先进技术
MEC应用部署与演进: 从移动边缘连接到大规模边缘计算
日 期:2019-01-18   来源:中国电信股份有限公司北京研究院 杨鑫 段惠斌 沈云 朱雪田

近年来,蓬勃发展的物联网、大视频、大数据作为三驾马车直接推动边缘计算成为信息产业新的热点,物联网、IT、云提供商均推出各种边缘计算产品及解决方案。MEC作为一种新兴技术同样获得电信行业的广泛关注和积极研究,本文分析了MEC发展中业务和成本两大关键问题,提出MEC的不同发展演进阶段,并给出每一阶段的业务和成本分析。

MEC产业发展热情高涨 两大关键问题有待破局

主导运营商一般天然拥有广泛的边缘机房设施,MEC边缘云也普遍被认为是运营商网络云化转型中的重要组成之一,电信产业各方的MEC发展热情高涨,电信运营商希望发挥网络边缘资源优势,并基于MEC开拓云网融合、新兴ICT等业务经营。

从标准上来说,欧洲电信标准协会ETSI在2014年成立移动边缘计算(MEC , Mobile Edge Computing)工作组并推动相关标准化工作,在2016年ETSI将此概念从移动通信网络延伸至其他无线接入网络(如Wi-Fi),拓展为多接入边缘计算(Multi-Access Edge Computing) 。ETSI的MEC标准化工作涉及MEC的功能架构、基于NFV的参考架构、MEC接口及开放API定义、MEC的典型应用场景等。ETSI给出了MEC的七个典型应用场景:无线传输优化(开放无线网络信息,支持应用层和网络层的跨层联合优化视频等数据传输)、边缘智能分析(对监控视频在边缘进行智能分析,降低大规模传输到中心云的网络带宽)、增强现实(开放网络定位能力,给AR处理提供实时辅助信息和缓存等)、密集计算辅助(将计算从终端卸载到边缘云端,并提供低时延支持)、企业专网分流(将用户面流量分流到企业网络)、车联网(在C-V2X场景中,从车及道路传感器实时接收数据进行分析,并将结果极低延迟发送给相关车辆及设备)、IoT网关服务(工业物联网中在边缘聚合、分析物联设备采集上报的大量物联网数据并及时产生本地决策);3GPP定义的5G网络架构在接入网层面将基站重构为CU(集中单元)和DU(分布单元),在核心网层面则遵循控制与转发分离定义了UPF(用户平面功能) ,为边缘计算在5G网络架构中的引入提供了标准化的网络支持。

从现网试点来说,国际上的AT&T、Verizon、软银以及国内的三大运营商在4G现网以及5G试点网络中均开展了MEC业务和技术试点,涉及的MEC业务包括LTE移动虚拟专网、车联网、边缘缓存、室内定位、赛场/场馆直播、VR直播等。以中国电信为例,在浙江宁波、福建福州等地为镇海炼化、招商码头、福耀玻璃等企业提供了移动虚拟专网商用服务、在杭州开展了MEC+CDN试验、在北京未来科技城开展了LTE-V2X+MEC自动驾驶试验、在雄安等地开展了5G VR直播业务演示等。总体来说,运营商MEC业务及试点一般围绕三个目的:4G网络下的政企客户服务提供(LTE虚拟专网、无线监控等)、5G试点网络的eMbb业务演示及验证(VR直播、边缘CDN等)、新业务新技术的验证(室分定位、自动驾驶等)。

从MEC 2014年最早提出到目前已经有将近5年时间,但是无论国外还是国内,MEC目前均未有规模的商用部署,MEC的商业化规模发展较慢原因有很多(如4G网络下的核心网对MEC支持标准未定等、大规模边缘节点对自动化的运维管理要求高、MEC规模部署所需的NFVI基础设施自身尚在发展),其中两大关键问题始终困扰MEC的规模发展:

