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结合应用场景的智慧园区MEC部署实践

发表时间：2021/5/13 来源：《城市建设》2021年4月作者：吴彤1 吴猛2

[导读] 5G作为未来几年移动通信技术的主推方向，与上几代移动通信技术相比，性能上有着革命性的变化：终端承载数量、服务响应时延、网络转发速率三项指标都有巨大的提升。随着ICP（互联网内容提供商）的应用和服务向画质极致化、交互复杂化、响应即时化方向发展，将出现因庞大的移动终端接入带来的公共网络拥塞，如何在满足用户需求的情况下，降低对互联网访问压力，MEC是当前行之有效的解决方案。

1中通服咨询设计研究院有限公司吴彤1
2南京南瑞信息通信科技有限公司吴猛2

摘要：5G作为未来几年移动通信技术的主推方向，与上几代移动通信技术相比，性能上有着革命性的变化：终端承载数量、服务响应时延、网络转发速率三项指标都有巨大的提升。随着ICP（互联网内容提供商）的应用和服务向画质极致化、交互复杂化、响应即时化方向发展，将出现因庞大的移动终端接入带来的公共网络拥塞，如何在满足用户需求的情况下，降低对互联网访问压力，MEC是当前行之有效的解决方案。
关键词：智慧园区；MEC；实践
        1.MEC概念和架构
        多接入边缘计算（MEC）在移动数据网络的边缘提供巨大链接数、超高带宽、极低时延响应的数据处理、内容分发、数据缓存等传统ICT所不能提供的能力和服务，极大地解决了ICP（互联网内容提供商）在提供更复杂、更高质量的应用时带来的额外技术设施成本。
        多接入边缘计算是将原本位于互联网中的服务器或数据下沉至靠近用户侧的5G核心网边缘，ICP使用虚拟化或容器技术，将计算能力部署在MEC的服务器侧；当用户需要访问和使用该ICP提供的应用时，边缘网不再将用户的访问连接发送至互联网中的服务器上，而是转发至边缘服务器上，由部署在本地的服务器来处理并返回结果。
        MEC优势包括降低对公共网的负载压力；降低高画质应用的传输和存储成本；降低终端到服务端之间的响应时延；推动新的运营和商业模式。
        2.MEC的应用和场景
        2.1本地流量分流类
        5.GMEC通常部署在接入、汇聚、核心机房三个位置将用户面功能UPF下沉到网络边缘侧，本地流量分流可采用三种方案：上行分流（UL Classifier）、IPv6多归属（IPv6 Multi-homing）以及本地数据网（Local Area Data Network)。
        其中UPF（用户端口功能）承担分组路由和转发在内的多项能力，根据特定的情况，将部分跨域流量导向本地处理，避免所有流量全部流经中心网络点，增大线路建造成本及线路的传输负载。
        2.1.1 ULCL上行分流
        适合访问智慧园区内的本地业务的场景，如访问企业园区内网、车联网等。
        在UPF处，将来自用户UE的流量，与SMF发送的分流规则进行比对，将满足条件的特定数据流量导向本地DN。
        2.1.2IPv6多归属
        基于IPv6协议适合用在物联网及对可靠性要求较高的专用网络。
        IPv6的PDU会话在一般情况下可以与多个IPv6的前缀相对应。多归属PDU经过与之相对应PDU会话查看数据网络，根据这一属性，将某一单独IPv6地址分配给UE，作为特定边缘计算点。通过SMF规则将来自UE的流量按规则分配给不同的UPF，并将其中一部分用于分流使用导向本地DN。
        2.1.3 LADN本地数据网络
        基于特定DNN的一种本地流量卸载模式，用户终端通过位置是否在企业园区内判定是否建立特定的PDU会话，通过LADN进行访问，实现本地网络接入和访问[1]。由SMF给AMF提供位置定位并进行上报，用户UE出现在园区内即LADN覆盖范围内时，AMF收到SMF发送的定位信息，指引并接入本地数据网络PDU会话到本地DN；如果用户不在园区覆盖范围时，SMF则无法获取UE定位信息，则无法进行接入，将断开PDU会话。
        2.2业务优化提速类
        2.2.1边缘计算与CDN服务
        内容分发网络CDN(Content Delivery Network）服务，是在互联网中选择终端用户相对集中的区域部署缓存服务器，在用户访问ICP URL并加载相关资源（文字、图片、音视频等）时，通过全局服务负载均衡技术，将访问请求分发到距离最近且正常工作的CDN节点服务器上，直接响应用户的数据请求。

