边缘计算技术在企业专网中的应用

程淑荣，刘洁，林奕琳

1 引言

近年来，基于4G网络提供的高速传输能力，移动视频业务得到了迅猛的发展，网络剧集、娱乐节目、视频直播等各种应用给移动视频业务带来了空前繁荣的景象，但同时也带来了巨大的数据流量。随着4K高清视频成为主流，以及8K超高清视频、VR/AR技术的出现及应用，视频业务将带来更为庞大的数据流量，这给网络带来了巨大的挑战。在此情况下，本地分流成为必然的选择。欧洲电信标准协会ETSI在2014年正式提出MEC（Multi-access Edge Computing，边缘计算）的标准草案并发布了MEC技术白皮书，定义了边缘计算技术及其应用场景，随后3GPP组织也将MEC定为5G网络的一个重要功能。ETSI提出了MEC的七大应用场景，包括智能移动视频加速、监控视频流分析、AR、密集计算辅助、在企业专网中的应用、车联网、IoT网关服务，本文主要探讨MEC在企业专网中的应用。

2 MEC概述

从本质上说，MEC就是一种本地分流技术，是一种将云计算能力下沉到靠近用户端网络边缘的技术。传统的网络是由核心网络提供计算及存储能力，而MEC可以在无线接入端提供计算及存储能力，二者相比，MEC更靠近用户端。

MEC使得运营商和第三方业务可以部署在靠近用户附着接入点的位置，通过降低时延和负载来实现高效的业务分发。3GPP定义了5G网络支持边缘计算的功能，图1是MEC系统在5G网络中的位置示意图。5G网络对MEC的支持有多个方面：

（1）流量识别和本地分流：5G核心网识别本地流量，选择UPF，并将用户流量路由到本地数据网。

（2）会话和业务连续性：在用户或AF发生移动或迁移时保持业务和会话的连续性。

（3）用户面选择和重选：根据AF的要求或其他策略实施用户面的选择或重选。

（4）网络能力开放：5G核心网和AF通过NEF进行交互，实现对网络功能的调用。

（5）QoS和计费：PCF为本地流量提供QoS控制和计费规则。

边缘计算架构可以分为3个层级：系统层、主机层、网络层，如图2所示。

在主机层，移动边缘主机包含虚拟化基础平台、移动边缘平台以及移动边缘APP等：

（1）虚拟化基础平台：虚拟化基础设施提供计算、存储和网络资源，为APP提供资源、执行移动边缘平台收到的流量规则，进行流量转发和路由等。

（2）移动边缘平台：给APP提供环境和服务如获取无线网络信息、定位信息以及带宽管理等；接收流量规则并与虚拟化基础平台交互等。

图1 MEC系统在5G网络中的位置示意图

（3）移动边缘APP：APP可以由运营商提供，也可以由第三方厂商提供。APP运行在虚拟化基础设施的虚拟机上，与移动边缘平台之间交互，并提供移动边缘服务。

移动边缘主机层管理主要负责有关虚拟化资源的分配、释放，APP生命周期管理，APP规则和需求管理等功能。

在系统层，移动边缘系统层管理部分主要包括移动边缘编排、运营支撑、用户APP生存周期管理代理等功能模块；负责维护可用资源、服务及网络拓扑等，为APP选择移动边缘主机，触发APP实例化；负责用户APP生存周期管理代理，让UE的APP可以请求一个用户APP的加载、实例化和终止。

3 MEC在企业专网的应用

3.1 现存的问题和需求

图2 移动边缘计算架构

目前在企业办公方面，除了传统的桌面电脑外，笔记本电脑、智能手机、平板电脑等移动终端越来越多地被投入到办公中。为了使移动设备接入企业专用网络，企业业务也迁移至云中心，但这种方式存在着一些问题：

（1）对大文件传输的支持不够好：企业在进行数据库文件备份、视频文件传输等情况下，需要将十几到几十G的文件在云端和本地之间传输，即使忽略网络中断的风险，其上传和下载都会相当耗时。

（2）在线点播场景体验差：视频课件上传和点播是校园和培训企业的常用应用，受网络环境影响，上传经常会耗时较长，实时性不强。同时，播放过程也时常会出现随机性卡顿，使用体验较差。

（3）移动OA服务不稳定：部署在云端的OA业务，受到公网网络环境、机房环境、局域网环境等影响会存在稳定性差的问题，有时会出现企业邮箱无法登陆、移动考勤定位不准确而无法打卡等故障。

这些问题主要源于数据的长距离传输，为了解决这一问题，可以引入边缘计算技术，将业务平台本地化，让大流量业务本地产生、本地终结。图3为MEC平台在企业专网应用的示意图。

3.2 应用方案

图3 MEC平台在企业专网应用的示意图

结合5G技术，可以为企业专网应用设计一种基于5G边缘计算技术的端到端解决方案。企业用户通过5G移动终端接入，企业应用部署在MEC平台，并由切片技术进行业务隔离。MEC平台提供PaaS环境，企业用户可以根据自身需求，选择不同的应用如移动OA、即时通信、客户关系管理等。

在终端侧，用户除了通过手机接入外，还可通过5G CPE以有线或Wi-Fi方式将PC机、打印机等设备接入网络，实现移动办公。在网络侧，CPE及手机终端可接入办公区附近的5G基站，由5G网络提供通信服务。本方案设计了两类业务场景，分别是本地办公区使用企业云业务、异地使用企业云业务。图4为解决方案示意图。

