面向5G 网络的MEC 关键技术与实现分析

陈 强

（中国电信股份有限公司上海分公司，上海 200122）

0 引言

5G 的出现为网络演进提供新的方向：基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）进行虚拟化，进行扁平化扩展与增强，核心网用户面功能下沉到基站。移动边缘计算（MEC）旨在通过将移动网服务环境与云计算在边缘节点相结合，改善组网环境，是向5G 过渡的关键技术[1][2]。MEC 将云数据中心的服务和功能转移到网络的边缘节点，在网络边缘提供计算、存储、网络和通信资源。MEC 以“云网融合，云网协同”为目标，将网络边缘的虚拟（云）化资源与核心网络的资源相结合，提供公有云、私有云及混合云三位一体的服务[3]。MEC 技术通过为移动网边缘提供强大的云计算能力，满足了本地化业务、近距离部署的功能要求，极大地提高了用户体验。同时，通过MEC 技术，移动网络运营商可以将更多的网络信息和网络拥塞控制功能开放给第三方开发者，并允许其提供给用户更多的应用和服务[4]。

1 MEC 驱动力

1.1 业务体验提升

运营商运用各种技术是为了不断提升用户的业务体验。高质量流媒体带来高流量，不仅增加运营厂商的运营成本，也给运营商骨干网带来巨大压力[5]。从网络侧来看，用户访问所需时间越少则业务体验也越好。例如，中国区某局点实测结果显示，视频业务的时延减少10ms～15ms，对应的vMOS 值可以提升0.1～0.2。减少业务时延的最简单的方法便是将平台服务器部署到靠近终端的位置。距离变短，相应地就可以缩短用户访问业务的时延，从而提升用户的业务体验。

当前主流内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）厂商的节点已经大量下移，部署位置在发达地区已经下移到地市，比核心网网关的部署位置更低。如果要让移动用户也能够就近访问本地的CDN 业务服务器，则要求网关用户面的部署也要下移部署，或者支持用户面的本地分流能力。这样便可以降低用户的访问掩饰，提示用户体验。

1.2 业务本地闭环

在企业园区、工厂、港口、场馆，以及工业互联网等场景，通常都在本地部署了业务服务器，为本地单位的专用设备、员工提供服务。这些业务有一个特点，就是业务的提供方和消费方都在一个区域范围内，相关业务流包括工业生产、企业运营等敏感数据，希望能够就近本地访问，本地闭环，提升访问效率的同时还可以保证安全可信。

在没有MEC 解决方案的情况下，这类场景的业务，企业通常都是通过有线网络或者自建Wi-Fi 网络来实现，但是Wi-Fi 网络固有的不足，如覆盖范围小、不可靠传输、移动性差、安全性较差等，都导致企业不愿意选择Wi-Fi 技术建网，甚至已经选择Wi-Fi 建网的企业，也在寻求切换到4G/5G 接入的方案。

1.3 园区专网

园区业务场景，对本地闭环的数据安全性要求更高，如政企、党政军、电力、港口等，要求数据不出园区的。这样如果采用公网接入的方式，无法满足其对数据安全可信的严格要求的，这时就需要采用园区专网的建网方案。

园区专网建网时，新建专用核心网，无线网络频谱可以新建独享，也可以与大网共享。MEC 在业务园区单独部署网络的架构如图1所示。

图1 MEC在业务园区单独部署网络示意图

场景一：园区与公网之间。频谱独享方案为：园区网频谱独立于公网，小区和TA 相互独立；频谱共享方案为：园区PLMN 独立，基站基于PLMN 配置园区和公网的资源占比。

场景二：园区之间。频谱独享方案为：每个园区独立频谱，小区和TA 相互独立；频谱共享方案为：各园区基站独立，但可与公网基站共站或园区间共享基站，要求不同园区的PLMN 独立。

园区专网通过专用的无线网络和核心网，以及核心网就近部署，支持业务本地分流和数据不出园区，实现安全、可信、高效的园区网络。

2 建设性解决方案概述

2.1 ULCL 本地分流

3GPP 针对于5G 用户面的数据分流定义了ULCL（Uplink Classifier）功能，即上行分流器。ULCL 是对上行业务数据分流，并对分流后的下行数据聚合的一个处理节点[6]。

UPF 有两种形态，一种是UPF PDU Session Anchor后续简称为UPF PSA，另一种是UPF Uplink Classifier后续简称为UPF ULCL。

ULCL 分流方案通过动态分流策略实现，以URL/UE 位置/目的IP 端口为分流维度实现业务分流[7]。一个典型的ULCL 会话框图如图2所示。

图2 ULCL会话框图

UPF ULCL 作为分流器，针对（R）AN 通过N3 接口上送的上行GTP 隧道里的IP 报文，做L34（IP 地址+端口号）的规则匹配，或针对DNS 报文进行L7（DNS域名）规则匹配。对于规则匹配成功的业务流，将通过N9 接口传递到UPF PSA2（UPF ULCL 和PSA2 可以分设或合设），再通过N6接口访问到本地DN（N6接口上通常需要NAT 处理，下同）。

对于未匹配规则的业务流，则通过N9接口传递到UPF PSA1主锚点，之后经过主锚点的N6接口访问到中心DN（一般情况下是互联网）。

2.2 专网隔离

典型的企业网隔离框图如图3所示。

图3 企业网隔离示意图

（1）无线网络隔离：在园区业务部署初期，各园区和公网资源在无线侧完全共享，不隔离。随着园区业务的发展，为避免公网业务以及园区间业务的相互影响，很多大型企业要求自身的无线资源独占。这要求无线频谱独享或者共享频谱下的无线处理资源独占。共享频谱的场景下，基站可以通过PLMN、切片来配置不同园区的资源占比，实现无线资源独占。

