移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)發(fā)展淺析

俞一帆 英特爾中國(guó)研究院高級(jí)研究員

任春明 英特爾（中國(guó)）研究中心有限公司項(xiàng)目經(jīng)理

阮磊峰 英特爾（中國(guó)）研究中心有限公司軟件經(jīng)理

Soo Jin Tan 英特爾亞太研發(fā)有限公司平臺(tái)解決方案架構(gòu)師

移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)發(fā)展淺析

俞一帆 英特爾中國(guó)研究院高級(jí)研究員

任春明 英特爾（中國(guó)）研究中心有限公司項(xiàng)目經(jīng)理

阮磊峰 英特爾（中國(guó)）研究中心有限公司軟件經(jīng)理

Soo Jin Tan 英特爾亞太研發(fā)有限公司平臺(tái)解決方案架構(gòu)師

對(duì)移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）的基本概念及系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了介紹，總結(jié)了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展，并分析了與MEC相關(guān)的測(cè)試技術(shù)。

移動(dòng)邊緣計(jì)算；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

1 引言

移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）的基本思想是把云計(jì)算平臺(tái)遷移到移動(dòng)接入網(wǎng)邊緣，試圖將傳統(tǒng)電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行深度融合，減少移動(dòng)業(yè)務(wù)交付的端到端時(shí)延，發(fā)掘無線網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在能力，提升用戶體驗(yàn)，從而給電信運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)作模式帶來全新變革，并建立新型的產(chǎn)業(yè)鏈及網(wǎng)絡(luò)生態(tài)圈。MEC的基本特點(diǎn)包括業(yè)務(wù)本地化、近距離及低時(shí)延的業(yè)務(wù)交付、為業(yè)務(wù)提供用戶位置感知及其他網(wǎng)絡(luò)能力。

MEC的概念最初于2013年在IBM與Nokia Siemens網(wǎng)絡(luò)共同推出的一款計(jì)算平臺(tái)上出現(xiàn)。2014年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）成立了移動(dòng)邊緣計(jì)算規(guī)范工作組（ETSI Mobile EdgeComputingIndustry Specificationroup），開始推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。2016年，ETSI把此概念擴(kuò)展為多接入邊緣計(jì)算（MultiAccess Edge Computing），將邊緣計(jì)算能力從電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步延伸至其他無線接入網(wǎng)絡(luò)（如Wi-Fi）。此外，包括3GPP及CCSA在內(nèi)的其他標(biāo)準(zhǔn)組織也啟動(dòng)了相關(guān)工作。

本文結(jié)合Intel公司開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)邊緣虛擬化套件（NEV SDK）對(duì)MEC系統(tǒng)的基本架構(gòu)及主要功能模塊進(jìn)行了介紹，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)展，闡述了與MEC相關(guān)的測(cè)試技術(shù)。

2 MEC系統(tǒng)基本架構(gòu)

2.1 整體架構(gòu)

圖1 MEC系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，MEC系統(tǒng)位于無線接入點(diǎn)及有線網(wǎng)絡(luò)之間。在電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，MEC系統(tǒng)可部署于無線接入網(wǎng)與移動(dòng)核心網(wǎng)之間。MEC系統(tǒng)的核心設(shè)備是基于IT通用硬件平臺(tái)構(gòu)建的MEC服務(wù)器。MEC系統(tǒng)

通過部署于無線基站內(nèi)部或無線接入網(wǎng)邊緣的云計(jì)算設(shè)施（即邊緣云）提供本地化的公有云服務(wù)，并可連接其它網(wǎng)絡(luò)（如企業(yè)網(wǎng)）內(nèi)部的私有云實(shí)現(xiàn)混合云服務(wù)。MEC系統(tǒng)提供基于云平臺(tái)的虛擬化環(huán)境（例如OpenStack）支持第三方應(yīng)用在邊緣云內(nèi)的虛擬機(jī)（VM）上運(yùn)行。相關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)能力可通過MEC服務(wù)器上的平臺(tái)中間件向第三方應(yīng)用開放。

MEC系統(tǒng)的基本組件包括路由子系統(tǒng)、能力開放子系統(tǒng)、平臺(tái)管理子系統(tǒng)及邊緣云基礎(chǔ)設(shè)施。前3個(gè)子系統(tǒng)部署于MEC服務(wù)器內(nèi)，而邊緣云基礎(chǔ)設(shè)施則由部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣的小型或微型數(shù)據(jù)中心構(gòu)成。

