俞一帆 英特爾中國研究院高級研究員

任春明 英特爾（中國）研究中心有限公司項目經(jīng)理

阮磊峰 英特爾（中國）研究中心有限公司軟件經(jīng)理

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

移動邊緣計算技術(shù)發(fā)展淺析

俞一帆 英特爾中國研究院高級研究員

任春明 英特爾（中國）研究中心有限公司項目經(jīng)理

阮磊峰 英特爾（中國）研究中心有限公司軟件經(jīng)理

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

對移動邊緣計算（MEC）的基本概念及系統(tǒng)架構(gòu)進行了介紹，總結(jié)了相關(guān)的標準化進展，并分析了與MEC相關(guān)的測試技術(shù)。

移動邊緣計算；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；移動互聯(lián)網(wǎng)應用

1 引言

移動邊緣計算（MEC）的基本思想是把云計算平臺遷移到移動接入網(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)務進行深度融合，減少移動業(yè)務交付的端到端時延，發(fā)掘無線網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在能力，提升用戶體驗，從而給電信運營商的運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的基本特點包括業(yè)務本地化、近距離及低時延的業(yè)務交付、為業(yè)務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)共同推出的一款計算平臺上出現(xiàn)。2014年，歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）成立了移動邊緣計算規(guī)范工作組（ETSI Mobile EdgeComputingIndustry Specificationroup），開始推動相關(guān)標準化工作。2016年，ETSI把此概念擴展為多接入邊緣計算（MultiAccess Edge Computing），將邊緣計算能力從電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)進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)的其他標準組織也啟動了相關(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MEC系統(tǒng)的基本架構(gòu)及主要功能模塊進行了介紹，并根據(jù)相關(guān)標準化工作的進展，闡述了與MEC相關(guān)的測試技術(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通用硬件平臺構(gòu)建的MEC服務器。MEC系統(tǒng)

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

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)、平臺管理子系統(tǒng)及邊緣云基礎(chǔ)設(shè)施。前3個子系統(tǒng)部署于MEC服務器內(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)施特指為第三方應用提供的包括計算、內(nèi)存、存儲及網(wǎng)絡(luò)等資源在內(nèi)的基于小型化的硬件平臺構(gòu)建的IT資源池，使其能夠?qū)崿F(xiàn)本地化業(yè)務部署，且方式接近基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的業(yè)務部署。

●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)務主機提供網(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)用應用程序接口（API）的形式，通過平臺中間件驅(qū)動移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用。

●平臺管理子系統(tǒng)

平臺管理子系統(tǒng)的主要功能包括：對移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平面進行控制，對來自能力開放子系統(tǒng)的能力調(diào)用請求進行管控，對邊緣云內(nèi)的IT基礎(chǔ)設(shè)施進行規(guī)劃編排及與對相關(guān)計費信息進行統(tǒng)計上報。

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)應用。除基礎(chǔ)設(shè)施平臺能力以外，NEV SDK還可為MEC應用開發(fā)者提供基于IP業(yè)務的，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)者屏蔽了復雜的電信網(wǎng)絡(luò)控制，即使開發(fā)者對繁瑣的電信網(wǎng)絡(luò)協(xié)不了解，也可進行快速應用開發(fā)。此外，NEV SDK還提供開發(fā)實例程序及基站/核心網(wǎng)模擬器（需向英特爾和租憑伙伴申請軟件使用許可），從而幫助應用開發(fā)者快速搭建接近現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境以便進行快速測試驗證。

3.1 套件架構(gòu)

NEV SDK基于風河公司的NFV解決方案TitaniumServe的部分組件及DPDK實現(xiàn)，需要運行在安裝了英特爾至強處理器的x86服務器平臺上，其部署位置位于無線接入網(wǎng)和移動核心網(wǎng)之間，可實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)能力向第三方應用的開放。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服務功能。

圖2 NEV SDK功能架構(gòu)

能力開放功能基于RESTfulAPI接口實現(xiàn)面向第

三方的能力注冊、調(diào)用鑒權(quán)、調(diào)用訂閱、能力發(fā)布及能力更新，從而實現(xiàn)MEC平臺能力開放子系統(tǒng)的基本功能運行。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（NIS）模塊提供。

路由功能支持MEC平臺路由子系統(tǒng)的基本運行，由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路由服務（NTS）模塊實現(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MEC平臺上的虛擬業(yè)務主機提供網(wǎng)絡(luò)虛擬化支持，路由功能還對MEC系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)流量進行統(tǒng)計。

