为什么说边缘计算(MEC)是5G必不可少的?

大家好,我是5G哥,我们今天来探讨边缘计算(MEC)。


什么是边缘计算(MEC)?


为避免技术的枯燥,我举个例子,自然界有种非常聪明的动物——章鱼。



它是无脊椎动物里面智商最高的,无论是逃生还是捕食,又多又长的触角运用得收放自如。


科学家研究发现,章鱼的触角里布满了神经元,可以独立处理许多动作,章鱼的大脑只占40%的处理,其它的处理能力分布在其8条触角上,这样便大大增强了其应变处理能力。


如果说人体是大脑中央集中处理的方式,99%的能力需要大脑做出反应的话,章鱼就是一个分布式处理系统,60%依靠的是其分布在触角的“小大脑”处理。


没错,这就是边缘计算的原理。


将计算和处理能力下沉到最接近业务的边缘来完成,大部分不需要与核心网络交互,少数与核心网络互通完成,这就是边缘计算。


多接入边缘计算MEC(Multi-Access Edge Computing)技术的概念最早提出于2009年卡内基梅隆大学所研发的cloudlet计算平台。2014年,欧洲电信标准协会(ETSI)正式定义了MEC的基本概念并成立了MEC规范工作组,开始启动相关标准化工作。2016年,ETSI将此概念扩展为多接入边缘计算,并将移动蜂窝网络中的边缘计算应用推广至其他无线接入网络(如Wi-Fi)。在ETSI的推动下,包括3GPP及中国通信标准化协会(CCSA)在内的其他国际及中国标准化组织也相继启动了相关工作。目前,MEC已经发展演进为5G移动通信系统的重要技术之一。


5G为什么必须要使用边缘计算?


5G时代,移动通信从最初的人与人之间的通信开始转向人与物的通信,直至物与物之间的通信。AR/VR、物联网、工业自动化、无人驾驶等业务被大量引入,带来了高带宽、低时延以及大联接的网络需求。新业务对带宽、时延、安全性等方面的需求越来越苛刻,传统云计算的集中部署方式已经无法满足业务需求。

 

我们看一下,下面这张能体现5G能力愿景的“5G之花”。


我们可以看到,5G愿景的关键能力需求,几乎是追求极致,以至于很多业内人员都一直存在着一个疑问:这样苛刻的5G关键能力,是否真的能实现?

 

例如1毫秒的端到端的时延关键能力,如何去实现?当然,首先对于5G的时延,其实很多人是有不少误解的,最大的误解就是不分场景要求都要达到1毫秒这样的关键指标。例如你从北京去远程操作洛杉矶的机器,需要经过无线接入、传输承载、网关等,怎么可能达到1毫秒的时延呢?


显然,这并不可能。5G能力也没有要求所有场景都要达到1毫秒的时延。


但在特定的场景下,就可以借助边缘计算来实现。例如在某智能制造工厂区内,机器人在进行自动化生产,使用5G网络接入,99.9%的交互都是在工厂内端到端完成,架设了边缘计算,将5G核心网的部分功能下沉到边缘计算,互通的请求绝大部分不出厂区就能全部完成,这个1毫秒的端到端时延,就能实现。


5G之前的网络,包括5G非独立组网,却还是用这样的方式来处理的。都基本上是按照:接入网->承载网->核心网,的处理模式,最后再由核心网决定怎么去调度和处理。但最终需要到达的终端,可能两个终端就在同一个基站下面,但没办法,在4G网络中,它还是得上报到核心网去处理再回来,能不能将处理能力直接下沉呢?

 

4G和以前的网络由于架构的原因,已无法实现,而5G由于控制面和用户面的分离,让它成为现实。MEC就是来解决这个问题,就是将终端的业务需求,就近调用计算能力解决,而不是层层往上报一直到核心计算中心,再下发处理。


直接MEC处理,不仅让低时延、高密度、高带宽等容易实现,由于节省了承载网、核心网的介入,更大大节省了网络资源。


边缘计算(MEC)架构


虽然边缘计算的概念在很早就已提出,但显然,以前的边缘计算只能完成部分工作,并不彻底,哪怕就是5G非独立组网(NSA)也没办法完成,这也是当前运营商基于升级独立组网的原因之一。


这是某地的边缘计算组网图:


我们看一下MEC的整体架构,如下图所示:



总体上,MEC基本架构可以划分以下几层。


  • 基础设施层,包括各种类型的服务器,如以计算能力为主的计算型服务器、存储为主的存储型服务器以及硬件加速卡之类,满足AI推理、图形图像渲染、网络高速转发等需求。

  • 虚拟化层,为上层各种能力服务以及APP应用提供虚拟化平台资源及管理,包括虚机和容器两种类型,满足不同应用共享统一的基础设施。

  • 网络及业务能力层,网络能力包括本地分流,还有NAT、虚拟防火墙VFW、DNS、业务负载均衡LB等组网基本服务能力,同时还提供无线网络信息服务RNIS、带宽管理、业务路由规则、无线室内定位等服务。这些服务通过网络能力开放框架,以API接口方式来提供服务。边缘服务能力层采用微服务化框架设计,随着后续业务需求的变化,可以引入新的能力,如AI能力、大数据能力等来丰富完善MEC的能力层。

  • MEC管理层,提供MEC服务门户、业务编排管理、业务策略管理、FCAPS管理、生命周期管理和虚拟资源管理等。

  • 应用层,如视频监控、AR/VR视频、园区等各种第三方应用APP。


MEC的商业前景展望

 

MEC将是5G的重大利器,其商业前景也非常广阔。

 

1、提升运营商的垂直领域应用的业务能力

 

当前,运营商资费和商业模式都较为单一,虽然普通用户流量使用上升,但ARPU值持续下降,但对于一些对实时性要求高且高价值的垂直领域业务,如工业控制,却无法获得优先保障。


MEC边缘计算作为一种网络架构和商用模式的创新,是5G网络服务垂直行业的利器。MEC边缘计算是运营商提升网络价值的契机,将推动产业链价值重构。MEC边缘计算的网络连接是关键抓手,计算力是有效保障,网络能力及开放是推进引擎。运营商可以通过部署MEC平台,发挥5G网络优势,充分挖掘无线网络能力,为行业数字化转型赋能,为未来创造更多网络价值提供无限可能。MEC将助力运营商实现网络从接入管道向信息化服务使能平台的跨越。

 

2、节省5G的投资。


相比于以往的移动通信系统,5G加入了MEC,在部署中能节省大量的投资。基于5G核心网的C/U分离式架构,用户面功能UPF(user plane function)需要下沉到网络边缘部署,以减少传输时延,实现数据流量的本地分流。控制面功能网元如SMF(session management function)则在中心DC集中部署,便于统一控制部署在MEC的UPF,统一配置和下发分流策略。


而正是因为数据流量的本地分流,大大减少了在承载网和核心网上的压力,使运营商在这方面可以节省很多投资,同时,由于MEC边缘云硬件普遍采用x86通用服务器,也使网络投资进一步降低。

 

3、开放能力诞生更多的商业机会

 

随着边缘云生态圈的发展,垂直行业对边缘云能力开放的需求越来越强烈。边缘云能力开放成为MEC运维的一个重要关键点。一方面,向第三方应用开放平台资源、边缘网络能力和特色功能,方便第三方应用可根据其业务需求,获得差异化的网络服务,按需使用和计费,提高用户业务使用满意度。另一方面,向第三方提供 APP 生命周期管理、产品管理、订阅关系管理、API调用的统计及结算,可以使第三方拥有灵活自主运营权限和能力,进一步构造开放的边缘计算应用运营生态。


这是个巨大的应用机会,有能力的厂商都能接入MEC开放平台,为垂直行业应用定制化、差异化的服务,从而获得巨大的商机。

 

当然,MEC的商业前景绝非止于上面几种,运营商和厂商也都在努力探索,当前中国移动、中兴通讯、英特尔等就再积极推动MEC行业应用场景的落地,应用于各行各业的实际应用。


MEC的生态和愿景

 

毫无疑问,MEC是实现5G愿景的重大利器。一种新兴技术和生态的诞生与兴起,需要背后商业模式的强有力支撑。面向未来,业界对边缘业务平台的各种应用场景有着无限的憧憬与期待。美好的愿望要变成现实,也需要整个产业链的共同努力。

 

虽然目前边缘计算的商业模式还在探索过程中,但在产业链的共同推进努力下,后续不仅会涌现大量“节流”型的边缘应用,也会有海量的“开源”型业务诞生,实现设备商、运营商、业务商三赢的格局。





好了,今天边缘计算就探讨到这,最后,共享两份边缘计算的白皮书,需要的可以在公众号下回复获取。


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