面向MEC边缘云的运营商IP承载网建设方案研究

王 钦，宋创兴

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210009）

0 引 言

5G时代自动驾驶、云游戏、超高清视频、远程医疗、虚拟现实/增强现实（Virtual Reaity/Augmentd Redity，VR/AR）等“万物互联”业务场景驱动着数据中心网络向大连接、大带宽、低时延、高实时性方向发展，各类业务场景催生的庞大数据量对边缘侧的数据处理能力提出新的要求。多接入边缘计算（Multi-access Edge Computing，MEC）边缘云相较于传统云计算的集中部署模式,将云计算能力部署到网络边缘节点，通过近距离为用户应用提供计算能力和智能化服务，让用户能够享有更高质量的业务体验。目前，国内主要通信运营商已在主要城市和重点区域开展MEC边缘云领域的战略部署，通过充分发挥“5G网络+MEC边缘云”的重要价值，将云计算和大数据从云端数据中心向网络边缘侧靠近，为用户提供丰富、低时延的边缘应用，协助实现垂直行业客户的数字化和智能化转型。

1 运营商MEC边缘云架构

运营商MEC边缘云计算规划建设方案根据业务发展需求，一般采用基于市级、区级、街道/社区3层结构部署，包括MEC接入节点、MEC汇聚节点、MEC核心节点等。如图1所示，在运营商MEC边缘云架构中，核心节点、汇聚节点一般用来承载布局类、共享型业务；接入节点一般用来承载某个客户的专享型业务，并根据不同的业务需求分为机房、基础设施即服务（Infrastructure as a service，Iass）、配套设施规划等[1]。

图1 MEC边缘云架构

（1）市级核心层节点主要部署市级MEC业务管理平台、移动边缘平台（Mobile Edge Platorm，MEP）及适宜市集中部署的MEC能力池，如数据分析、人工智能（Artifical Intelligerce，AI）训练等应用。

（2）区级汇聚层节点主要部署区级MEP能力平台、区级共享型MEC能力池，如区域性较为敏感的安防应用、视频分析等应用。

（3）街道/社区边缘接入节点主要按用户业务需求部署高时延、敏感性或数据安防级别较高的应用，如自动驾驶、智慧工厂、智慧安防等应用。

边缘云部署方面，规划的边缘云大部分贴近用户，位于街道、社区等相对偏远地区，需要大量的机房站址，对客户的部署能力提出高要求；边缘云与中心云的连接方面，边缘云与中心云的有线连接（专线/VPN）铺设成本高，大部分客户不具备相应的能力；边缘云与终端的连接方面，通常终端数量多、位置分散，或者具有很强的移动性，边缘云与终端的有线连接困难。

2 面向MEC边缘云的IP承载网建设方案

运营商MEC网络互联规划主要聚焦重点区域和重点客户需求，采用IP城域网实现城域内的互联或针对重点连片区域的MEC间的点到点大带宽直接互联。其规划建设思路主要依托运营商已有的城域网等固网资源，构建基于MEC边缘云之间互联的IP城域网，低成本快速实现全网MEC边缘云的互联互通，形成竞争力，并与运营商5G承载网、政企专网等业务融合，资源共享，构建统一协同的多业务融合互联网络。下面以南方某一省会城市运营商MEC边缘云规划建设为例，进行IP承载网规划建设方案的分析。

2.1 总体建设方案

2.1.1 组网方案对比

MEC边缘云对应的IP承载网组网可采用以下3种方式：核心交换机+波分方式、核心交换机+裸纤方式、无线接入网IP化（IP Radio Access Network，IPRAN）设备+裸纤方式，各组网方式的优缺点如表1 所示[2]。

表1 各组网方式优缺点对比表

受限于MEC边缘云对应业务应用场景的分布，各个区域的街道/社区级MEC机房建设密度分布不平均，组网方式也不尽相同，结合运营商自身核心汇聚层的光缆资源相对欠缺，接入层的光缆资源相对丰富，因此建议区级MEC机房的组网方式采用核心交换机+波分方式，街道/社区级MEC机房的组网方式采用IPRAN设备+裸纤方式，即MEC业务承载主要依托MEC机房之间的传输网络和MEC机房的出口数通设备。

2.1.2 传输网络设计

（1）核心层级MEC机房。与国干/省干传输系统对接：一次性在两大核心MEC机房用双路由格局组建光传送网（Optical Tranort Netork，OTN）环，满足两大核心MEC机房之间以及与国干/省干之间的业务灵活调度。

（2）各区域的区级MEC机房。本地骨干传输系统：联合相近的几个区域一次性双路由格局组建OTN环，满足两大核心MEC机房与各区域区级MEC机房之间的大颗粒业务调度。

（3）各区域街道/社区层级MEC机房。根据各区域街道/社区层级MEC机房不同的业务需求，可以在每个MEC机房配置1台IPRAN设备，再根据各个区域光缆资源情况组网，用于承载各区域街道/社区层级MEC机房间的小颗粒业务，统一将这些小颗粒业务汇聚至各个区域的区级MEC机房。