对于PLMN 申请受限但有多余频谱的运营商，为保证园区无线资源独占，在PLMN 共享的前提下，园区的频谱/TAI/Cell 独立于公网。频谱共享：对于无多余频谱的运营商，园区和公网频谱资源共享，对于园区大网规划一个统一的园区PLMN。对于同时服务于公网和园区的基站，支持基于PLMN 灵活配置园区和专网不同资源占比，实现园区资源独立于公网资源。基站支持根据园区切片配置不同切片的无线资源占比，实现园区的无线资源独占。

（2）核心网络隔离：园区和公网业务的业务模式不同，建议园区网单独建设UDM/PCF；不同园区的SMF&UPF 可以根据隔离性要求按需共享部署，不同园区可以根据切片隔离。但为了避免海量无线对接，园区与公网的AMF 建议统一建设，有利于未来既有园区属性又有公网属性用户的接入管理。除非在某些高隔离性且成本不敏感的场景，才做AMF 独立建设。

2.3 三方APP 集成部署

在ETSI MEC01002 规范中，对各个管理接口以及APP生命周期管理的流程做了清晰定义包含应用包上传、应用实例化和应用终结。一个典型的MEC 参考架构如图4所示。

图4 MEC参考架构

在应用实例化前，应用包需要上线到MEAO，使用Mm1 接口，流程如下：①OSS 系统向MEAO 发送应用包上传请求，MEAO 对应用包的合法性做检查；②MEAO 响应请求消息，并将应用包存放在软件仓库中，确认应用包在边缘侧上线可用；MEAO 支持对应用包的管理，支持应用包信息查询，注销应用包，激活应用包，删除应用包。

应用包可用后，应用的实例化流程如下：①OSS 系统发送应用请求到MEAO（Mm1接口）；②MEAO 检查应用实例配置信息并授权，MEAO 将实例化请求下发给ME PM（Mm3 接口）；③MEPM 发送资源（CPU、存储和网络资源）请求到VIM；④VIM 分配相应资源，如果当前应用镜像可用，则会拉起应用。并给MEAO 回复响应消息；⑤MEPM 下发应用的业务配置到MEP 平台（Mm5 接口），包含：流量规则、DNS 规则以及应用所需的其他可选服务；⑥MEP 将流量规则、DNS 规则等配置到应用实例上，待实例正常运行后激活流量规则和DNS 规则（Mp1 接口）；⑦MEP 平台回复响应消息给MEPM；⑧MEPM 回复响应消息给MEAO，并反馈应用实例相关信息；⑨MEAO 回复OSS 应用实例化响应消息给OSS。

应用的终结流程如下：①OSS 向MEAO 发送应用实例终结请求，消息中包含具体应用信息；②MEAO授权请求，并确认请求实例存在，并将实例终结请求发送给MEPM；③MEPM 发送实例终结请求给MEP；④MEP 终结应用实例；⑤MEP 回复应用实例终结响应消息给MEPM；⑥MEPM 向VIM 请求资源释放；⑦VIM 释放资源；⑧MEPM 回复响应消息给MEAO；⑨MEAO 回复响应消息给OSS。

2.4 典型应用场景

（1）视频优化：在边缘部署无线分析应用，辅助TCP 拥塞控制和码率适配，提升视频业务的传输效率。

（2）视频流分析：在边缘部署视频分析应用，识别视频中的人、物、事件等，业务本地闭环，减少发往核心网的数据量。

（3）企业分流：通过部署支持边缘分流的网关，对企业本地业务流精准分流，同时支持Internet 业务访问的能力。

（4）车联网：V2X 服务器部署到边缘，通过收集车辆和路侧传感器的数据，并将相关数据及时传递给周边车辆。车联网应以是典型的低时延应用，对低时延的要求非常高。

（5）物联网：及时发现和处理各种设备产生的信息。

（6）增强现实：边缘应用快速处理用户位置和摄像头图像，给用户提供实时的辅助信息。

（7）辅助敏感计算：辅助时延敏感的数据计算，提供稳定、高性能的计算。[8]

2.5 MEC 独特价值

在使用七大场景，满足更多业务诉求，MEC 解决方案有如下的独特价值[9]：

（1）提升业务体验：内容源下移部署，就近访问，时延更短，业务体验更好。

（2）数据本地闭环：用户面支持本地分流特性，本地数据边缘闭环，同时兼顾Internet 数据访问。

（3）专网专用：支持专用无线网络和专用核心网，提供更高的安全、可信网络服务。

（4）三方APP 集成：支持第三方APP 快速集成上车，丰富本地业务，缩短TTM。

（5）构建本地生态：支持服务治理和API 开放能力，在本地构建生态环境。

3 结束语

MEC 作为5G 的关键技术之一，通过将业务平台部署到网络的边缘，为用户提供更低延时、更高带宽的数据业务服务[10]。本文主要对MEC 系统从业务体验提升、本地业务闭环、园区专网三个层面进行阐述。随后，介绍几个MEC 技术的解决方案及应用场景体现MEC 的独特价值。相信MEC 技术将会5G 发展中的热点问题。