不同業(yè)務(wù)場景以及時延方面的需求進行靈活的部署，通�？刹渴鹪诮尤霗C房、匯聚機房、地市核心機房等位置，如下圖所示：

圖1 MEC邊緣云的部署位置

通過在邊緣部署MEC平臺，能夠有效的實現(xiàn)將云的計算能力從中心延伸到邊緣，實現(xiàn)業(yè)務(wù)快速處理和就近轉(zhuǎn)發(fā)，來滿足5G多樣化的應(yīng)用場景。

MEC邊緣云的部署形態(tài)

由于受限邊緣站點機房的環(huán)境（比如空間、散熱、承重等）以及部署成本等因素的限制，MEC邊緣云的硬件基礎(chǔ)設(shè)施通常采用基于X86處理器的通用服務(wù)器，這類服務(wù)器具有尺寸小，功耗低、計算密度高等特點，適合在環(huán)境要求較低的邊緣機房部署。

MEC邊緣云通�；�于特定的云平臺（例如openstack）為上層MEC應(yīng)用提供統(tǒng)一的虛擬化軟件環(huán)境和資源管理。MEC應(yīng)用以虛擬機的形式部署于邊緣云平臺之上，根據(jù)不同的場景需要可以進行靈活的部署，比如在邊緣DC通常部署與流量轉(zhuǎn)發(fā)強相關(guān)的應(yīng)用，包括vCPE，OLT-U，DU，BNG-U, UPF/GW-U，MEP等，滿足大帶寬、低時延的業(yè)務(wù)需求。

中興通訊MEC邊緣云部署方案

為了更好的契合5G時代多業(yè)務(wù)場景需求，中興通訊提出了完整的、面向5G的MEC邊緣云部署方案，該方案有以下5大亮點：

1. 部署輕量化的邊緣云平臺

由于受限于邊緣站點機房的環(huán)境，MEC邊緣云的部署規(guī)模通常較小，單站點部署的服務(wù)器數(shù)量較少，可提供的硬件資源有限，而安裝Openstack等基礎(chǔ)設(shè)施平臺及管理模塊時會占用大量資源，造成邊緣云上的資源浪費。因此需要為MEC邊緣云進行“瘦身”，進行輕量化部署，減少平臺和管理部分占用的資源，提高邊緣云的資源利用率。“瘦身”主要包括以下幾種舉措：

● 首先要對Openstack進行裁剪，只保留必要的組件，去掉多余組件，減少對邊緣云上計算和存儲資源的占用。

● 其次可以采用虛機+容器雙核方案實現(xiàn)上層應(yīng)用的輕量化部署，便于快速部署和升級。

● 另外瘦身后的Openstack與邊緣云上的計算節(jié)點合設(shè)，不獨占物理資源，以減少控制部分的資源占用。

中興通訊輕量化MEC邊緣云部署方案如圖2所示，通過部署輕量化Openstack比優(yōu)化前的組件數(shù)量減少了60%，配置所需的資源數(shù)減少了75%，管理資源減少了10%，不僅大大降低了對邊緣云的資源需求，也大大提高了對MEC邊緣云的管理效率。

圖2 輕量化的MEC邊緣云部署方案

另外為了提高MEC邊緣云部署的適應(yīng)性和資源密度，中興通訊聯(lián)合英特爾共同推出了一款MEC邊緣云專用的服務(wù)器平臺OEP600（Open Edge Platform 600）。該平臺采用小尺寸一體機設(shè)計，機箱深度僅為450mm；CPU采用英特爾最新至強可擴展處理器，為邊緣計算提供更強的計算性能；同時支持寬溫工作，散熱能力強，維護方便，滿足MEC部署的多種環(huán)境要求，實現(xiàn)性能與成本的最佳匹配。在2019年MEC技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會上，中興通訊MEC邊緣云服務(wù)器平臺OEP600獲得了“2018-2019年度MEC技術(shù)創(chuàng)新獎”，充分展示了中興通訊在邊緣計算領(lǐng)域領(lǐng)先的創(chuàng)新能力和技術(shù)水平。

2. 部署統(tǒng)一的MEC邊緣云管理系統(tǒng)