本地DNS服務功能為接入MEC平臺的用戶終端提供加速的DNS解析服務。

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)格式實現(xiàn)能力開放相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸，支持第三方應用（MEAPP）通過RESTfulAPI來調(diào)用MEC平臺提供的服務（MEAPP Service），即平臺中間件。MEAPP既可以是面向終端用戶的第三方業(yè)務應用也可以是面向能力開放子系統(tǒng)的平臺中間件。

●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平臺上運行的第三方應用。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)務服務器轉(zhuǎn)發(fā)及MEC平臺內(nèi)部虛擬機之間的轉(zhuǎn)發(fā)。

●DNS功能模塊

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

4 MEC測試技術(shù)

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

3.1 系統(tǒng)要求

被測的MEC系統(tǒng)應基于X86通用硬件服務器構(gòu)建。被測系統(tǒng)應安裝具備MEC功能的軟件，且其運行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境應具備MEC功能。

測試儀表具備信令監(jiān)測和分析功能、虛擬化平臺和網(wǎng)絡(luò)的實時性能檢測、統(tǒng)計和分析功能，和系統(tǒng)資源（如CPU占有率等）監(jiān)控功能。測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 測試項目

MEC系統(tǒng)的測試項目包括：虛擬化平臺測試、部署測試、功能測試、管理接口測試及業(yè)務測試。各個項目的具體內(nèi)容如下文所示。

虛擬化平臺測試：

（1）虛擬化平臺的實時性能。

（2）服務器內(nèi)部不同虛擬機間的通信能力。

部署測試：

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

（2）通過專用硬件平臺部署MEC網(wǎng)絡(luò)。

圖3 MEC功能測試環(huán)境示意圖

功能測試：

（1）本地業(yè)務訪問。

（2）業(yè)務透傳。

（3）基于目的IP進行業(yè)務過濾和路由。

（4）基于目的IP和端口進行業(yè)務過濾和路由。

（5）業(yè)務限速。

（6）業(yè)務阻斷。

（7）業(yè)務用量統(tǒng)計與獨立計費。

（8）業(yè)務用量合并統(tǒng)計。

（9）業(yè)務用量獨立統(tǒng)計。

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

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

管理接口測試：

（1）與應用程序通訊接口。

（2）注冊和注銷服務。

（3）平臺服務能力列表查詢。

（4）平臺訂閱服務。

（5）平臺服務數(shù)據(jù)更新服務和數(shù)據(jù)發(fā)布服務。

業(yè)務測試：

（1）視頻業(yè)務體驗。

（2）增強現(xiàn)實業(yè)務體驗。

5 MEC相關(guān)標準發(fā)展情況

目前，多家運營商及設(shè)備廠商在多個標準組織或相關(guān)機構(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SA2兩個工作組分別發(fā)起了3個與MEC相關(guān)的技術(shù)報告。其中TR36.933及TR38.801由RAN3工作組發(fā)起，分別關(guān)注對現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)的增強及基于新空口技術(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。

CCSA在無線通信技術(shù)工作委員會啟動了一項研究項目，將MEC系統(tǒng)稱為面向業(yè)務的無線接入網(wǎng)（SoRAN，Service Oriented RAN）。該項目旨在研究SoRAN方案架構(gòu)、SoRAN應用與需求、API接口規(guī)范及對現(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，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態(tài)緩存）。在安全性方面，NGMN認為MEC可能對網(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。

IMT-2020（5G）推進組對MEC的功能及架構(gòu)進行了論述，認為MEC改變了傳統(tǒng)4G系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務分離的狀態(tài)，使得業(yè)務平臺下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)從接入管道向信息化服務使能平臺的跨越，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，實現(xiàn)了近距離、超低延時、高帶寬以及實時訪問無線網(wǎng)絡(luò)信息和位置識別為特征的服務環(huán)境。MEC不但為應用開發(fā)者和內(nèi)容提供商提供了全新的業(yè)務開發(fā)環(huán)境及用戶體驗，而且促進了移動網(wǎng)絡(luò)運營商的轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)從接入管道向信息化服務使能平臺的跨越，是5G的代表性能力之一。MEC因此正成為計算機及通信行業(yè)新的熱點。眾多IT及電信設(shè)備廠家，正在通過包括ETSI在內(nèi)的不同標準化組織推進相關(guān)的標準工作，以希望MEC成為開放的平臺，支持不同方案及產(chǎn)品的集成融合，促進業(yè)務創(chuàng)新。

但是，MEC的推進也面臨著一些問題。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來看，數(shù)據(jù)平面的控制，會話連續(xù)性支持，網(wǎng)絡(luò)能力開放支持，策略框架及計費能力增強等新特性意味著網(wǎng)絡(luò)必須在可重配及可擴展方面得到進一步的強化。從網(wǎng)絡(luò)部署及運營方面來看，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）