边缘计算节点共享技术实现方法的研究

□ 文 陈杲 黄蓉 黄倩

0 引言

随着5G时代数字化经济的发展，以及IT/CT、连接和算力的不断深度融合，以连接为主的网络基础设施正在加速演进成为云网一体的数字信息基础设施，赋能千行百业数字化转型。同时电信运营商也在向信息通信基础设施综合服务商的角色演进，例如上海联通明确提出依托联通云、市政务云、MEC边缘云及云网边一体平台，将重点布局城市公共算力服务平台、行业算力服务平台，为普通消费者和企业用户提供算网一体、云边协同的数字信息基础设施运营服务。爱立信在其2022年发布的网路演进未来蓝图中也指出：新的移动基础设施的实现，需要在商业和技术方法上进行重大变革。它将涉及建立和发展跨行业的合作生态系统，而电信运营商有能力且必将在其中发挥重要作用。总而言之，电信运营商在5G网络时代不仅要建设布署一个巨大的移动通信网络，更重要的是需要与各行各业深度融合，需要大规模布署边缘计算节点来打造支持大带宽、大规模复杂连接的边缘算力基础设施，才能积极推动垂直行业数字化转型，实现“4G改变生活，5G改变社会”的目标和期望。

新的移动基础设施的实现，需要在商业和技术方法上进行重大变革。

1 云边端一体的算力基础设施

虽然国内电信运营商对于建设5G边缘计算基础设施已经达成共识，但是具体到如何打造5G边缘基础设施还存在挑战，包括边缘云规模、建设模式和边缘云服务模式等还不是很明确，还需要在5G网络建设过程中进行不断的探索和实践。例如对于5G网络共建共享场景，由于一个地理区域内通常仅仅布署了其中一个电信运营商的5G 基站，那么其他电信运营商如何在该区域开展5G2B业务面临着挑战。需要在5G边缘云的设计、布署和运营，以及为行业客户提供服务管理的端到端服务上采取更加敏捷、开放和灵活的方法，包括如何利用共享的5G网络为不同电信运营商业务进行本地分流，如何共享边缘计算节点，如何实现不同厂商（包括不同电信运营商或者公有云）的边缘计算节点互联互通等等。

随着云原生技术的不断发展，IT界致力于使用云原生技术构建底层架构，包括利用容器及编排技术解决开发环境一致性问题，构建管理便捷的底层资源系统，使用户能够更快地构建和布署云原生应用程序。例如，云原生边缘计算平台能够实现“云边端”算力的统筹供给和协同调度，已经被广泛认为是实现计算与网络深度融合，打造边缘算力基础设施的关键实现技术。与此同时，多云和混合云成为未来主流的企业IT基础设施架构，企业IT运营模式已经由以基础架构为中心转变为以企业应用为中心，即企业业务应用程序根据需要来寻找“混合（多）云最佳布署执行地点”，例如混合（多）云布署不再局限于本地传统数据中心（私有云）、公有云，逐渐向边缘计算节点扩展，企业应用的某些部分将在边缘计算节点上执行。目前不同类型厂商都布署了自己的边缘计算节点资源，包括电信运营商、公有云和CDN厂商等等。所以，我们认为电信运营商的边缘云建设将采用混合云战略方案，不仅需要全面提升面向公有云、边缘云的云网一体化服务能力，而且需要在云端提供标准化的接口、管控能力和云服务、云资源的接入能力，实现统一的交付、运维和管控标准，打造“云边端一体”的算力基础设施。

2 5G网络共建共享

5G时代，移动通信网络共建共享已成为趋势，因为其有助于高效建设5G网络，降低网络建设和运维成本，提升网络效益和资产运营效率，快速形成5G服务能力。例如中国已经建设了全球规模最大的5G共建共享网络，服务了全球最大的5G用户市场。在2022中国联通5G/4G极简网络发展论坛上，中国联通宣布通过共建共享已经建成5G 基站76万站，预计今年年底达到99万站。

5G网络共建共享可以采用异网漫游和接入网（基站）共享的方式来实现：异网漫游方式，共享基站仅仅接入承建方核心网，共享用户通过漫游方式接入5G网络；接入网（基站）共享方式，共建共享基站（物理基站）逻辑上划分为两个独立的逻辑基站，承载网之间互相打通，电信运营商的核心网和IT系统保持不变，移动通信用户通过逻辑基站接入其所属的电信运营商核心网。目前接入网（基站）共享方式是5G SA（Stand Along）网络共建共享的主流方式，中国联通和中国电信共建共享5G网络采用的就是这种方式，如图1所示。

图1 中国联通&中国电信5G共建共享网络方式：接入网（基站）共享

在5G网络共建共享已经显著节省投资成本和满足绿色环保要求的前提下，如果电信运营商仍然采用传统的独立建设5G MEC的模式，不仅会造成因在同一地理位置上重复布署边缘计算节点而浪费的问题，而且有悖于5G网络共建共享的节约投资初衷，因为边缘计算节点规模布署同样需要海量资金。而且从边缘应用提供商的角度来看，对于同一个边缘应用，还需要在不同电信运营商边缘计算平台上分别布署，以满足不同电信运营商用户访问应用服务的需求。