由于邊緣云的規(guī)模通常較小，數(shù)量較多且位置分散，這給邊緣云的規(guī)劃、部署、運維、運營帶來了極大大的復(fù)雜性，因此需要在上級匯聚站點部署MEC邊緣云統(tǒng)一管理平臺（如圖2所示），對下級邊緣站點進行統(tǒng)一的管理，各邊緣云上只部署計算節(jié)點和存儲節(jié)點，減少管理模塊的資源占用。

對MEC邊緣云的統(tǒng)一管理主要表現(xiàn)在資源管理和運維管理兩方面：

● 統(tǒng)一的資源管理

對所有邊緣節(jié)點上的資源池 （如計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等）進行統(tǒng)一管理和分配，提供統(tǒng)一的界面集中監(jiān)控各邊緣節(jié)點上物理資源的拓撲、告警、性能、容量等信息，并為基礎(chǔ)設(shè)施管理員提供日志和告警分析等故障定位手段。NFVO只部署在上層的匯聚節(jié)點，直接對接邊緣云統(tǒng)一管理平臺，避免和所有邊緣節(jié)點的資源池進行對接，對所有邊緣節(jié)點上部署的虛機(VM)/容器進行統(tǒng)一編排和部署。

● 統(tǒng)一運維管理

為各邊緣云內(nèi)的VIM提供統(tǒng)一的運維管理平臺，包括站點管理，用戶/租戶管理，功能配置、鏡像分發(fā)，集中備份，升級/補丁管理、巡檢、API分發(fā)等；提供統(tǒng)一的FCAPS管理，統(tǒng)一的告警、配置和性能統(tǒng)計；提供智能簡便的自動化工具快速實現(xiàn)安裝和升級、快速巡檢和開局檢查、快速故障分析和定位、日志分析等，提升運維效率。

3. 將5G用戶面UPF下沉部署實現(xiàn)本地分流

為了滿足5G應(yīng)用場景大帶寬和低時延的特性要求，MEC邊緣云在部署時將與5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)深度融合，其業(yè)務(wù)分流、策略控制、Qos保證等功能，都將通過標(biāo)準(zhǔn)的5G網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)�；�于5G核心網(wǎng)的C/U分離式架構(gòu)，用戶面功能UPF（User Plane Function）需要下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣部署，以減少傳輸時延，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流量的本地分流�？刂泼婀δ芫W(wǎng)元如SMF則在中心DC集中部署，便于統(tǒng)一控制部署在MEC的UPF，統(tǒng)一配置和下發(fā)分流策略。

5G用戶面UFP下沉部署實現(xiàn)本地分流方案如圖3所示。本地 MEC上UPF需要的分流規(guī)則，通過接口告知PCF，PCF將分流策略配置給SMF，SMF對所有流量進行集中調(diào)度，可采用 UL CL“上行分類”或IPv6多歸屬等方案實現(xiàn)邊緣UPF的選擇，并將需要分流的本地流量通過本地邊緣UPF卸載，對于非本地流量則通過本地UPF發(fā)送到中心UPF處理，這樣避免所有流量都迂回中心網(wǎng)絡(luò)，減輕骨干網(wǎng)傳輸?shù)膲毫�和建網(wǎng)成本，提升網(wǎng)內(nèi)分組數(shù)據(jù)的承載效率與用戶業(yè)務(wù)體驗。

圖3 5G UPF本地分流方案

4. 為MEC邊緣云提供硬件加速提高性能

MEC邊緣云硬件普遍采用x86通用服務(wù)器，而x86通用服務(wù)器對于特定的業(yè)務(wù)需求處理性能低下，導(dǎo)致性價比很低 ，無法滿足5G 場景的商用部署要求，需要考慮針對不同的業(yè)務(wù)采用不同的軟硬件加速方案：

● 對于計算密集型的業(yè)務(wù)：如5G CU PDCP空口加解密處理，MEC定位算法，對CPU消耗極大，需要有專用硬件加速

● 對于流量轉(zhuǎn)發(fā)型的業(yè)務(wù)：如5G UPF/GW-U、MEC本地分流以及CDN、BRAS-U等業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)能力要求很高，需要對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)軟硬件加速

