基于5G的MEC网络架构与部署策略

赵之健，陈平聂，王修雄

（1.北京电信规划设计院有限公司，北京 100048；2.中讯邮电咨询设计院有限公司，北京 100048；3.中讯邮电咨询设计院有限公司 广东分公司，广东 广州 510627）

0 引 言

5G网络架构综合运用了模块化、服务化以及转发分离和控制，同时结合网络切片、云原生、NFV/SDN等关键技术，其发展催生了MEC网络架构和部署。5G网络的研发、应用及推广对不同行业的智能化、数字化、新业态以及新技术的应用提供了极大驱动力[1]。

1 5G的MEC网络架构重构必要性分析

从2G到3G、4G、LTE，全球的网络通信技术不断发展并实现了深度融合。我国三大运营商在这一过程中也进行了不断革新，从2016年和2017年就开始着手建设智能化网络，改变传统的网络运营模式和网络架构、部署，希望以此提升行业竞争力和运营商主体的网络资源优势[2]。

为实现5G网络的全云化发展和部署，我国三大运营商就DC进行了大量改造，充分借助MEC技术、SDN/NFV技术等实现网络设备虚拟化，同时引入网络能力开放、网络功能虚拟化实现5G网络全面网络重构，目前已经形成了具有代表性的DC通信云网络架构[3]。

2 MEC及5G应用功能特性

2.1 MEC

ETSI标准组在4G、5G网络发展基础上提出了多接入边缘计算（Multi-access Edge Computing，MEC）概念，作为新型架构方式能够在数据中心（Data Center，DC）基础上进一步靠近用户的边缘位置，给用户提供需要的云计算技术和用户所需求的具体服务。该技术的应用真正实现了MBB核心网络业务、用户需求内容及应用的统一部署调度，而且其靠近终端用户网络边缘，实现了业务靠近用户处理，另外还实现了网络、应用及内容的完美协同，保证用户具备更加可靠和人性化的业务体验[4]。

2.2 MEC的5G应用功能特性

MEC技术因其优越性在5G网络业务建设中具有很好的应用性，应用MEC技术后5G网络的核心能力和主要功能特性如下所示。

2.2.1 本地业务分流

作为MEC技术的基本特性，其综合利用了业务分流技术及不断发展的网络流量识别技术，这些新技术的综合运用和协同实现了5G网络的差异化策略控制、合法监听以及流量/内容计费的实际需求，保障了5G网络业务应用的近距离部署，也为5G网络业务应用本地化提供了重要基础，满足不同运营商和不同用户网络融合的任务场景需求。

2.2.2 内容和业务缓存与加速

MEC技术的应用能够充分结合用户和不同业务适用习惯的需求进行调整，实现访问内容的本地缓存。以此来降低用户访问内容资源和业务的具体时延，对提升用户业务体验和用户服务质量水平具有重要作用。除此之外，MEC技术在5G中的应用也有效减少了链路拥堵，降低了建设成本，优化了5G网络流量[5]。

2.2.3 高可靠、低时延服务

MEC技术在5G网络中的应用有效实现了计算符合的网络边缘化迁移，同时还能够提供边缘智能服务及辅助计算，有效降低了终端成本、计算服务时延以及终端能耗。在目前车联网、工业互联网、云游戏以及AR等不同领域均具有很好应用性，很好地满足了这些业务低时延、高可靠的业务性质[6]。

2.2.4 网络能力开放

MEC技术引入到5G网络中后能够实现对无线网络信息的实时感知，同时结合智能化处理技术和云计算技术能够给第三方应用提供网络开放能力，为提升用户体验、优化业务水平以及加速应用创新提供了技术支持。

2.3 MEC的5G应用场景

ETSI在MEC技术提出的基础上对应用场景进行了定义，主要集中在以下7个方面。一是视频优化。MEC技术的边缘化应用能够实现无线分析应用，对于码率适配和TCP拥塞辅助控制具有积极意义[7]。二是增强现实。MEC技术的边缘应用能够实现摄像头图像处理，还能够加速用户位置处理，对用户而言能够实时更新辅助信息。三是企业分流。根据用户实际需求和企业业务情况深度分析用户流量，实现科学分流。四是车联网。将MEC技术应用到车联网中能够统计分析路侧传感器数据及车侧传感器数据，得到具有意义的时延敏感信息，同时能够将这些数据实时传递给周边车辆。五是物联网。MEC技术结合大数据分析技术和聚合分析技术等应用于物联网中，能够统计物联网相关设备消息，根据消息统计分析产生决策[8]。六是视频流分析。利用MEC技术的边缘化特征能够优化视频分析处理能力，和传统视频流分析相比有效降低视频采集成本，就核心网流量输入输出而言也有效减少。七是辅助敏感计算。MEC技术还具备高性能计算特征，因此在时延敏感数据处理中有积极意义，实现了结果向端设备的高速传递反馈。