5G网络共建共享可以采用异网漫游和接入网（基站）共享的方式来实现。

3 边缘计算节点共享类型

随着云计算和边缘计算技术的迅速发展，同一个电信运营商内部实际上已经引入了多个边缘计算平台或者边缘云平台，例如美国运营商Verizon不仅与开放网络基金会（ONF，Open Network Foundation）合作进行基于开源边缘云平台Aether的云原生边缘计算平台研发，同时还与亚马逊Web服务（AWS）合作在其5G网络内布署边缘计算产品AWS Wavelength。针对这种实际情况，ETSI ISG MEC于2021年6月发布的白皮书认为，电信运营商MEC系统、边缘云（云厂商提供）、公有云和私有云之间存在两大类互联互通的合作关系，如图2所示。

图2 同一电信运营商内部和不同电信运营商之间的边缘计算（边缘云）关系模式

不同电信运营商MEC系统之间（图2中1）、电信运营商MEC系统与不同电信运营商的边缘云之间（对应图2中1′）、电信运营商MEC系统与公有云和私有云（分别对应图2中2 和2′）都存在互联互通的合作关系。

根据边缘计算节点所属系统，将边缘计算节点共享类型划分三类：第一类是同一个电信运营商MEC系统内的边缘计算节点互联互通，实现边缘算力共享。ETSI ISG MEC已经定义了相应的MP3接口；第二类是不同电信运营商MEC系统之间的边缘计算节点互联互通，实现边缘算力共享。显然本文介绍的5G网络共建共享场景下的边缘计算节点共享属于该类；第三类是电信运营商MEC系统与云厂商边缘云之间的边缘计算节点互联互通，实现边缘算力共享。

4 边缘计算节点共享实现的方法

在5G网络共建共享场景下，对于某些特定地理区域内的计算节点实现不同电信运营商之间的共享，不仅可以有效地利用5G 共建共享网络，推动网络资源和计算资源同时共享，而且还可以推广到电信运营商与公有云服务商之间，以及公有云服务商之间，促进形成公共的边缘基础设施，下面将从系统架构和业务流程两方面对该方法进行详细说明。

4.1 边缘计算节点共享系统架构

目前已经有研究机构提出了MEC 接入不同电信运营商核心网的方案，但是这些方案仅仅考虑了MEC 网络（用户面功能）如何接入不同的电信运营商核心网，还没有涉及MEC业务系统如何同时接入不同电信运营商。

首先，本文这里提出将MEC共建共享（即MEC系统接入不同电信运营商）按逻辑功能由下往上分为三个层面：第一层是边缘计算网络互联互通，第二层是边缘计算节点的共享，第三层是MEC共建共享管理面，如图3所示。

图3 5G共建共享网络下MEC共建共享

第一层，边缘计算网络互联互通是MEC共建共享的网络基础。边缘网络存在的问题包括：存在单集群节点跨地域，节点位于 NAT（Network Address Translation，网络地址转换）网络内无法实现双向直接连接，云边网络不可靠等。目前业界采用的解决方案是利用云原生技术，打造云原生边缘计算网络，支持边缘网络东西向互联互通，一体实现网络、计算和存储等资源的动态共享，具体案例包括华为KubeEge提出的EdgeMesh。限于篇幅，本文这里不进行赘述，详细请查阅相关参考资料。第二层，边缘计算节点共享分为三种类型，如本文前面第三章所述。第三层，控制面互联互通在5G网络共建共享场景下，不仅MEC网络（用户面功能）需要同时接入不同电信运营商的核心网，还需要实现同一个MEC系统在不同电信运营商业务系统之间的共享，或者MEC系统之间的互联互通，以支持在不同电信运营商网络中布署的MEC应用可以同时满足不同电信运营商用户的服务需求。

本文提出在MEC系统级的控制面引入新的运营支撑系统联盟（OSS-Federation）网元，用于完成与不同电信运营商的OSS分别互连，并且继续使用ETSI和3GPP已经定义的N4、MP2、Mm1、Mm2接口与MEC系统的MEO和MEPM进行交互，如图3所示。在5G网络共建共享场景下，不仅MEC网络（用户面功能）需要同时接入不同电信运营商的核心网，还需要实现同一个MEC系统在不同电信运营商业务系统之间的共享，以支持在不同电信运营商网络中布署的MEC应用可以同时满足不同电信运营商用户的服务需求。

