部署融合网络

邮电设计技术/2020/05收稿日期:2020-03-101概述1.
1MEC的概念边缘计算是在靠近数据产生的源头,融合网络、计算、存储、应用等构建新的网络结构和开放平台,使得数据在源头就能够得到及时有效的处理,从而不需将数据传送至远端的云计算中心分析处理,这样大大减少了系统延迟,节省传输带宽,并提高业务服务质量及可靠性.
相对于传统网络结构的诸多优势及广阔的应用前景,边缘计算受到了各大标准组织的关注.
欧洲电信标准化协会(ETSI)在2015年发表移动边缘计算(MEC)的白皮书,所定义的MEC系统支持将计算任务卸载到移动网络边缘节点.
随着研究的推进,2017年3月ETSI拓展了MEC的含义,将mobileedgecomputing演进为multi-accessedgecomputing,以支持Wi-Fi、有线网络等非3GPP的接入,突出了移动和固定网络的融合.
本文的讨论主要集中在移动网络的接入场景.
3GPP也将MEC加入5G网络结构,成为5G的一项关键技术,进一步推动了MEC的发展.
1.
2运营商部署MEC的意义MEC在移动网中的部署及应用DeploymentandApplicationofMECinMobileNetwork关键词:MEC;5G;VR/AR;车联网doi:10.
12045/j.
issn.
1007-3043.
2020.
05.
018文章编号:1007-3043(2020)05-0079-04中图分类号:TN915文献标识码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):摘要:从运营商的角度分析MEC在移动网络中发挥的作用和重要意义.
对MEC在4G和5G网络中的部署方法进行了研究,并对MEC在4G网络中的智能安防、CDN下沉和5G网络中的VR/AR、车联网等典型应用进行分析,详细地介绍了MEC在移动网络中的实际部署和应用.
Abstract:TheroleandsignificanceofMECinmobilenetworksareanalyzedfromtheperspectiveofoperators.
Thedeploymentmeth-odsofMECin4Gand5Gnetworksarestudied.
ThetypicalapplicationsofMECin4Gnetworkssuchasintelligentsecurity,CDNsinking,VR/ARandvehiclenetworkingin5Gnetworksareanalyzed.
TheactualdeploymentandapplicationofMECinmobilenetworksareintroducedindetail.
Keywords:MEC;5G;VR/AR;Vehiclenetworking孔令义,武俊芹(中国联通河南省分公司,河南郑州450008)KongLingyi,WuJunqin(ChinaUnicomHenanBranch,Zhengzhou450008,China)孔令义,武俊芹MEC在移动网中的部署及应用核心网CoreNetwork引用格式:孔令义,武俊芹.
MEC在移动网中的部署及应用[J].
邮电设计技术,2020(5):79-82.
792020/05/DTPTMEC的部署对于电信运营商来说有很重要的战略意义,可以帮助电信运营商提高网络效率,深度介入内容,提高服务质量等.
具体分析如下:首先,MEC的部署可以使得移动业务不必全部回传到核心网处理,节省带宽,降低业务时延,减少内容重复传输,提高了网络效率.
其次,电信运营商并未从互联网及云计算的大发展中获得很大收益,甚至面临着"管道化"以及利益"边缘化"的威胁,而MEC的出现会使这种局面得到改观.
电信运营商丰富的机房资源为其部署MEC提供了天然优势,可以将MEC部署在更贴近用户的位置.
并通过推进云网融合,打造开放、开源的边缘业务PaaS平台,为应用开发者提供丰富的业务平台能力和统一的API,拓宽行业应用,加快产业落地.
把应用内容下沉到网络边缘,帮助内容提供商降低网络成本.
这将促进电信运营商和OTT、垂直行业深度合作,实现多方共赢.
再次,MEC是5G提升服务应用能力的重要手段,是优化业务体验的最后一公里.
未来MEC的部署将同无线覆盖同样重要,通过MEC可以识别用户和具体的业务,合理利用链路以及调度网络资源,针对不同的用户及业务实现差异化服务,为丰富多样的应用(如4K/8K超高清视频、VR/AR、V2X等)提供良好体验质量(QoE).
实现5G网络的智能化,促进运营商由哑管道向智能管道转型.
2MEC在4G网络的部署及应用在4G网络中,MEC可部署在基站和核心网之间,MEC通过解析基站和核心网之间的S1接口信息来实现业务分流.
对于控制面数据,MEC将其透传至核心网,和传统4G网络没有区别.
对于用户面数据,MEC解析数据IP信息(IP五元组)并根据配置的分流规则进行处理:若业务已在MEC缓存,则由MEC实现业务的本地处理,并将数据进行GTP-U封装后下发至对应的基站和用户;若无法在MEC处理,依然回传至核心网处理,MEC则相当于一个透明的传输通道.
