MEC承載網(wǎng)建設(shè)需要面對哪一些挑戰(zhàn)

5G 應(yīng)用正在深入各行各業(yè)，“5G+邊緣計算+AI”是運營商助力垂直行業(yè)數(shù)字化和智能化的新模式，這給運營商承載網(wǎng)帶來了四大新挑戰(zhàn)。運營商建設(shè)一個5G MEC Ready的承載網(wǎng)絡(luò)需要重點落實六大關(guān)鍵點。

MEC是5G使能千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要方式

應(yīng)用本地化（數(shù)據(jù)不出園區(qū)），內(nèi)容分布化（大帶寬），計算本地化（低延遲），推動服務(wù)內(nèi)容/應(yīng)用/計算向邊緣遷移，驅(qū)動了MEC（多接入邊緣計算，Multi-access EdgeCompuTIng）發(fā)展和5G核心網(wǎng)的隨流下移。

圖1 業(yè)務(wù)邊緣化推動MEC發(fā)展和5G核心網(wǎng)下移

5G核心網(wǎng)采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面（UPF：User Plane FuncTIon）和控制面（SMF：Session Management FuncTIon）分離的靈活架構(gòu)，即UPF可以按需靈活分布部署，一個控制面可以同時管理很多個UPF而不影響5G核心網(wǎng)的性能。這使5G 給MEC帶來了以下新優(yōu)勢：

核心網(wǎng)UPF下移到企業(yè)園區(qū)，可以保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不出園區(qū)，更易提供低延遲承載方案；運營商可以為每個用戶配置獨立的UPF，給企業(yè)用戶定制無線業(yè)務(wù)；

運營商開放5G通信服務(wù)可編程能力（如定位，無線通信能力），可以被企業(yè)用戶調(diào)用集成到業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，企業(yè)可以定制自己的5G創(chuàng)新應(yīng)用；

下沉的5G MEC系統(tǒng)和企業(yè)網(wǎng)直接互聯(lián)互通，使分布在兩個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上的應(yīng)用可以實時地集成拉通，做出很多創(chuàng)新應(yīng)用。

所以，5G MEC是5G在網(wǎng)絡(luò)邊緣更好使能各行各業(yè)的關(guān)鍵，是運營商助力垂直行業(yè)數(shù)字化和智能化的新模式，是運營商進入垂直行業(yè)的觸點和重點場景。

運營商5G MEC承載網(wǎng)絡(luò)的四大挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)4G承載網(wǎng)，因為流量主要是南北向的，很多運營商采用L2+L3方式，已經(jīng)不再適合5G MEC流量本地化需求。5G MEC對運營商承載網(wǎng)絡(luò)提出了四大新挑戰(zhàn)：

圖2 運營商5G MEC承載網(wǎng)的新挑戰(zhàn)

1）現(xiàn)場MEC（部署在企業(yè)園區(qū)）是一個新的應(yīng)用場景，運營商在企業(yè)園區(qū)內(nèi)的基站和MEC之間需要有低時延連接，企業(yè)重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不能出園區(qū)，這對運營商接入網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。

2）5G MEC中UPF的下移導(dǎo)致了5G核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)端口下移（如N4，N6，N9， 5GC OAM等接口），使4G時代原來在骨干網(wǎng)上的（無線核心網(wǎng)）L3 VPN下移到UPF接入點上；同時UPF的大量分布式部署，增加了L3 VPN的覆蓋范圍。運營商承載網(wǎng)需要支持L3 VPN下移和覆蓋廣泛的L3 VPN網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)5G MEC大量部署的新挑戰(zhàn)。

3）MEC的UPF需要和中心云里的5G核心網(wǎng)控制面和管控系統(tǒng)通信，需要滿足電信云的通信要求；MEC中的應(yīng)用可能是DC中云計算的一部分，需要互通協(xié)同。這對運營商承載網(wǎng)提出了邊云協(xié)同的新挑戰(zhàn)。

4）MEC支持綜合接入（固網(wǎng)和移動），提供無縫的FMC業(yè)務(wù)，需要承載網(wǎng)為MEC提供跨越移動承載網(wǎng)和固定承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接，完成MEC和中心云、MEC間的業(yè)務(wù)互通，這對擁有移動承載城域網(wǎng)和固定承載城域網(wǎng)雙平面的運營商，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)互通方面都提出了新挑戰(zhàn)。（注：中國三大運營商都有兩個城域網(wǎng)平面）