2.2 基本功能組件

●邊緣云基礎(chǔ)設(shè)施

邊緣云基礎(chǔ)設(shè)施特指為第三方應(yīng)用提供的包括計(jì)算、內(nèi)存、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)等資源在內(nèi)的基于小型化的硬件平臺(tái)構(gòu)建的IT資源池，使其能夠?qū)崿F(xiàn)本地化業(yè)務(wù)部署，且方式接近基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)部署。

●路由子系統(tǒng)

路由子系統(tǒng)為MEC系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)組件提供基本的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及網(wǎng)絡(luò)連接能力，并為邊緣云內(nèi)的第三方虛擬業(yè)務(wù)主機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)虛擬化支持。

●能力開放子系統(tǒng)

能力開放子系統(tǒng)支持第三方以調(diào)用應(yīng)用程序接口（API）的形式，通過平臺(tái)中間件驅(qū)動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用。

●平臺(tái)管理子系統(tǒng)

平臺(tái)管理子系統(tǒng)的主要功能包括：對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平面進(jìn)行控制，對(duì)來自能力開放子系統(tǒng)的能力調(diào)用請(qǐng)求進(jìn)行管控，對(duì)邊緣云內(nèi)的IT基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃編排及與對(duì)相關(guān)計(jì)費(fèi)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)上報(bào)。

3 英特爾網(wǎng)絡(luò)邊緣虛擬化套件

基于硬件資源池化及軟硬件解耦的思想，英特爾推出了NEV SDK（網(wǎng)絡(luò)邊緣虛擬化套件），可協(xié)助MEC領(lǐng)域的合作伙伴加速開發(fā)面向電信領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用。除基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)能力以外，NEV SDK還可為MEC應(yīng)用開發(fā)者提供基于IP業(yè)務(wù)的，具備豐富API接口及高性能轉(zhuǎn)發(fā)能力的基礎(chǔ)軟件環(huán)境。它為開發(fā)者屏蔽了復(fù)雜的電信網(wǎng)絡(luò)控制，即使開發(fā)者對(duì)繁瑣的電信網(wǎng)絡(luò)協(xié)不了解，也可進(jìn)行快速應(yīng)用開發(fā)。此外，NEV SDK還提供開發(fā)實(shí)例程序及基站/核心網(wǎng)模擬器（需向英特爾和租憑伙伴申請(qǐng)軟件使用許可），從而幫助應(yīng)用開發(fā)者快速搭建接近現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境以便進(jìn)行快速測(cè)試驗(yàn)證。

3.1 套件架構(gòu)

NEV SDK基于風(fēng)河公司的NFV解決方案TitaniumServe的部分組件及DPDK實(shí)現(xiàn)，需要運(yùn)行在安裝了英特爾至強(qiáng)處理器的x86服務(wù)器平臺(tái)上，其部署位置位于無線接入網(wǎng)和移動(dòng)核心網(wǎng)之間，可實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)能力向第三方應(yīng)用的開放。其架構(gòu)如圖2所示，NEVSDK的主要功能包括能力開放功能、路由功能及本地DNS服務(wù)功能。

圖2 NEV SDK功能架構(gòu)

能力開放功能基于RESTfulAPI接口實(shí)現(xiàn)面向第

三方的能力注冊(cè)、調(diào)用鑒權(quán)、調(diào)用訂閱、能力發(fā)布及能力更新，從而實(shí)現(xiàn)MEC平臺(tái)能力開放子系統(tǒng)的基本功能運(yùn)行。其中，有關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息開放的功能由網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)（NIS）模塊提供。

路由功能支持MEC平臺(tái)路由子系統(tǒng)的基本運(yùn)行，由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路由服務(wù)（NTS）模塊實(shí)現(xiàn)。它為MEC系統(tǒng)內(nèi)各組件提供基本的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及網(wǎng)絡(luò)連接能力，并針對(duì)MEC平臺(tái)上的虛擬業(yè)務(wù)主機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)虛擬化支持，路由功能還對(duì)MEC系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

本地DNS服務(wù)功能為接入MEC平臺(tái)的用戶終端提供加速的DNS解析服務(wù)。

3.2 功能模塊

●能力開放功能模塊

該模塊基于HTTP以JSON數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)能力開放相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸，支持第三方應(yīng)用（MEAPP）通過RESTfulAPI來調(diào)用MEC平臺(tái)提供的服務(wù)（MEAPP Service），即平臺(tái)中間件。MEAPP既可以是面向終端用戶的第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用也可以是面向能力開放子系統(tǒng)的平臺(tái)中間件。