1)MEC的核心业务与最主要的目标客户群体尚未有定论,从ETSI标准定义到运营商试点中对MEC业务应用场景有广泛探索,但是MEC的最佳应用场景与最主要的目标客户群体目前并无共识。有认为MEC业务刚需少锦上添花的多,有认为业务尚在培育阶段目前需求驱动力尚不足,有认为需要垂直行业深耕提供MEC+行业的整体解决方案。另外作为运营商网络边缘节点的MEC,相比客户侧网络部署的边缘节点(如边缘网关) 也需要有差异化的定位。

2)如何为客户提供相对低成本的MEC交付服务。首先是运营商的MEC建设及运维成本必须是相对低成本的,包括涉及的边缘机房DC化改造、边缘云基础设施及MEC建设、MEC边缘节点的运维成本,在此基础之上客户从运营商可以获取相对低成本的MEC服务。因为边缘计算引入的初衷之一就是降低客户面对大量数据型业务时,采用集中式云中心付出的网络传输、高性能要求等成本,或者自建本地化计算节点的成本,所以运营商的MEC服务需要满足客户综合成本的性价比要求。

云计算领域,AWS在2016年底率先推出面向物联网的Greengrass商用边缘计算服务,Azure在2017年推出IoT Edge,国内的阿里云、百度云、华为云在2018年均推出类似服务,公有云提供商的边缘计算服务在商业化方面已经领先运营商的MEC。其中MEC作为网络通信节点规模部署对网络基础设施改造和投资大、运营商较慎重是一大原因,而云提供商的边缘计算服务相比运营商的MEC,在两个关键问题上是清晰和明确的:

1)Greengrass为代表的云提供商边缘计算核心业务,是针对物联网特别是工业物联网场景下的应用开发者,为物联网海量数据分析处理应用的开发提供了针对性的开发者服务,包括设备的物联协议和转发支持、适合消息事件驱动处理的函数计算、适合边缘数据实时处理分析的流式计算、与云端协同的机器学习等本地AI推理等。

2)Greengrass并不提供具体硬件设备,而是提供软件应用环境以及兼容的硬件配置清单。Greengrass的核心是降低物联网应用开发者的应用开发和运维成本,提供了云端统一的应用开发环境以及存储容器等云端协同服务,支持应用在边缘节点的一键式部署以及云端统一监控管理,而客户可以根据自身需求自行准备边缘节点硬件设备以及网络宽带连接到AWS公有云,为客户提供了最大灵活度以及低成本的部署模式。

MEC的商业实践与未来 部署及演进之路

MEC天生和网络特别是移动网络密切相关,发源于CT网络,同时结合NFV等技术提供IT计算存储等能力。根据我们在MEC上面的研究试点经验以及未来的业务发展判断,我们认为MEC在运营商的部署会遵循三个发展演进阶段。

第一阶段:移动边缘连接(MEC=Mobile Edge Connect)

主要针对有移动、实时、安全这三大互联需求的大中型工厂、园区等客户,结合基站补强+室分增强以及部署MEC提供无线虚拟专网服务,支持移动网络流量本地就近接入政企客户网络,而无须通过移动核心网出口(一般是省会城市)再通过互联网路由回政企客户本地网络。这是具有运营商特色并且当前4G网络有正式商用案例的MEC服务,未来5G网络亦将可以提供同类服务以及向网络切片演进,相比企业自建4G/5G专网以及Wi-Fi等无线网络在一定条件下有优势(具体比较如表1),并且运营商通过移动虚拟专网切入政企客户,针对不同类型客户需求与特点提供不同的ICT整体服务解决方案:

(1)针对IT及运营管理能力强的行业领先客户,提供移动虚拟专网+移动和宽带业务套餐+通信对讲/LBS/物联网等运营商优势服务;

(2)针对IT及运营管理能力不足的一般行业客户,提供移动虚拟专网+移动和宽带+行业云(含基础云资源服务及垂直行业应用云)服务;

(3)针对IT及运营管理能力不足的园区等客户,提供移动虚拟专网+移动和宽带+云资源+视频监控/通信等基础应用,并且电信负责管理运营;

本阶段MEC的核心业务是移动边缘连接,提供基于MEC的本地分流以及上网访问控制和分析等功能,基于NFV或者专用设备,利用已有机房或者在客户机房部署。运营商主要成本除了MEC,主要是基站/小站/室分系统的无线覆盖和容量增强,以及少量传输网络建设及后期的运维,相对较小,一般经综合投资收益分析可行就按照ICT项目制实施。

