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2020-11-30 07:26
为什么5G需要边缘计算?

本文来自微信公众号:无线深海(ID:wuxian_shenhai),作者:蜉蝣采采,题图来自:视觉中国


边缘计算,从4G时代已经开始萌芽,到了5G时代,它完全融入了网络的基础架构,成为了不折不扣的标配,甚至是业务扩展的利器。


那么到底什么是边缘计算呢?本文将要探讨这个问题。


为什么需要边缘计算?


说到“边缘”二字,跟“中央”的意思相反,暗含着“等级低”“不重要”“靠边站”的意味。既然如此,大搞“中央计算”就行了,还研究什么“边缘计算”?


其实,在信息网络中,“中央”和“边缘”的地位跟我们直观的认知是相反的。中央存在的价值,就是更好地为边缘服务。



从上图可以看出,网络的中央节点是由接入,承载,交换等复杂架构以及各种服务器组成的一朵云,它存在的价值,就是为了满足网络边缘处不同终端形形色色的需求:个人通信,游戏娱乐,智能家居,工业控制等等。


技术的发展,就是在人类这些不断膨胀的需求所驱动之下完成的。


5G的三大应用场景,正是这些需求的总结:增强型移动宽带(eMBB)针对高清视频等系列应用,大规模机器类型通信(mMTC)针对像智慧城市这样的海量物联网系列应用,超高可靠性低延时通信(uRLLC)则针对像工业控制或者远程驾驶之类的专业领域应用。



这些应用要求大带宽,低时延,高算力,个个实现起来都不简单。


一个最行之有效的方法就是缩短数据传输的距离,把提供服务的节点从中央下放到网络边缘,离用户更近。这样一来,无论是带宽,时延,还是算力,解决起来就容易了许多。


这样的解决方案就叫做“边缘计算”。


边缘计算最常用的比喻就是章鱼的神经系统。它的大脑作为中央节点只处理40%的信息,主要负责总体协同,剩余的60%的信息则由8条触手(相当于边缘节点)就近处理。



也就是说,章鱼可以使用“腿”来思考,并就地解决问题!这种灵活高效的信息处理方式,成就了这种无脊椎动物的智力巅峰。


边缘计算,可以说承载了5G时代万物互联的梦想。


什么是MEC?


我们平时使用的4G和5G都属于移动通信,在移动网络下的边缘计算,也就理所当然地被称作“移动边缘计算(Mobile Edge Computing)”,缩写作MEC。


MEC的概念最早源于卡内基梅隆大学在2009年所研发的一个叫做Cloudlet的计算平台。这个平台将云服务器上的功能下放到边缘服务器,以减少带宽和时延,又被称为“小朵云”。


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把MEC的概念扩展为Muti-access Edge Computing,意为“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像Wi-Fi这样的其他无线接入方式。


在ETSI的推动下 ,3GPP以及其他标准化组织也相继投入到了MEC的标准研究工作中。目前,MEC已经发展演进为5G移动通信系统的重要技术之一。


要理解MEC,首先需要了解MEC中涉及到的4个基本概念:云,边,网,端。


云,边,网,端,形成了一个协同的有机整体


云:云计算以及用以支撑云计算的基础设施及资源,也被称作云端,是提供服务的中心节点。


边:边缘,也就是边缘计算节点,本文的主角,离终端最近的服务节点。


网:云端和边缘,以及边缘和用户之间的网络,默默无闻但非常重要的底层工作者。


端:也就是终端,是云,边,网服务的对象,包含手机,平板,电视等一切可以联网的设备,其位置在网络的最外围,是各种数据的消费者,也成了内容的生产者(如短视频,直播等)


如果还用章鱼来比喻的话,“云”就像大脑,“边”就像触手,“网”就像连接大脑和触手的肌肉,“端”则就是章鱼要捕获的食物。云边网端协同,构成了MEC系统的有机体,让信息更快更好地得以流动。


怎样部署MEC?