根据应用场景的需求不同,MEC可部署在基站和回传网络之间、接入环和汇聚环之间、汇聚层和核心网之间.
不同部署方式的时延、覆盖范围等有所不同,在满足覆盖需求的前提下,尽量靠近无线侧部署.
目前在ETSI以及3GPP等标准中均未给出4G网络中部署MEC的计费方案.
3GPP的R14版本中制定了CUPS标准,在此标准中,用户面和控制面分离,SGW被拆分为SGW-C、SGW-U,PGW被拆分为PGW-C、PGW-U,重新组合为GW-C、GW-U,其他网元(MME、PCRF等)没有变化.
GW-C、GW-U和其他网元的接口同传统网络中的接口是一样的,因此CUPS的引入对现网的改动很小.
实施CUPS后,用户面可下沉到更贴近用户的位置,缩短业务访问路径,提升用户业务体验.
此网络结构体现了5G网络特性,MEC可和GW-U合设,由GW-U承担计费、监听、鉴权等功能,但GW-U和MEC之间为私有接口,需要采用同一厂家设备.
目前MEC在4G网络中已有一些应用,主要集中在智能安防、智慧农业、CDN下沉等等.
2.
1基于MEC的CDN下沉目前移动网络中50%的流量为视频,且在进一步增长之中,有研究表明,2020年视频流量将占移动网络总流量的75%.
而CDN往往部署在省级IDC机房,离用户较远,这使得大量视频内容在网络中重复传输并且占用大量骨干网络带宽.
MEC的引入则为CDN下沉至移动网络内部提供了方案,部署网络结构示意如图1所示.
通过在移动边缘计算平台上部署CDN服务器,将应用内容下沉至更贴近用户的网络边缘.
内容提供商在自有DNS将服务指向本地CDN节点,MEC建立分流机制,将已缓存至本地的应用分流至本地CDN.
目前,MEC平台已实验性地部署在大学城这类视频、游戏等应用较集中的场所,有效降低了网络负荷,提升了游戏、视频等业务的体验.
2.
2智能安防近年来随着各地智慧城市,雪亮工程的大规模建设,对智能安防的需求与日俱增.
4G+MEC则为实现智能安防提供了良好的解决方案.
摄像头通过4G接入网络,充分利用了网络资源,使得管线不必接入每个监控点,降低成本和建设周本地CDN本地分流通用X86服务器EPCInternetUEUE接入机房边缘云平台图1基于MEC的CDN下沉网络结构示意图核心网CoreNetwork孔令义,武俊芹MEC在移动网中的部署及应用80邮电设计技术/2020/05期.
MEC则对摄像头采集到的流量进行本地分流,降低对4G回传网络带宽消耗.
云计算中心负责搭建基于AI的视频分析系统,实现对视频中各种异常场景的识别,并将判决规则下发至MEC,MEC执行具体的判决,这样,MEC仅需将判决后的异常场景回传至视频监控中心,减少无效视频回传,大大提高了效率.
但需要注意的是,MEC在4G中没有标准定义,无法实现端到端的解决方案,4G网络中部署MEC后,MEC将对所有经过MEC的业务进行解析以决定如何分流,这在某种程度上加大了其他业务的时延.
同时,MEC不具备计费功能,往往需简化计费或采用厂商私有方案计费.
这些因素使得MEC在4G网络中的应用存在一定的限制.
随着3GPP将MEC写入5G网络标准,MEC在5G网络中将有着更为广阔的应用.
3MEC在5G网络的部署及应用5G可以提供10倍于4G的峰值速率及用户体验速率,每平方千米百万的连接数以及超低的空口时延,呈现出了令人振奋的网络能力,必将在垂直行业获得广泛应用,为垂直行业的数字化转型带来重大机遇.
MEC则是5G网络的关键技术之一,实现应用的本地化,提高5G的eMBB、mMTC、uRLLC三大应用场景各类应用的业务体验,有效支撑垂直行业应用.
面向服务的5G网络架构和MEC具有很高的契合度,3GPP增加了NEF以支持MEC在5G网络中的部署,UPF和MEC集成部署,来解决计费、QoS控制、合法监听以及业务连续性等问题.
ETSI所给出的MEC在5G网络中的融合部署示意如图2所示,在此网络结构中,MEC的编排器作为AF和NEF应用、UE等信息的交互以影响5G核心网的选路,若所访问应用在MEC内部部署,则通过N6接口实现应用访问,实现业务分流.
5G的网络架构将以数据中心(DC)为基础设施.
MEC与生俱来的NFV属性可以使其灵活部署在5G网络的各级通信云平台上,为取得良好服务体验,根据业务需求不同,MEC尽可能部署在更贴近用户的地方.