●路由功能模塊

該模塊提供了GTP-U數(shù)據(jù)流的解析處理能力，包括IP地址識(shí)別、路由、GTP協(xié)議包的封裝解封裝，支持把LTE協(xié)議層的數(shù)據(jù)以IP包的形式提供給MEC平臺(tái)上運(yùn)行的第三方應(yīng)用。NEVSDK目前根據(jù)GTP-U數(shù)據(jù)流內(nèi)封裝的IP數(shù)據(jù)包的目的IP地址及端口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)，其典型用例包括：eNB到EPC轉(zhuǎn)發(fā)，邊緣云業(yè)務(wù)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)及MEC平臺(tái)內(nèi)部虛擬機(jī)之間的轉(zhuǎn)發(fā)。

●DNS功能模塊

通過部署該模塊，用戶終端發(fā)出的DNS查詢請(qǐng)求會(huì)被轉(zhuǎn)入MEC平臺(tái)內(nèi)置的DNS服務(wù)器，域名解析結(jié)果直接返回給用戶終端。如果域名無法解析，則解析請(qǐng)求被發(fā)送到外部DNS服務(wù)器，待解析完成后，相關(guān)域名記錄被緩存在內(nèi)置DNS服務(wù)器上，用于服務(wù)下一次域名解析請(qǐng)求。

4 MEC測(cè)試技術(shù)

MEC功能的測(cè)試環(huán)境如圖3所示。測(cè)試環(huán)境可基于真實(shí)終端和基站，也可通過測(cè)試儀表模擬基站和終端功能開展測(cè)試。MEC功能可單獨(dú)部署，也可部署在基站或核心網(wǎng)設(shè)備上。MEC功能必須與業(yè)務(wù)服務(wù)器相連，用于支持MEC管理接口測(cè)試。

3.1 系統(tǒng)要求

被測(cè)的MEC系統(tǒng)應(yīng)基于X86通用硬件服務(wù)器構(gòu)建。被測(cè)系統(tǒng)應(yīng)安裝具備MEC功能的軟件，且其運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境應(yīng)具備MEC功能。

測(cè)試儀表具備信令監(jiān)測(cè)和分析功能、虛擬化平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性能檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析功能，和系統(tǒng)資源（如CPU占有率等）監(jiān)控功能。測(cè)試儀表可以模擬仿真基站和終端的功能，如生產(chǎn)數(shù)據(jù)流量等。

3.2 測(cè)試項(xiàng)目

MEC系統(tǒng)的測(cè)試項(xiàng)目包括：虛擬化平臺(tái)測(cè)試、部署測(cè)試、功能測(cè)試、管理接口測(cè)試及業(yè)務(wù)測(cè)試。各個(gè)項(xiàng)目的具體內(nèi)容如下文所示。

虛擬化平臺(tái)測(cè)試：

（1）虛擬化平臺(tái)的實(shí)時(shí)性能。

（2）服務(wù)器內(nèi)部不同虛擬機(jī)間的通信能力。

部署測(cè)試：

（1）通過MANO和EMS創(chuàng)建MEC網(wǎng)絡(luò)。

（2）通過專用硬件平臺(tái)部署MEC網(wǎng)絡(luò)。

圖3 MEC功能測(cè)試環(huán)境示意圖

功能測(cè)試：

（1）本地業(yè)務(wù)訪問。

（2）業(yè)務(wù)透?jìng)鳌?/p>

（3）基于目的IP進(jìn)行業(yè)務(wù)過濾和路由。

（4）基于目的IP和端口進(jìn)行業(yè)務(wù)過濾和路由。

（5）業(yè)務(wù)限速。

（6）業(yè)務(wù)阻斷。

（7）業(yè)務(wù)用量統(tǒng)計(jì)與獨(dú)立計(jì)費(fèi)。

（8）業(yè)務(wù)用量合并統(tǒng)計(jì)。

（9）業(yè)務(wù)用量獨(dú)立統(tǒng)計(jì)。

（10）終端移出MEC覆蓋區(qū)時(shí)，支持切換下的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

（11）終端移入MEC覆蓋區(qū)時(shí)，支持切換下的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

管理接口測(cè)試：

（1）與應(yīng)用程序通訊接口。

（2）注冊(cè)和注銷服務(wù)。

（3）平臺(tái)服務(wù)能力列表查詢。

（4）平臺(tái)訂閱服務(wù)。

（5）平臺(tái)服務(wù)數(shù)據(jù)更新服務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)。