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        随着5G技术成熟，用户对高清直播、云游戏等高带宽、低时延的应用需求，现有的CDN架构不能满足内容厂商和用户的用户，一种新的基于5G基站和边缘计算服务的CDN部署方式逐进入人们的视野。
        通过结合5G SN组网，部署MEC，可以作为更加灵活、小巧的CDN节点，用户的请求在MEC处进行分流，将CDN流量引流至MEC-CDN节点，降低响应时延，提升网络效率。
        2.2.2视频资源预处理
        现有技术体系下的监控系统因探头算力、平台智能化、大数据治理和分析、三方传感和生产设备联动等能力受到软硬件改造成本的制约，劣势逐步显现，因此基于边缘计算和分布式视频预处理技术构建的监控系统，显示出巨大优势：冗余视频图像去除，降低传输和存储成本；视频图像预处理，前置数据治理，提升图像分析效率；集成三方平台联动接口，降低反馈周期和时延。
        3.MEC部署建议
        3.1部署模式
        MEC物理主机将根据业务场景选择相应的部署位置。MEC服务器可以从接入基站附近到汇聚核心网的任何地方进行部署，部署位置主要分为四种：
        一，MEC部署在边缘接入层。利用运营商本身基站数量的优势，最大程度地靠近边缘，降低时延，服务车辆网、增强现实等移动性场景。
        二，MEC与UPF部署在边缘汇聚层。MEC系统的逻辑位置在UPF之后，数据先经过UPF转发之后到达相对应的MEC主机上，会增加一部分数据转发时间，时延会比第一种稍大，可满足AR/VR业务、移动视频监控、移动广播等业务需要。
        三，MEC部署在地市汇聚层。主要为城市级业务应用服务及边缘层接入数据的汇总处理等，如智慧城市、智慧水电等应用。适用大数据量的非实时计算应用场景，比如AI模型训练。
        四.与省级核心网并排。提供5G核心网业务功能、控制面网元、资源编排和能力开放等。适用较高带宽和有一定时延的场景，如视频分析、云游戏等。
        3.2部署策略建议
        5G建设初期，重点满足视频类行业和企业园区本地流量分流场景。以企业集中的综合性园区、5G实验场景为主要目标，在相同协议下独立部署贴近用户的园区机房的UPF和MEC边缘云，在靠近用户端的机房集成部署UPF和MEC设备，或直接在客户机房单独部署定制化设施。单独部署的优势在于节省运营商机房资源，减少数据延迟。
        5G建设中期，随着各类标准完成制定，各行业需求逐渐明朗，可以随CDN一起下沉到地市重要汇聚机房。
        5G建设后期，部署位置可以进一步下沉到边缘汇聚机房，可根据不同业务个性化定制转发面和控制面网元。
        3.3运营模式建议
        在边缘计算中仅提供业务到边缘计算的连接功能其盈利能力有限，应该重点考虑利用边缘计算去除业务单一的标签，实现从网络提供商向业务运营商、服务提供商转变。根据边缘计算适用场景，构建整个边缘计算的生态画像。联合生态伙伴进行生态运营，可借鉴三种运营模式。
        合作分成模式：为服务提供商提供边缘计算平台能力，用户向服务提供商购买标准化产品，进行收益分成，VR云游戏等较适合。
        云网基础设施收费模式：适用于智慧园区解决方案提供商，嵌入边缘计算服务，联合OTT服务商，提供边缘计算底层基础设施、MEC应用程序托管服务，提升整体方案能力。
        业务功能收费模式：服务于业务集成商，如物联网厂商等，提供覆盖全国的边缘计算节点资源，根据业务模块调用情况和使用量收费。
        4展望和总结
        在全球边缘计算推进浪潮下，传统电信运营商能够充分施展自身部署管网的优势，推动云网边平台融合，在交通运输、VR/AR，远程医疗、电商购物等领域，将整合构建新的生态和价值链，为运营商、集成商、平台商、OTT四方共赢提供无限可能。
参考文献
[1]高伟,方德洲,倪淼.5G边缘计算节点部署方法研究[J].电信工程技术与标准化,2020(01).