MEC在5G网络中的应用举例如下.
3.
1VR/AR应用VR/AR是近眼显示、感知交互、渲染处理、网络传输和内容制作等新一代信息技术相互融合的产物,在游戏社交、教育科普、工业智造等大众和行业领域有着广泛应用前景.
目前,市场上VR游戏或视频体验过程中普遍存在着眩晕问题,产生这种问题的因素有多种,图像、声音等不同步,分辨率不足,VR/AR硬件性能限制是主要的3个因素,解决好这3个问题将是取得良好体验的关键.
当延迟小于10ms时,人类将无法察觉画面声音等的延迟,这将有效缓解眩晕.
VR/AR业务的理想分辨率为4K,可避免因纱窗效应而产生的眩晕,达到4K分辨率所需带宽需达到100Mbit/s.
在5G的eMBB场景下,可实现8ms的空口双向时延,100Mbit/s的用户体验速率和20Gbit/s的峰值速率,这很好地满足了VR/AR业务需要.
但同时,5G的空口时延为8ms,距离10ms的最大时延仅有2ms时延余量,如果VR/AR应用距离用户太远,依然不能取得良好体验,因此,MEC的部署就很有必要.
MEC可部署在无线接入局点,实现区域性覆盖,尽可能降低时延,将VR/AR所产生的大流量疏导在网络边缘,减小骨干网压力.
而且,在超低时延下,终端可以将渲染、计算功能卸载至MEC,实现云端渲染,解决VR/AR渲染能力不足,互动体验不强等痛点,极大降低对VR/AR硬件性能需求,促进应用推广.
图2MEC在5G网络中融合部署结构示意图ServiceUERANAUSFAMFSMFPCFUDMNRFNEFNSSFUPFN6N9N4DataNetwork(LA/DN)VirtualizationinfrastructionAPPServiceServiceMECplatformMECplatformManager主机层系统层MECOrchestratorMECSystemNaf孔令义,武俊芹MEC在移动网中的部署及应用核心网CoreNetwork812020/05/DTPT3.
2车联网应用车联网是5G非常重要的应用场景之一,也是新型智能交通体系的重要组成部分.
基于5G网络实现车、路、人之间的通信技术C-V2X(CellularVehicletoX)是实现车联网的重要技术.
按照5G网络特性,车联网可以覆盖大带宽类(eMBB)、大连接类(mMTC)、超低时延高可靠类(uRLLC)3种业务类型,实现车载高清视频、车辆监控、自动驾驶、编队形式等一系列场景应用.
基于服务化架构以及按需切片的5G网络可以满足车联网丰富应用场景的不同需求,面向车联网的云平台则需要边缘云和区域云2层架构组成.
区域云平台负责全局算法,实现路径动态规划等,边缘云平台负责车辆的信息采集、处理超低时延业务等,并将处理后的有用信息回传至区域云平台统一管理.
车联网云平台部署架构示意如图3所示.
通过区域云和边缘云对不同业务的分工协作,提供丰富的应用,构建高效的智能交通系统.
车联网应用中的MEC部署则应尽量靠近基站.
以自动驾驶为例,自动驾驶属于超低时延业务,1ms是其理想时延,而uRLLC场景下的单向空口时延为0.
5ms,此时给业务回传几乎没有留下时间.
为取得理想时延,MEC需在站点机房和CU或者CU/DU一体化的基站融合部署,消除传输时延.
当然,在自动驾驶应用场景中,MEC可独立工作,不必由区域云平台提供服务.
总体来看,MEC将是5G各垂直行业应用实现边缘部署的重要手段,将广泛应用于5G中诸如智慧电力、联网无人机、远程医疗、智能港口、智慧城市等等一系列垂直行业,将是运营商实现业务多元化的重要帮手.
4结束语目前,3GPP和ETSI等标准组织加快了对MEC的研究,三大运营商争相发布移动边缘计算行业产品,包括行业客户对MEC的重要性已达成共识.
本文对MEC在4G、5G网络中的部署和应用做了研究和探讨,以期对MEC的建设提供参考.
同时,MEC的分布式和异构性等特点为运营商对其统一管理带来了难度,存在一系列的应用安全、信息安全、系统安全等问题,需要进一步的关注和研究.
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图3车联网下MEC部署示意图云平台部分功能下沉,处理超低时延业务.
负责全局算法,对MEC回传的信息统一管理车联网区域云平台MEC5G核心网作者简介:孔令义,高级工程师,主要负责EPC以及承载网维护工作以及5GC、MEC等创新业务测试工作;武俊芹,高级工程师,主要负责EPC维护工作以及5GC、MEC等创新业务测试工作.
孔令义,武俊芹MEC在移动网中的部署及应用核心网CoreNetwork82