● 對于視頻相關(guān)類的業(yè)務(wù)：如AR/VR、視頻直播等業(yè)務(wù)需要對視頻渲染、轉(zhuǎn)碼進行硬件加速；

● AI領(lǐng)域：涉及的訓(xùn)練、推理操作需要引入GPU進行硬件加速

中興通訊硬件加速方案目前已經(jīng)支持基于FPGA的GTP業(yè)務(wù)加速，基于GPU的視頻音頻業(yè)務(wù)加速及QAT加解密加速。特別是對5G用戶面UPF采用智能網(wǎng)卡硬件加速，將大部分流量從CPU卸載到智能網(wǎng)卡上，以獲得更高的轉(zhuǎn)發(fā)性能。特別是在上海舉行的MWC世界移動大會上海展上，中興通訊成功演示了基于邊緣開放硬件加速平臺的5G用戶面UPF解決方案，該方案較不帶加速的虛擬化UPF轉(zhuǎn)發(fā)時延降低了90%，吞吐量提高了200%，同時功耗可以減少55%，更好地滿足5G URLLC和eMBB對邊緣數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)發(fā)能力的特殊要求。

5. 提供API實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開放

業(yè)務(wù)能力開放是MEC應(yīng)用的另一大特色。MEC在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署，為無線網(wǎng)絡(luò)信息的實時感知獲取提供了便利條件，再通過開放接口將這些信息開放給第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用，可以優(yōu)化業(yè)務(wù)應(yīng)用、提升用戶體驗、實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)深度融合。

為了實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的能力開放，邊緣計算體系中引入了邊緣計算應(yīng)用（ME APP），通過NEF（Network Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)能力開放）與5G網(wǎng)絡(luò)進行實時交互。一方面，NEF將感知的UE和業(yè)務(wù)流相關(guān)測量信息，比如UE實時位置、無線鏈路質(zhì)量、漫游狀態(tài)等傳遞給MEC服務(wù)器，MEC服務(wù)器基于上述測量信息通過智能分析和抽象，對應(yīng)用的業(yè)務(wù)性能進行優(yōu)化（例如調(diào)整視頻播放碼率），進而提升服務(wù)質(zhì)量；另一方面，NEF將感知的應(yīng)用服務(wù)相關(guān)信息，比如業(yè)務(wù)時長、業(yè)務(wù)周期、移動模式等傳遞給網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)感知分析應(yīng)用提供的這些信息，進一步優(yōu)化其UE資源配置（例如為VIP用戶分配合適的帶寬資源）與會話管理。

中興通訊MEC能力開放架構(gòu)如下圖所示，依托MEC邊緣業(yè)務(wù)平臺，開放網(wǎng)絡(luò)能力（LBS位置能力、RNIS無線網(wǎng)絡(luò)信息能力、QoS能力、帶寬能力等），為用戶提供差異化的體驗，挖掘網(wǎng)絡(luò)價值，提高運營商增值收入。同時通過開放接口的研究及標(biāo)準(zhǔn)化，加速創(chuàng)新型業(yè)務(wù)應(yīng)用的開發(fā)及上線，打造良好的 MEC 產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。

圖4 MEC能力開放架構(gòu)

中興通訊的面向5G的 MEC解決方案，將平臺設(shè)計、虛擬化、 MEP、硬件加速等多種軟硬件技術(shù)與 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相結(jié)合，提供輕量化的、統(tǒng)一管理的，高性能、靈活開放的MEC邊緣云， 使應(yīng)用、服務(wù)和內(nèi)容可以實現(xiàn)本地化、近距離、分布式部署，從而一定程度解決了 5G 網(wǎng)絡(luò) eMBB、URLLC、mMTC 等技術(shù)場景的業(yè)務(wù)需求，增進用戶體驗。中興通訊希望能夠攜手更多的行業(yè)合作伙伴，共同探討邊緣云的合作模式，共建面向5G的邊緣生態(tài)系統(tǒng)，全面推動MEC邊緣云商用步伐，共同促進5G邊緣業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展。