業(yè)務(wù)測(cè)試：

（1）視頻業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

（2）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

5 MEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況

目前，多家運(yùn)營(yíng)商及設(shè)備廠商在多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織或相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)起了面向MEC的研究工作。ETSI于2016年發(fā)布了3份與MEC相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，分別涉及MEC術(shù)語、技術(shù)需求及用例、MEC框架與參考架構(gòu)。

3GPP在RAN3及SA2兩個(gè)工作組分別發(fā)起了3個(gè)與MEC相關(guān)的技術(shù)報(bào)告。其中TR36.933及TR38.801由RAN3工作組發(fā)起，分別關(guān)注對(duì)現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)及基于新空口技術(shù)的5G無線接入網(wǎng)架構(gòu)。TR 23.799由SA2工作組發(fā)起，主要關(guān)注5G核心網(wǎng)架構(gòu)演進(jìn)。

CCSA在無線通信技術(shù)工作委員會(huì)啟動(dòng)了一項(xiàng)研究項(xiàng)目，將MEC系統(tǒng)稱為面向業(yè)務(wù)的無線接入網(wǎng)（SoRAN，Service Oriented RAN）。該項(xiàng)目旨在研究SoRAN方案架構(gòu)、SoRAN應(yīng)用與需求、API接口規(guī)范及對(duì)現(xiàn)有無線設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的影響。

NGMN指出，在網(wǎng)絡(luò)邊緣需要引入一種智能節(jié)點(diǎn)，可部分執(zhí)行核心網(wǎng)功能或者其他功能（例如，基于上下文感知的動(dòng)態(tài)緩存）。在安全性方面，NGMN認(rèn)為MEC可能對(duì)網(wǎng)絡(luò)漫游產(chǎn)生影響。由于本地分流隨著MEC的引入將普遍存在，需要考慮不同網(wǎng)絡(luò)在防火墻策略方面的協(xié)調(diào)性，以確保漫游用戶的體驗(yàn)。

IMT-2020（5G）推進(jìn)組對(duì)MEC的功能及架構(gòu)進(jìn)行了論述，認(rèn)為MEC改變了傳統(tǒng)4G系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)分離的狀態(tài)，使得業(yè)務(wù)平臺(tái)下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)從接入管道向信息化服務(wù)使能平臺(tái)的跨越，是5G的代表性能力。

6 結(jié)束語

MEC通過在無線接入網(wǎng)內(nèi)提供云化的IT能力，實(shí)現(xiàn)了近距離、超低延時(shí)、高帶寬以及實(shí)時(shí)訪問無線網(wǎng)絡(luò)信息和位置識(shí)別為特征的服務(wù)環(huán)境。MEC不但為應(yīng)用開發(fā)者和內(nèi)容提供商提供了全新的業(yè)務(wù)開發(fā)環(huán)境及用戶體驗(yàn)，而且促進(jìn)了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)從接入管道向信息化服務(wù)使能平臺(tái)的跨越，是5G的代表性能力之一。MEC因此正成為計(jì)算機(jī)及通信行業(yè)新的熱點(diǎn)。眾多IT及電信設(shè)備廠家，正在通過包括ETSI在內(nèi)的不同標(biāo)準(zhǔn)化組織推進(jìn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工作，以希望MEC成為開放的平臺(tái)，支持不同方案及產(chǎn)品的集成融合，促進(jìn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

但是，MEC的推進(jìn)也面臨著一些問題。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來看，數(shù)據(jù)平面的控制，會(huì)話連續(xù)性支持，網(wǎng)絡(luò)能力開放支持，策略框架及計(jì)費(fèi)能力增強(qiáng)等新特性意味著網(wǎng)絡(luò)必須在可重配及可擴(kuò)展方面得到進(jìn)一步的強(qiáng)化。從網(wǎng)絡(luò)部署及運(yùn)營(yíng)方面來看，控制部署成本及兼容不同制式的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等問題尚未得到很好解決。

[1]IBM News Releases.IBM and Nokia Siemens Networks Announce Worlds First Mobile Edge Computing Platform.

[2]Y.C.Hu,M.Patel,D.Sabella,N.Sprecher,V.Young. Mobile Edge Computing A key Technology Towards 5G.9, 2015.

[3]Intel.Intel Network Edge Virtualization.https://networkbuilders.intel.com/network-technologies/nev.

[4]3GPP.Study on Context Aware Service Delivery in RAN for LTE[S].TR 36.933,V0.2.0,2016.

2016-10-28）