目前在市场上,5G时代的MEC玩家主要有两类:互联网厂家,电信运营商。它们手中的资源不同,推出的边缘计算方案自然也有差异。


首先我们来看看ETSI定义的5G和MEC融合架构。


5G核心网最关键的网元:UPF(User Plane Function,用户面功能),是连接5G核心网和MEC的纽带,可提供数据分流及流量统计等功能。


如上图所示,左侧是5G网络,包含核心网(含AMF,SMF,PCF等一系列控制面网元,以及用户面网元UPF),接入网(RAN)以及终端(UE)。右侧则是MEC,包含MEC平台,管理编排域,以及多个提供服务的APP。


5G网络和MEC之间的结合点就是UPF。这个网元的全称是User Plane Function,顾名思义,就是处理核心网用户面功能的。所有的数据,必须经过UPF转发,才能流向外部网络。


也就是说,负责边缘计算的MEC设备,必须连接在5G核心网的UPF这个网元之后。


5G的核心网设计是十分灵活的,为了减少数据传输的迂回,UPF的部署位置也一般比控制面网元要靠下,这就叫做UPF下沉。


举例来说,中国移动的核心网在全国分为8个大区,每个大区管理数个省份,但在这些大区的机房中只部署有控制面网元,UPF则下沉到省中心,乃至地市,区县,方便实现本地数据本地消化。


这样的架构,就为MEC的贴近网络边缘部署提供了条件。


对于运营商来说,整个网络都是他们的,因此部署MEC的位置非常灵活,在边缘UPF的基础上增加MEC的功能,形成边缘一体化增强型UPF是最简洁的方案。


根据服务区域的大小和个性化需求,MEC可以跟核心网位于同一数据中心(下图中的4),还可以跟下沉的UPF一起位于汇聚节点(下图中的3),也可以和UPF一起集成在某个传输节点(下图中的2),甚至还能跟基站融合到一起(下图中的1),离用户近在咫尺。



1. MEC,UPF和基站融合到一起。


2. MEC跟下沉的UPF一起集成在某个传输节点。


3. MEC跟下沉的UPF一起位于汇聚节点。


4. MEC跟核心网部署于于同一数据中心。


对于互联网厂家来说,虽然也在积极推进边缘计算,但由于它们手中没有网络,只能通过和运营商的UPF对接这样的方式来支持MEC。


如下图所示,互联网厂家的边缘计算平台需要和各个运营商的UPF对接,通过UPF再连接到不同运营商的基站,从而把服务送达每个用户。


互联网厂家的边缘计算平台需要和运营商的UPF对接,把运营商的网络作为传输管道


因此可以这么说,互联网厂家“云”的能力较强,它们通过把能力从“云”向“网”拓展来支持“边”(MEC);而运营商对“网”是全面掌控的,从而支持“边”是顺理成章的事情,但它们需要增强“云”的能力。


在MEC的支持下,云端算力下沉,终端算力上移,从而在边缘计算节点形成兼顾时延,成本和算力的汇聚点,这就是MEC存在的核心价值。


并且,在工业园区的网络还存在数据安全,以及内网访问的需求,MEC可以作为运营商和企业内网之间的桥梁,实现内网数据不出园区,本地流量本地消化的好处。


MEC和UPF联合起来可以进行灵活的数据分流,内网数据直接走内网通道,私密数据不出园区;外网数据也可直通互联网,并行不悖,两不耽误。


在5G时代,以行业应用为中心的2B业务,以及增强的2C业务都对网络提出的更高的要求,高带宽,低时延,高算力的需求不断激发着MEC更快地发展。



MEC,这棵在4G时代萌芽的幼苗,在5G时代的3大场景都被寄予厚望。如此根正苗红的种子选手,必将在不远的将来时代长为参天大树,全面赋能5G网络。


本文来自微信公众号:无线深海(ID:wuxian_shenhai),作者:蜉蝣采采

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