因此，对于核心汇聚层级的MEC机房，可采用OTN系统进行统一承载；对于业务量集中的街道级/社区级MEC机房，可采用每个环路按最多4个节点机房组成50G的环路；对于业务量较少或者距离市区较远的街道级/社区级MEC机房，可以优先采用链状的方式组网。

2.1.3 数通设备设计

传统数据中心网络架构采用了核心、汇聚、接入层次化的网络体系结构，这种结构非常适合传统传输业务，因为传统业务的网络流量主要是南北向而非东西向，且核心层和汇聚层的速度也要比边缘层的速度快数倍。

随着MEC边缘云业务的引入，传统数据中心3层式的网络结构开始受到挑战：服务器之间存在东西向的流量；虚拟机的迁移需要在2层网络中完成；核心层的端口数量成为瓶颈等。通过采用“Core and Pod”架构，指的是利用多个悬挂在路由核心层上，每个都单独设计的Pod（内部结构不必相同）来搭建网络，并且将每个Pod视为1个单元。在每个Pod内，可以只有单一的接入层，或者更常见的分布式核心网络（leaf-spine架构）。如图2所示，该方式可将接入交换机放置在每个服务器机柜或单元的顶部，利用短跳线将机柜内服务器与交换机进行直连，再通过光纤从每个服务器机柜或单元顶部交换机的上行链路端口连至MEC边缘云机房的出口核心交换机。

图2 机房内部组网示意

因此，根据MEC边缘云规划建设方案，以及对核心汇聚层级MEC机房的定位，建议在每个核心汇聚MEC机房配置2台出口核心交换机；街道/社区级MEC机房在网络层级来看，属于接近用户侧的接入节点，且每个机房都配置1台IPRAN设备，可以满足一般接入节点机房的承载需求，不需要再额外配置数通设备。

核心汇聚层级MEC机房之间主要通过在机房出口新增核心交换机，通过OTN网络来承载业务，如图3所示；街道/社区级MEC机房之间主要通过在机房新增IPRAN设备，通过裸纤组成IPRAN网络来承载业务，如图4所示。

图3 核心交换机承载的组网示意

图4 IPRAN设备承载的组网示意

2.2 业务承载建设方案

根据MEC边缘云规划建设方案，全市在运营商市区中心机房和南区的2个区规划建设个核心MEC机房；将在该市对应的9个区域各新建2个汇聚MEC机房，共规划建设18个区级汇聚MEC机房；街道/社区级MEC机房结合业务需求，初步规划建设720个。

2.2.1 传输网络建设方案

（1）市级核心MEC机房：一次性双路由格局组建骨干OTN环，系统容量为80×100G，主要承载2大核心MEC机房与国干/省干网络的业务调度、核心MEC机房之间的大颗粒业务调度以及与各区域汇聚MEC机房之间的大颗粒业务调度[3]。

（2）区级汇聚MEC机房：结合运营商前期的传输光缆资源、各个区域现有固网的汇聚机房分布情况以及MEC边缘云未来数年的规划建设方案，建议选取现网中各个区域的分中心机房作为MEC机房，按地理位置新建2套城域骨干传输系统（系统容量为40×100G），主要承载各区域汇聚MEC机房与核心MEC机房、各区域汇聚MEC机房之间的大颗粒业务调度，如图5所示。

图5 新建OTN环拓扑

对于业务量集中的街道级/社区级MEC机房，可以考虑按每个环路最多4个节点机房组成50G的环路；对于业务量较少或者距离市区较远的街道级/社区级MEC机房，可优先采用链状的方式组网，如图6所示。

图6 新建50G环路网络拓扑示意

2.2.2 管线建设方案

新建的MEC机房，结合未来MEC业务种类多、需求复杂等特点，可以按如下方案建设：对于核心汇聚MEC机房，每个机房建设的2个方向的管道出局路由，管孔数量48，敷设288芯光缆；对于街道/社区级MEC机房，每个机房保证2个不同方向的出局路由，敷设24芯光缆。

2.2.3 数通设备建设方案

根据核心汇聚层级MEC机房的业务定位，建议在2个核心MEC机房和每个区域层级汇聚MEC机房各新增2台万兆以太网交换机；街道/社区级MEC机房在网络层级来看，属于接近用户侧的接入节点，且每个机房都配置1台IPRAN设备，可以满足一般接入节点机房的承载需求，因此不需要再额外配置数通设备。

3 结 论

运营商MEC边缘云通过将内容与计算能力下沉，可为用户提供智能化的流量调度，推动5G承载网络的边缘组网建设，为MEC边缘云将算力和网络下沉到靠近用户的边缘创造条件。本文中面向MEC边缘云的运营商IP承载网建设方案，可解决MEC边缘云网络建设过程中面临的传输资源受限问题，有效提升用户业务体验，实现网络价值的最大化。