4.2 共享边缘应用的布署流程

基于上述边缘计算节点共享方法，下面以共享边缘应用如何完成布署来验证该方法的有效性及其优点。

在5G网络共建共享场景下，假设电信运营商1是5G共建共享网络的承建方（图3中蓝色框表示）布署的边缘应用可以共享给电信运营商2（图3中橙色框表示）的用户使用。电信运营商可以通过新引入网元（OSS-Federation）实现了对于共建共享MEC系统的控制管理，例如OSS-Federation通过第三方业务/内容服务商门户或应用接收边缘应用实例化启动或者终止的请求后，根据每个电信运营商业务经营策略来判断该请求是否满足管理要求。如果满足则先进行授权，然后将授权后的请求发送到MEC编排器（MEO）或MEC管理平台（MEPM）进行下一步处理，具体流程如图4所示。

图4 共享边缘计算节点上的边缘应用部署流程

第一步，电信运营商1（蓝色框）通过自己的门户或应用发出边缘应用布署请求给OSS-Federation；第二步，OSS-Federation先将该边缘应用布署请求同步给电信运营商2的OSS（橙色框），然后其根据双方签署的边缘应用协议判断是否需要共享；第三步，电信运营商2的OSS返回应答：如果需要共享，则需要返回边缘应用布署所需要的电信运营商网络配置信息，否则直接返回不需要共享；第四步，对于不需要共享边缘应用的情况，由于后继流程与ETSI MEC规范定义的应用实例化流程完全一致，本文这里不再进行重复描述，只说明需要共享边缘应用的情况：OSSFederation先将电信运营商2返回的电信运营商网络配置信息传递给电信运营商1的OSS，然后再发起实际的边缘应用布署流程；第五步，电信运营商1的OSS将接收到的电信运营商2的电信运营商网络配置信息以及自己的网络配置信息一起传递给电信运营商1的边缘编排器（MEO），申请MEO进行共享边缘应用实例化；第六步～第十三步，都与ETSI MEC标准规范定义的应用实例化流程一致，唯一区别在于需要同时完成电信运营商1和电信运营商2的边缘应用布署信息更新；第十四步，电信运营商1的OSS将共享边缘应用布署请求的响应信息传送给OSS-Federation，同时上报已经布署的应用实例标识；第十五步，OSS-Federation将共享边缘应用布署结果反馈给电信运营商2的OSS；第十六步，电信运营商2的OSS将边缘应用布署结果反馈给自己的门户或应用。这样该共享边缘应用同时完成了在电信运营商1和2的布署。

与前面介绍的共建基站一样，本文也根据共享边缘计算节点由谁承建来将相应的电信运营商划分为边缘计算节点共享方和承建方，例如上面流程中涉及的电信运营商1和电信运营商2分别对应于共享边缘计算节点的承建方和共享方。但是根据上述流程步骤的描述，我们可以发现该边缘计算节点共享方法无需区分电信运营商是承建方或共享方，即电信运营商1或2在布署共享边缘应用的流程上没有区别，例如这里虽然是以电信运营商1（承建方）为发起方进行流程说明的，但是也适用于电信运营商2（共享方）为发起方，此时是电信运营商2 通过自己的门户或应用发出边缘应用布署请求给OSS-Federation。

算力已经是继热力、电力之后的新的关键生产力。

5 结束语

国家发改委于2020年4月对新基建的含义进行了说明阐述，例如对新基建范畴的“信息基础设施”中明确提出了“算力基础设施”的概念。相关专家也指出：算力已经是继热力、电力之后的新的关键生产力，未来算力将驱动数字产业化发展进程，助力产业数字化转型升级。一方面需要加快算力基础设施的建设，另一方面需要深化产业协同开放合作。我们理解边缘计算产业的协同开放合作包括了边缘计算节点共建共享、互联互通。而且，目前业界很多企业已经在开展相关工作，例如亚信科技在5G专网布署中，共享了行业客户自己布署的服务器（计算节点），实现网和算的真正融合。从基础设施的发展趋势来看，算力基础设施未来发展目标不仅需要实现“云边端”算力统筹供给和协同调度，而且需要具备敏捷性和可扩展性，支持多种边缘计算节点接入，才能够成为类似水网、电网、路网的社会化公共基础设施。

同时国家也出台了一系列产业政策推动建设互通共享的基础设施，例如2021年5月24日，国家发改委提出推动各行业数据中心加强一体化联通调度，促进多云之间、云和数据中心之间、云和网络之间的资源联动，构建算力服务资源池。在统一的边缘算力资源池基础之上，电信运营商需要进一步考虑如何形成边缘算力网络，使边缘网络能够感知边缘计算资源，并把计算负载放到合适的边缘计算节点进行计算，提升边缘计算资源利用率，即在边缘通过“端-边-云”的纵向融合，对分散异构的计算资源进行智能管理，能够以算网一体的方式向全社会提供普适性、确定性的算力，使边缘算力服务成为继话音、短信、专线、流量之后电信运营商提供的新一代普适性标准化服务。■

我们理解边缘计算产业的协同开放合作包括了边缘计算节点共建共享、互联互通。