上述四大挑戰(zhàn)，是5G MEC帶來的新需求和新挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有3G/4G承載網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸模型已不再適用5G業(yè)務(wù)，不匹配MEC的本地化服務(wù)模型，承載網(wǎng)應(yīng)是滿足上述需求的MEC Ready網(wǎng)絡(luò)。

運營商5G MEC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)六大關(guān)鍵點

圖3 MEC視角的運營商承載網(wǎng)架構(gòu)模型

由于各運營商的承載網(wǎng)架構(gòu)存在比較大的差異，本文提供了一個MEC視角的承載網(wǎng)架構(gòu)模型：

5G核心網(wǎng)新增眾多業(yè)務(wù)接口，流量模型變化大：圖3紅框里是MEC系統(tǒng)，MEC中的UPF需要通過N3（基站到UPF的數(shù)據(jù)接口），N4（5G核心網(wǎng)控制面到UPF的控制接口），N6（UPF到Internet的數(shù)據(jù)接口），N9（UPF到Anchor UPF的數(shù)據(jù)接口），LI（監(jiān)聽接口），OAM（UPF的管理接口）和相關(guān)的5G系統(tǒng)互聯(lián)，VPN設(shè)計及連接關(guān)系復(fù)雜。這些5G標(biāo)準中的業(yè)務(wù)接口，除了N3，都是新下移的核心網(wǎng)接口，5G承載網(wǎng)架構(gòu)中需要重點考慮這些新增業(yè)務(wù)接口及流量模型。

邊云協(xié)同：MEP平臺支持運行運營商或第三方的業(yè)務(wù)，可能是復(fù)雜云業(yè)務(wù)的實時處理部分（云邊緣），需要和中心云實時交互。圖3上部的業(yè)務(wù)和通信系統(tǒng)，分布在城域網(wǎng)中心到區(qū)域中心間，各運營商的部署會略有不同。

上述5G MEC網(wǎng)絡(luò)通信模型，要求運營商在建設(shè)MEC Ready的承載網(wǎng)時，要重點落實以下六大關(guān)鍵點：

1）最短MEC接入網(wǎng)：從基站到MEC UPF的N3業(yè)務(wù)流，運營商應(yīng)該提供最短路徑業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)，在現(xiàn)場MEC場景應(yīng)該通過在園區(qū)里的移動承載路由器直接把N3業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)給MEC，而不應(yīng)該讓N3業(yè)務(wù)流在運營商的網(wǎng)絡(luò)中繞行。業(yè)務(wù)流無繞行的需求，一方面是為了低延遲和節(jié)約運營商網(wǎng)絡(luò)帶寬，另一方面是為了保證企業(yè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不出園區(qū)，如圖4所示。這要求MEC接入點路由器能就近轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文，因此運營商接入網(wǎng)設(shè)備具有路由能力（L3到邊緣）是支持業(yè)務(wù)流無繞行傳輸?shù)囊粋€基本要求。

圖4 MEC需要無繞行，低延遲接入網(wǎng)

2）低延遲分片：為滿足MEC應(yīng)用的低延遲和安全可靠性需求，運營商承載網(wǎng)需要為企業(yè)用戶提供低延遲分片網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。MEC分片網(wǎng)絡(luò)包括無線基站、移動承載網(wǎng)（基站到MEC間）和UPF系統(tǒng)，即企業(yè)業(yè)務(wù)流到MEC所經(jīng)過的所有網(wǎng)元。經(jīng)過的網(wǎng)元越少，分片的復(fù)雜度就約低，越有利于保證傳輸?shù)牡脱舆t。

3）MEC對外的多點通信：MEC和5G核心網(wǎng)（N4，OAM）、MEP管理平臺以及其他MEC間的業(yè)務(wù)流都是多點到多點通信模式，都需要通過L3 VPN來支持。MEC的承載網(wǎng)絡(luò)需要全網(wǎng)提供L3 VPN能力，包括接入網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)，即L3 VPN能力延伸到邊緣；而且L3 VPN需要跨越城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)等多網(wǎng)段。MEC承載網(wǎng)無論在網(wǎng)元數(shù)量（大量UPF下移）還是網(wǎng)絡(luò)覆蓋面（從接入到骨干），都比4G承載網(wǎng)復(fù)雜很多，所以需要靈活、功能強大的L3 VPN來支持多點通信（如圖5）。