用户在本地办公区域使用企业云业务时，通过5G基站到达用户面网关后的MEC平台后，即可访问部署在MEC平台的企业云业务，包括移动OA、即时通信、客户关系管理等业务，业务传输路径短，有效地降低了时延，提高了响应速度。为中小企业提供专网服务，提供QoS保障，满足4K视频的传输需求及企业数据存储容量，满足企业组网、网络性能、软件服务、数据安全等需求，从资源优化方面帮助企业提高效益。当企业云用户访问公网业务时，可通过边缘及集中设置的用户面网关来完成Internet访问。当企业云用户离开办公区域时也可以访问企业云业务，这给用户带来随时随地办公的便利，充分体现了移动办公的优势。

利用MEC和5G技术，运营商可以为中小企业用户提供覆盖企业园区的高速、安全可靠、成本低、使用简便、可扩展性好的专用网络。作为业务平台，MEC平台为企业提供本地化的云服务，如图5所示，包括云存储、移动OA、企业沟通、客户关系管理、商业智能等。平台将企业的核心业务数据与非核心业务数据相区隔，核心业务数据外网不可访问，从而满足网络的安全性需求。

3.3 技术方案分析

（1）5G无线接入，实现高速无线接入

图5 MEC平台上企业云应用框架图

目前宽带局域网环境，接入设备的数量受带宽限制，单个设备的网速波动较大。本方案采用5G接入，设备接入便捷且灵活，5G的高空口带宽为局域网内多设备共享带宽提供了更好地用户体验。根据ITU的定义，5G下行链路峰值速率为20 Gbit/s、下行链路平均速率为100 Mbit/s、上行链路速率为50 Mbit/s，增强移动宽带场景的空口双向时延为4 ms、低时延高可靠场景空口双向时延为1 ms。相比4G下行平均10 Mbit/s的速率以及10 ms的时延，企业用户通过5G移动网络接入，基于5G极高的空口上下行速率和低时延，可实现大型文档、视频文件的快速传输，使得视频通话、视频会议、高清视频点播、VR等应用可获得良好的用户体验。

（2）基于边缘计算技术的云平台

1）提供云环境，企业无需自建局域网，使用灵活

传统企业办公一般通过宽带接入互联网，企业需要购置服务器、路由器等硬件，并搭建企业局域网。随着企业规模及员工人数的增长，局域网也要随之扩容。这种方式不仅投资高，而且网络及设备的运行维护成本也是一笔不小的开支。通过本文的解决方案，企业不再需要建设局域网，也无须进行网络维护；应用可即时开通，随时扩缩容；用户使用灵活，随时随地接入办公，成本更低，效率更高。

基于开放的MEC云平台，可针对企业网应用提供通用的组件服务，提供PaaS服务定制和生成环境。部署在MEC云平台上的企业应用可以按需调用这些组件服务，减少开发成本，同时可以增强企业IT架构的灵活性和扩展性。另外，在MEC平台，企业云提供的云存储提供加密存储功能，可满足企业核心业务数据与非核心业务数据相区隔的需求。

2）业务访问本地化

MEC平台部署在下沉的用户面网关附近，在地理位置上靠近用户。业务部署在MEC云平台，用户可就近访问，数据实现本地路由，带来专网体验。而且，通过MEC实现的本地流量疏导，大大减少因路由环回带来的时延，可以实现高带宽、时延低的业务环境，解决企业应用体验差的问题。

（3）5G网络切片

1）利用5G网络切片技术，构建企业网切片，实现业务安全隔离。企业网切片实现企业云业务在网络上与其他业务相隔离。为企业云应用构建不同的网络实体，是端到端切片网络，包括终端、接入、传输、核心网和云，是逻辑上与其他业务相互隔离的专用网络，确保不受其他切片的业务干扰。切片的资源如虚拟服务器、网络带宽、服务质量等都可得到充分保证，切片之间相互隔离，企业网切片不会受到其他切片的故障影响。

2）网络资源可定制。5G是基于服务化架构的网络，具有可编排的能力。面对不同企业用户的个性化网络需求，企业云切片可以提供功能按需定制、动态编排、按需扩缩容的能力，使网络更加灵活、高效地适应业务需求。

综上所述，基于5G边缘计算技术的企业专网应用方案可解决中小企业的信息化问题，满足其存储、办公一体化需求。从网络环境到业务平台，都为用户提供了便捷、高速率、安全、灵活的服务。

4 结束语

本文提出的基于5G的MEC企业专网应用方案可以为中小企业提供一站式的信息化服务，包括无线组网、管理软件、应用服务等，促进互联网和信息技术在企业生产制造、经营管理、市场营销各个环节中的应用，能降低中小企业信息化应用成本，实现资源最大优化，推动中小企业的信息化发展。对于正处于成长期、资金和人才资源有限的中小企业来说，通过这种专网应用方案，可直接开通所需网络及办公应用服务，不仅减少设备支出和维护工作，更重要的是将企业的主要精力从非核心环节解脱出来，从而更好地关注和推动核心业务的发展。综上所述，这种应用可帮助企业实现轻网络办公，提高办公效率，也可产生较好的经济和社会效益。