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面向5G,邊緣計算應運而生

2019-06-13  來源:人民郵電報  作者:中興通訊邊緣計算產品總工 朱堃

  MEC架構構想

  分布式云架構

在5G時代,移動通信從最初的人與人之間的通信開始轉向人與物的通信,直至物與物之間的通信。AR/VR、物聯網、工業自動化、無人駕駛等業務被大量引入。帶來了高帶寬、低時延以及大聯接的網絡需求,這也就是3GPP定義的5G三大場景。

為了滿足5G業務的上述需求,越來越多的網元開始將控制面和轉發面分離進行分層部署,控制面集中部署調度,用戶面網元則分散部署貼近用戶,實現管理成本以及用戶體驗的平衡。同時,為了有效實現業務錨點下沉,縮短業務響應時間,并且將傳統移動網絡的通信能力開放,移動/多接入邊緣計算(MEC)的概念也被充分引入。為了適配網元的分布式部署以及MEC的邊緣部署,在基礎設施層面,借助云化技術將集中式電信云進行邊緣分布式重構也將是必然選擇。

分布式云由中心云和邊緣云構成,其中邊緣云又可以細分為地市、區縣以及接入。中心云定位為大腦和中樞,主要承載控制/管理集中化的媒體面網元;邊緣云主要承載分布式部署的用戶面/媒體面網元以實現流量快速卸載以及實時性要求較高的網元,以優化用戶體驗,例如高清視頻、車聯網、VR/AR等業務。

邊緣云由于其位置、規模以及環境的特殊性,在技術上具備以下特征。

部署于地市、區縣以及基站的邊緣云,由于環境的限制(空調、承重、電源等),多采用定制化的多節點服務器或者計算、存儲、網絡一體集成硬件,這類硬件采用通用X86架構,具備高環境適應性,在機箱高度、深度方面實現了最小化設計,通常采用前維護方式,擁有高集成度、低設備能效的特點,匹配現網電信機房條件,減少對機房改造的需求。

隨著5G業務的到來,邊緣云資源池必然從單一類型虛機/裸機資源池向虛機/裸機、容器多種資源池并存方向演進。OpenStack/Kubernetes雙核技術統一了網絡、存儲以及安全等底層技術,同時實現虛機/容器的統一編排管理,大大提升了資源分配靈活性、資源利用率以及管理效率。

邊緣云通常在X86處理器基礎上配置FPGA、GPU等協處理器(加速卡)以滿足網絡高轉發的要求,因此,最新的ETSI NFV架構也將硬件加速引入到NFV架構之中,增加了加速資源虛擬化能力,將加速器進行抽象,以邏輯加速資源的方式呈現,統一提供全面的加速服務。

邊緣云由于存儲規模小、采用獨立的存儲池、成本高、資源利用率低,因此廣泛使用計算存儲融合方案,將分布式存儲部署在計算節點上,計算節點和存儲節點合一,提升資源利用率。同時,通過策略配置可讓本節點的虛機/容器優先訪問本地存儲,將副本部署于其他節點,在保證可靠性的同時提升存儲性能。

邊緣云的規模相對較小,管理模塊在其中占用資源需要減少到合適比例,因此,可采用輕量級管理模塊部署或者將管理模塊集中部署在上級云,邊緣云中僅部署計算節點,兩種部署方式可根據現場環境靈活選擇。

分布式云采用多層部署,數據中心分布在各地,而且資源類型不一,需要統一管理平臺屏蔽資源池的異構性,進行統一全局的運維管理,提升運維管理效率。

在邊緣云之上,MEC技術主要指通過在靠近無線接入側部署通用服務器,從而為無線網絡提供IT和云計算的能力,使應用、服務和內容可以實現本地化、近距離、分布式部署,從而促使無線網絡具備低時延、高帶寬的傳輸能力,回傳帶寬需求的降低極大地減少了運營成本。同時,MEC定義了完整的網絡和第三方應用的雙向通信的API通信機制,例如無線網絡可以把無線網絡上下文信息(位置、網絡負荷、無線資源利用率等)通過API開放給第三方業務應用,有效提升了移動網絡的智能化水平,促進網絡和業務的深度融合。

MEC應用場景根據不同的業務特征,可以分為以下兩種類型:一種是本地化業務,包括本地業務的緩存和融合,典型的場景包括企業園區網絡、AR/VR業務擴展;另一種是垂直行業的拓展,典型的場景包括車聯網、工業互聯網等。為了更好地支持新業務,同時發掘現有網絡能力的潛在價值,在MEC的場景中也需要考慮更精準的室內導航、平臺開發和應用集成等。

綜合ETSI與3GPP對于MEC系統架構特征的定義以及5G MEC場景訴求,MEC架構的構想如下:

基于5G的分布式云基礎設施,在邊緣側云化構建5G用戶面和5G MEC節點,5G MEC節點提供MEC應用平臺使能第三方應用,同時提供公共服務給第三方應用進行調用。MEC節點之間互相協同,支持應用移動時上下文的交換,保證業務的連續性。

中心側提供能力開放功能,對第三方用戶和第三方應用開放網絡能力(如無線負荷、位置、帶寬等)。位于中心側的策略調度功能綜合應用的健康狀況、負載狀況、網絡狀況等信息,動態地創建/刪除第三方應用實例、給出邊緣用戶面功能選擇策略,實現網絡與業務的最佳協同。

采用分層的管理/編排架構,位于中心側的管理/編排功能是第三方應用管理和編排的統一入口,由它來選擇在哪個或哪些邊緣位置部署應用。邊緣側的管理/編排功能則對實際的資源分配和應用部署進行管理。

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面對即將到來的5G時代和ICT融合的滾滾浪潮,我們需要以變革的姿態迎接未來,決勝未來。不同于4G時代管道提供商的角色,運營商在5G時代會有更多的機會拓展增值業務,變身成綜合性的端到端業務提供商。作為ICT融合的新生技術,邊緣計算將高帶寬、低時延、本地化業務下沉到網絡邊緣,為固移融合提供統一的電信基礎設施支撐,對于運營商數字化轉型和產業結構升級至關重要。而一種新興技術和生態的誕生與興起,需要背后商業模式的強有力支撐。面向未來,業界對邊緣業務平臺的各種應用場景有著無限的憧憬與期待。但美好的愿望要變成現實,需要整個產業鏈的共同努力。中興通訊希望能夠攜手更多的行業合作伙伴,共同探討邊緣計算的合作模式,共建5G網絡邊緣生態系統,全面推動邊緣業務的蓬勃發展。

關鍵詞:MEC 云化 無線資源利用率 高清視頻 5G

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