圖5 管控業(yè)務(wù)接口穿越多段網(wǎng)絡(luò)

4）MEC系統(tǒng)中路由器的集成通信能力：小微型MEC是當(dāng)前5G MEC的主流模式，因為成本和通信需求，MEC一般采用一層集成網(wǎng)絡(luò)模型（如圖6所示），而不像數(shù)據(jù)中心采用復(fù)雜的多層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，但仍要提供所需的所有通信功能，如MEC中各設(shè)備間互通以及服務(wù)中VM間的L2和L3可靠連接，完成MEC和外部IP網(wǎng)絡(luò)（IP RAN）的路由互通和可靠通信，以及邊云協(xié)調(diào)通信。 一個UPF NFV（如UPF）可以運行多個VM來提高性能和可靠性， MEC路由器要提供多路負載均衡（ECMP），當(dāng)前MEC的需求是16路負載均衡。

圖6 ECN模型

5）邊云協(xié)同：MEC UPF作為5G核心網(wǎng)的一個下沉數(shù)據(jù)面， MEC中的應(yīng)用作為云業(yè)務(wù)的一個下沉實時處理單元，都需要運營商承載網(wǎng)提供可靠的云邊通信能力，還需要在自動化部署和運維方面支持邊云協(xié)同。UPF的云邊協(xié)同可以參考電信云的承載方案。

6）兩網(wǎng)安全互通：運營商MEC網(wǎng)絡(luò)需要和企業(yè)網(wǎng)互通，讓企業(yè)可以把5G通信能力和MEC應(yīng)用集成到企業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中。現(xiàn)在一般是通過MEC里面的路由器來和企業(yè)網(wǎng)互通，網(wǎng)絡(luò)安全是企業(yè)網(wǎng)和運營商網(wǎng)絡(luò)都非常關(guān)注的問題，需要采用基于防火墻的網(wǎng)絡(luò)安全方案。

邊緣計算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施組（ECNI）助力MEC產(chǎn)業(yè)發(fā)展

2016年11月邊緣計算領(lǐng)域影響力最大的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟-邊緣計算聯(lián)盟（ECC）成立，當(dāng)前企業(yè)成員超過250家，涵蓋工業(yè)制造、智慧城市、能源、ICT和學(xué)術(shù)等生態(tài)合作伙伴。

為了推動邊緣計算承載網(wǎng)以及邊緣計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展，ECC和網(wǎng)絡(luò)5.0聯(lián)合成立了邊緣計算物理基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)合工作組（ECNI），凝聚共識，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)5.0技術(shù)，聚焦邊緣計算三大網(wǎng)絡(luò)融合場景（運營商FMC場景、運營商網(wǎng)絡(luò)&行業(yè)園區(qū)網(wǎng)融合場景、企業(yè)/工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)IT/OT融合場景），構(gòu)建邊緣計算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)體系。ECNI以技術(shù)規(guī)范、白皮書、Testbed/PoC、Best PracTIce等為載體，以MEC Ready測試認證為抓手，通過外部組織協(xié)同（CCSA、ETSI、ITU等主陣地）布局標(biāo)準，推動承載網(wǎng)規(guī)范化建設(shè)以支持邊緣計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2019年11月ECNI發(fā)布了運營商邊緣計算網(wǎng)絡(luò)白皮書。

結(jié)束語

5G移動通信系統(tǒng)在支持垂直行業(yè)方面做了很多改進，如低延遲無線通信、靈活的核心網(wǎng)架構(gòu)、超級上行等，是區(qū)別于4G的最主要特征。 MEC是運營商助力垂直行業(yè)數(shù)字化和智能化的新模式。MEC是智能在網(wǎng)絡(luò)上廣泛分布的開始，在未來萬物互聯(lián)的智能世界里，基于邊緣計算的智能會在網(wǎng)絡(luò)上星羅棋布。 4G承載網(wǎng)是基于2C（面向普通手機用戶）思路建設(shè)，流量模型是簡單的南北向、無線核心網(wǎng)集中模型，沒有考慮面向垂直行業(yè)的MEC網(wǎng)絡(luò)需求，因此5G MEC承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不是4G網(wǎng)絡(luò)的簡單帶寬升級。