基于5G的移动多接入边缘计算（MEC）研究与应用

朱同先 魏芹 凌威 戴寒怡

1.中国移动通信集团江苏有限公司宿迁分公司；2.中国移动通信集团江苏有限公司

0 引言

LTE网络和云计算的发展使用户获得了更好的应用体验，4K/8K超高清业务、虚拟现实（VR）等业务对带宽要求较高，远程医疗、增强现实（AR）等业务对时延要求极高。5G三大业务场景eMMB、URLLC、mMTC对原有的LTE和云计算网络提出了新的挑战和要求。标准化组织3GPP对5G需求的研究也是从带宽、时延、接入数等多方面研究5G网络的发展方向，边缘计算（MEC）通过下沉业务、接近用户处理等技术，满足上述带宽、时延等业务需求，成为5G网络的关键技术之一。

1 MEC技术简介

MEC（Multi-access Edge Computing）是ETSI标准组织提出的概念，即多接入边缘计算，一种在相比数据中心DC（Data Center）更靠近终端用户的边缘位置提供用户所需服务和云端计算功能的网络架构，将应用、内容和MBB核心网部分业务处理和资源调度的功能一同部署到靠近终端用户的网络边缘，通过业务靠近用户处理，以及应用、内容与网络的协同，来提供可靠、极致的业务体验。

2 MEC的定义

2.1 MEC组网结构

如图1所示，MEC的系统架构分为移动边缘主机级别（Mobile edge host level）和移动边缘系统级别（Mobile edge system level）两个不同层次的层级。

图1 ETSI MEC结构

主机级一般分布式部署，比如在BBU机房或者传输汇聚机房。

系统级一般集中式部署，比如核心网或者更集中的位置。

第三方App 或者服务部署在主机级的移动边缘主机上，但部署在哪个主机上由系统级的移动边缘协调器（Mobile edge Orchestrator）负责操作。

2.2 MEC应用场景

ETSI定义了MEC七大应用场景：

视频优化：在边缘部署无线分析应用，辅助TCP拥塞控制和码率适配。

增强现实：边缘应用快速处理用户位置和摄像头图像，给用户实时提供辅助信息。

企业分流：将用户面流量分流到企业网络。

车联网：MEC分析车及路侧传感器的数据，将危险等时延敏感信息发送给周边车辆。

物联网：MEC应用聚合、分析设备产生的消息并及时产生决策。

视频流分析：在边缘对视频分析处理，降低视频采集设备的成本、减少发给核心网的流量。

辅助敏感计算：MEC提供高性能计算，执行时延敏感的数据处理，将结果反馈给端设备。

2.3 MEC关键技术

2.3.1 本地流量卸载基于5G用户面与控制面分离的网络架构，UPF需要部署在网络边缘以降低网络时延和本地流量回传。对于区域性的业务，下沉部署的MEC可以将本地业务的数据直接分流到下移的MEC服务器（承载部分UPF功能），通过MEC服务器进行数据的处理，避免了流量在核心网的迂回，减少了业务传输时延。如在视频监控场景，监控的数据可以直接上传到本地服务器，而不需要上传至远端的互联网，增强了监控的实时性。如图2所示。

图2 本地流量卸载

2.3.2 边缘计费和控制

对边缘部署的MEC支持与核心网的控制面对接协同，实现对本地流量的计费和策略控制。如图3所示。

图3 安全域示意图

2.3.3 网络能力开放

边缘与核心网协同的网络能力开放主要包含如下三方面：

无线网络能力开放API：RAN与MEC API GW协同，将用户位置信息、Cell/用户/承载带宽信息开放给本地APP。

核心网的能力开放：EC API GW向中心NEF（Network Exposure Function）获取用户计费、QoS、业务控制等策略。用户策略更新，中心NEF同步下发到MEC API GW或SMF下发到UPF。

MEC平台能力开放：编解码转换、IPSec、AI等，通过MEP开放Restful API的方式供本地APP调用。

边缘MEC平台集成了防火墙、网络地址转换等网络功能，不需要进行额外的网络投资。平台提供LBS、IoT、DPI、RNIS、Qos等多项服务，集成的第三方APP能够利用这些服务为用户提供差异化服务，同时支持APP的运维管理等。如图4所示。

图4 MEC开放平台架构

3 MEC商业部署思考

根据具体的服务场景和延迟需求，MEC可以灵活部署。可将MEC资源部署在接入办公室（AO）、中央办公室（CO）和区域办公室（RO）。通过在边缘部署一个MEC平台，将云计算从中心扩展到边缘，使服务尽可能接近地快速处理和转发，以满足多样化的5G应用场景的需要。

（1）部署在接入办公室（AO）

MEC部署在企业内部，企业内的流量和业务通过本地MEC的处理计算后直接返回企业网，不经过运营商的传输网络。MEC企业部署降低了处理时延、降低传输网络回传资源压力。实现流量不出园区和高可靠低时延的业务。同时，可集成企业第三方应用，增强业务粘性。

（2）部署在中央办公室（CO）

MEC部署在中央数据中心，如CRAN节点机房。MEC虽未下沉至企业园区，但流量在逻辑上不出园区，也可实现相对高可靠低时延的业务。基本满足前期试点场景，避免过高投入。

（3）部署在区域办公室（RO）

MEC部署在区域数据中心，如地市DC机房。MEC部署在地市核心机房，企业用户访问自身服务器流量（N3&N6）需要出园区，存在不符合企业信息安全需求风险。CUPU分离的网络结构可通过安全策略控制业务分片，实现逻辑上的业务不出企业园区。可以实现相对可靠的低时延业务。

4 MEC商业部署实践

某工厂在进行生产时需要采集生产线设备姿态信息，信息由工业相机采集后通过企业内网传输至单独的服务器，再集中传送至解析服务器进行处理，判断设备合格情况，以便进行下一步的操作。在企业原有方案中，在采集数据解析结果未反馈前，设备无法获取下一步动作，暂时处于停机状态。现场通过ping包验证此过程的时间（不包括数据处理时间）约为207 ms。

通过部署在接入办公室（AO）的MEC部署和网络切片技术（2B模式，降低空口传输时延），解析服务器直接下沉到MEC内部，工业相机采集的数据不需要经过多层网络设备直接送至MEC进行处理，系统拓扑如图5所示。通过对比测试，下沉后处理时延降低至10 ms以内，助力客户提高生产效率。

图5 企业内MEC部署拓扑

5 结束语

回顾IT发展历史，边缘计算是计算能力从集中到分布的最好例证。计算能力的本地化、更接近用户的模式，减少了不必要的传输时延，助力5G网络的低时延特性。本文首先阐述了MEC这个5G关键技术的性能特点。其次，根据MEC部署位置的不同，简析了MEC数据时延、安全和成本情况。最后，通过企业部署应用情况，简述了MEC助力生产效率的提升。对于运营商而言，根据商用场景对带宽、时延、连接数量的不通需求，灵活地调整MEC部署位置，既能满足企业的数字化需求，解决生产痛点。同时满足数据安全需求，降低运营成本。