第二阶段:多接入边缘云(MEC=Multi-Access Edge Cloud)

随着5G到来以及网络云化改造的推进(端局DC化改造、NFV的建设部署),以5G网络建设为契机,在地市一级核心和边缘机房建设固定移动多接入的ICT综合边缘云,MEC随5G UPF统一规划部署,CT类网元(UPF、vBRAS、vCPE等)与IT类边缘应用(vCDN、VR/AR以及第三方的MEC边缘应用等)统一承载在NFVI边缘云基础设施,最大化复用边缘云基础设施及降低成本。ICT综合边缘云首先是NFV电信云,并至少实现NFV虚拟层软件解耦,支持电信网络接入及控制,并提供“应用层”的IT计算存储等。NFVI边缘云即提供满足NFV的高性能转发加速以及资源管理,还提供IT应用的容器化、AI处理的GPU加速、多样化边缘存储(如块、对象、文件)等支持,并基于SDN提供边缘云之间以及边缘云与中心云之间的自动化网络配置和灵活调度。

本阶段MEC不仅是网络流量的本地疏导和路由优化,更多是提供边缘云服务。主要面向视频监控、CDN、VR、游戏等对时延、带宽敏感业务提供边缘IaaS及边缘PaaS,满足自有业务及第三方应用的边缘资源弹性使用,边缘IaaS及云边协同是MEC核心服务,边缘IaaS构建在NFVI基础之上提供安全隔离、认证计费、租户管理等对外的产品化增强及封装,并与中心云协同提供服务(如边缘与中心的云存储的同步归档备份等)。边缘云相比中心云的资源有限,并且优先满足CT网元的资源需求,对外的云主机等IaaS服务的实例种类有限,弹性扩展能力有限,计费周期短,满足客户碎片化的高度动态租用需求。

本阶段的MEC通过固定移动多接入的CT网元与IT应用共享NFVI基础设施并且对外开放边缘IaaS资源,最大化的降低成本和提高收益,此时MEC将由运营商纳入网络云化整体演进统一规划,统一推进落地实施,国内运营商规模的多接入边缘云节点预计几十到几百不等。

第三阶段:大规模边缘计算(MEC=Massive Edge Computing)

随着云VR、智能机器人、车联网/自动驾驶、工业互联网等业务的发展及壮大,边缘计算的业务需求显著增多,MEC从边缘DC大量下沉到接入局所,边缘计算节点规模化增加,大量边缘计算节点部署在非标准化数据中心机房,采用定制服务器满足散热制冷要求,同时增强监控告警、故障恢复等功能,满足远程运维为主的管控要求。越靠近边缘,资源越受限,边缘节点需要提供轻量化的计算方案,降低虚拟化及管理控制所消耗的资源占比以提升资源效益。另外相比部署在边缘DC,边缘节点部署数量与规模动态变化比较大,对MEC分布式边缘节点之间的资源调度、应用迁移等提出高要求。MEC对边缘资源的精细化运营效率和运维成本将决定MEC的商业效益。

本阶段MEC将提供大规模物理分布式部署但是集中化管理控制的边缘计算服务,包括了区域化的边缘云节点以及众多小规模的边缘节点(从几百到几千甚至几万)。MEC的主要业务是边缘IaaS及边缘PaaS,同时MEC的核心是将分布式的各种边缘节点形成一个统一的边缘计算网络,对应用层透明,支持自有和第三方应用在云和边缘、边缘节点之间实现计算、存储、数据、内容的合理分布,以最大化提升效率和降低成本,实现泛在计算。

边缘计算是整个ICT产业发展到一定阶段必然兴起的一种计算模式,是云化集中之后又分布式发展的螺旋式上升。我们认为运营商顺应产业趋势布局边缘计算特别是发展MEC,对机房资源盘活、网络优化重构、云网融合经营具有重要意义。随着5G到来,MEC的商业化进展必将加快并促进相关产业的大发展。

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