MEC在5G中的部署与挑战

文/于佳 岳胜

云计算与移动网络的相关性正日益增强。社交网络服务、内容提供商、电商平台等都将其内容和工具放在云端。此外，用户也越来越依赖移动设备来执行计算和存储密集型操作，无论是个人事务还是业务相关的操作，都需要将其卸载到云端以实现更好的性能，同时节省终端电量。为了为用户提供更方便、更经济的云计算，3GPP在5G系统架构设计中引入移动边缘计算（MEC，Mobile Edge Computing），将计算、存储和网络资源与基站集成，将云计算下沉到网络边缘，缩短其与用户之间的距离。未来，使用5G移动通信系统的用户可将计算密集型和延迟敏感的应用程序（如增强现实和图像处理）托管在网络边缘，如图1所示。

最早的边缘计算概念是基于2009年卡内基梅隆大学研发的cloudlet计算平台。2014年，欧洲电信标准协会（ETSI）成立了MEC规范工作组，正式开启了MEC相关的标准化工作。2016年，ETSI将移动边缘计算的概念扩展为多接入边缘计算（MEC，Multi-access Edge Computing）。MEC提供高度分布式计算环境，可用于部署应用程序和服务，也可用于存储和处理移动用户的内容。只要能够保障 延迟和准确性，就可以将应用程序分成小任务，并将其中的一部分放在本地或区域云上执行。在边缘云和其他云之间分发应用程序的子任务时会出现许多具有挑战性的问题。在分离应用程序时，移动边缘云负责低延迟、高带宽以及本地相关的工作。

文献[2]中描述了在4G LTE系统中部署MEC的几种方式。由于MEC是在4G发展过程中根据应用需求附加在系统中的解决方案，因而对4G的MEC系统和相关的接口规范在很大程度上是与4G系统本身相互独立的。与4G系统不同，5G系统在设计之初便将MEC考虑其中，并将其视为支持延迟敏感型业务和未来物联网服务的关键技术之一。因而，为了实现卓越的性能和体验质量，5G系统架构为MEC提供了高效灵活的支持。在5G系统中部署MEC有利于对已有应用进行性能优化、提高服务质量。更重要的是，MEC使得5G系统具有开拓新应用和新业务、为移动运营商创造更多商业机遇的巨大潜力。

1 MEC部署场景

5G系统允许将MEC映射成应用功能（AF，Application Function），从而可以基于配置的策略使用其他网络功能（NF，Network Function）提供的服务和信息。此外，5G架构中定义了许多用以为MEC的不同部署提供灵活支持的功能，并支持用户移动事件下MEC的连续性。

在5G的服务化架构中，NF既是服务的提供者，也是服务的使用者。任何NF都可以提供一个或多个服务。5G系统架构提供了对服务的使用者进行身份验证和对服务请求授权所必须的功能，并支持高效灵活的公开和使用服务。对于简单的服务或信息请求，可以使用请求-响应模型。对于长期存在的进程，5G架构还支持订阅-通知模型。上述这些原则与MEC定义的API框架一致。MEC中有效使用服务所需的功能包括注册、服务发现、可用性通知、取消注册以及身份验证和授权。所有这些功能在5G服务化架构和MEC API（Application programming interface）框架中都是相同的。图2对比了5G系统架构与MEC系统架构。

图1：边缘计算云

图2：5G系统架构与MEC系统架构

图3：MEC物理部署方式举例

逻辑上MEC主机部署在边缘或中心数据网络中。数据网络和UPF的位置由网络运营商确定，并且网络运营商可以选择基于技术和业务参数来放置物理计算资源，这些参数可能包括可用站点设施、支持的应用及其要求、用户负载的测量和估计等。MEC管理系统编排MEC主机和应用的运行，可动态判决MEC应用的部署位置。

在MEC主机的物理部署方面，可根据各种操作、性能或安全相关要求进行选择。图3概述了MEC物理位置的一些可行选项，分别是：

（1）MEC和本地UPF部署在无线侧，即与基站并置。

（2）MEC与传输节点并置，可能有本地UPF。

（3）MEC和本地UPF与传输汇聚节点并置。

（4）MEC与核心网络功能并置（即在同一数据中心）。

上述物理部署选项表明MEC可以灵活地部署在从基站附近到中心数据网络的不同位置上。所有部署的共同点在于，UPF被部署并用于引导流量向目标MEC应用程序和网络。

2 MEC部署的挑战

MEC为移动通信系统带来了新的机遇，但与此同时也为网络部署带来了许多新的挑战：

2.1 MEC服务编排和可编程

MEC服务编排和可编程仍然是个开放性问题，尚未在业界达成一致。同时，为了达到最优的效果，MEC服务编排应该与网络资源的可编程相结合，针对带宽和虚拟网络功能进行联合分配。如果MEC服务跨越多个管理区域，MEC服务编排则会面临更严峻的挑战。

2.2 MEC服务连续性和移动性

部署在移动网络中的MEC，必然要为移动用户提供服务连续性的保障。为保障连续性，MEC服务必须在服务器之间实现快速切换，这个过程包含了锁定目标服务器以及计算任务在服务之前的切换等难题。

2.3 MEC安全和隐私

随着MEC应用的发展，未来将会部署大量的MEC服务器。虽然与大规模数据中心相比，分散部署的MEC服务器成为攻击目标的可能性更小，但对服务器以及其中数据的保护不容忽视。

2.4 MEC服务货币化

对于移动运营商来说，提供MEC服务创造营收的模式与之前通过提供通信服务创造营收的模式有显著区别。如果由第三方提供MEC服务，一方面第三方的营收模式有待探讨；另一方面MEC服务与运营商的通信服务紧密相关，双方甚至多方的合作方式也是新的挑战。

3 结论

MEC的引入为5G系统带来了新的机遇与挑战。本文首先描述了MEC的网络架构；然后介绍了几种可行的MEC部署方案；最后对部署MEC面临的挑战进行讨论。