3 基于5G的MEC网络架构

3.1 网络架构

MEC具备典型优势，不仅业务部署灵活，而且具备低时延高带宽、网络处理以及本地化处理特征。如图1所示，MEC网络机构能够分为应用层、基础设施层、管理层以及虚拟化层4层。

图1 网络架构图

其中基础设施层的基础设备是通用服务器，在MEC网络架构中能够实现信息存储、渲染以及计算，提供了重要硬件支持。虚拟化层中，在基础设施层的基础上信息能够进入基础设施层，该层中引入了网络功能虚拟化技术，提供了MEC业务平台的通信路径。MEC管理层具有的典型功能包括生命周期管理、测量管理、全局业务编排以及基础服务注册等[9]。应用层主要面向不同的企业实际需求，根据业务需求提供不同应用服务，包括5G教育、智慧工业、视频直播平台以及AR场景应用等。

3.2 应用层级结构

分流网关根据应用环境分为边缘级分流网关和本地级分流网关两种类型，其中边缘级收费较本地级收费偏高（1.5～2倍），本地级分流网关的收费主要根据带宽执行。MEC云资源同样根据应用环境能够分为本地级MEC和边缘级MEC两种类型，同样边缘级MEC较本地级MEC资费更高（1.5～2倍），本地级MEC的资费根据云资源使用量执行。平台PaaS层能力主要包括应用服务能力和网络服务能力，边缘云的收费主要依据服务等级执行，同时还与调用次数相关。定制边缘云分MEC端到端整体解决方案，MEC行业云产品整体打包，参考ICT模式进行收费。云咨询、规划、集成实施服务的收费主要根据合同比例及项目总投资进行收取。

4 基于5G的MEC网络部署及应用

4.1 MEC网络架构

在本文基于5G的MEC网络架构中，希望将其应用到工程管理当中，因此提出了MEC网络架构。将MEC网络架构分为接入层、汇聚层以及核心层3个层级。

4.2 智慧工地组网方案

在本文研究的基础上提出了MEC测试床架构，结合建筑工程施工现状搭建了5G+MEC智慧工地实验室测试环境。本文提出的组网方案架构如图2所示，将MEC测试床分为边缘云、无线基站、CPE、边缘计算Box以及现场设备5个层级。

图2 5G+MEC智慧工地组网方案

4.2.1 边缘云

在本地MEC边缘云上进行智能Paas平台和5G智能工地平台的部署。5G智能工地平台主要应用于工程项目的整体管理和管控，涉及安全教育、人员考勤、隐患整改以及风险警告等多个方面和维度。智能Paas平台主要应用于施工现场设备的管理和接入、边缘AI算法的引入、施工现场图像识别等[10]。

4.2.2 无线基站

为保证整个网络系统结构的性能，必须要提供高速的数据传输通道，通过相应的5G基站提供网络接入。

4.2.3 CPE终端

通过5G终端实现数据的采集和汇总，将这些数据达到之后传递到边缘云中。

4.2.4 边缘计算Box

5G IOT设备的连接和汇聚主要通过边缘计算Box实现，但是目前并没有统一的mMTC标准。为保证5G的快速接入，借助WiFi、以太网等在边缘计算Box中实现对各类传感器的有效汇聚。然后，基于5G NR实现数据向边缘云的传递，最终CPE与边缘计算Box合二为一。

4.2.5 现场终端

在系统和网络架构中设置设备监控传感设备、门禁监控设备以及环境监测传感设备等，通过这些设备构成完善的传感器终端。

4.3 测试效果

对本文构建的智慧工地平台进行相应整合之后，最终形成了对工地和工程项目的安全管控，并且在本文提出的系统之间还必须要进行联动。对本文提出的MEC网络架构系统进行了测试和应用。

5 结 论

基于MEC的5G网络架构方式还结合大数据技术、云计算技术、LADN分流技术、IPv6 Multi-homing以及ULCL技术等，充分发挥了MEC优势，实现了5G应用的低时延、数据安全保障、大带宽本地分流。