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面向5G,应运而生的边缘计算

http://www.c114.com.cn ( 2019/6/19 22:13 )

朱堃  中兴通讯边缘计算产品总工

在5G时代,移动通讯从最初的人与人之间通信,开始转向人与物的通信,直至机器与机器之间的通信。AR/VR、物联网、工业自动化、无人驾驶等业务被大量引入。从而带来了高带宽、低时延以及大联接的网络需求,也就是3GPP定义的5G三大场景。

为了满足5G业务的上述需求,越来越多的网元开始将控制面和转发面分离,进行分层部署,控制平面集中部署调度,用户面网元则分散部署贴近用户,实现管理成本以及用户体验的平衡。同时,为了有效实现业务锚点下沉,缩短业务响应时间,并且将传统移动网络的通信能力开放,MEC概念也被充分引入。为了适配网元的分布式部署以及MEC的边缘部署,在基础设施层面,借助云化技术将集中式电信云进行边缘分布式重构也将是必然选择。

分布式云可以由中心云和边缘云构成,其中边缘云又可以细分为地市、区县以及接入。中心云定位为大脑和中枢,主要承载控制/管理以及集中化的媒体面网元;边缘云主要承载分布式部署的用户面/媒体面网元以实现流量快速卸载,以及实时性要求较高的网元,优化用户体验,例如高清视频、车联网、VR/AR等业务。

图1:分布式云架构

边缘云由于其位置、规模以及环境的特殊性,在技术上具备以下特征:

· 部署于地市、区县以及基站的边缘云,由于环境的限制(空调、承重、电源等),多采用定制化的多节点服务器或者计算、存储、网络一体集成硬件,这类硬件采用通用X86架构,具备高环境适应性,在机箱高度、深度方面实现了最小化设计,通常采用前维护方式,拥有高集成度、低设备能效,匹配现网电信机房条件,减少对机房改造的需求。

· 随着5G业务的到来,边缘云资源池必然从单一类型虚机/裸机资源池向虚机/裸机,容器多种资源池并存方向演进。OpenStack/Kubernetes双核技术,统一了网络、存储以及安全等底层技术,同时实现虚机/容器的统一编排管理,大大提升了资源分配灵活性、资源利用率以及管理效率。

· 边缘云通常在X86处理器基础上配置FPGA、GPU等协处理器(加速卡)以满足网络高转发的要求,因此最新的ETSI NFV架构也将硬件加速引入到NFV架构之中,增加了加速资源虚拟化能力,将加速器进行抽象,以逻辑加速资源的方式呈现,统一提供全面的加速服务。

· 边缘云由于存储规模小,采用独立的存储池,成本高,资源利用率低,因此广泛使用计算存储融合方案,将分布式存储部署在计算节点上,计算节点和存储节点合一,提升资源利用率。同时通过策略配置,可让本节点的虚机/容器优先访问本地存储,将副本部署于其他节点,在保证可靠性的同时提升了存储的性能。

· 边缘云的规模相对较小,管理模块在其中占用资源需要减少到合适比例,因此可采用轻量级管理模块部署或者将管理模块集中部署在上级云,边缘云中仅部署计算节点,两种部署方式可根据现场环境灵活选择 。

· 分布式云采用多层部署,数据中心分布在各地,而且资源类型不一,需要统一管理平台屏蔽资源池的异构性,进行统一全局的运维管理,提升运维管理效率。

在边缘云之上,移动/多接入边缘计算(Mobile/Multi-Access Edge Computing, MEC)技术主要是指通过在靠近无线接入侧部署通用服务器,从而为无线网络提供IT和云计算的能力,使应用、服务和内容可以实现本地化、近距离、分布式部署成为可能,从而促使无线网络具备低时延、高带宽的传输能力,并且回传带宽需求的降低极大程度地减少了运营成本。同时,MEC定义了完整的网络和第三方应用的双向通信的API通信机制,例如无线网络可以把无线网络上下文信息(位置、网络负荷、无线资源利用率等)通过API开放给第三方业务应用,有效提升了移动网络的智能化水平,促进网络和业务的深度融合。

MEC应用场景根据不同的业务特征,主要可以分为以下两种类型: 一种是本地化业务,包括本地业务的缓存和融合,典型的场景包括企业园区网络,或者AR/VR业务扩展;一种是垂直行业的拓展,典型的场景包括车联网,工业互联网等。为了更好地支持新的业务,同时发掘现有的网络能力增值,MEC的场景中也需要考虑更精准的室内导航,平台开发和应用集成等。

综合ETSI与3GPP对于MEC系统架构特征的定义以及5G MEC场景诉求,MEC架构的构想如下:

图2:MEC架构构想

基于5G的分布式云基础设施,在边缘侧云化构建5G用户面和5G MEC节点,5G MEC节点提供MEC应用平台使能第三方应用,同时提供公共服务给第三方应用进行调用。MEC节点之间互相协同,支持应用移动时上下文的交换,保证业务的连续性。

中心侧提供能力开放功能,对第三方用户和第三方应用开放网络能力(如无线负荷、位置、带宽等)。位于中心侧的策略调度功能综合应用的健康状况、负载状况、网络状况等信息动态的创建/删除第三方应用实例、动态地给出边缘用户面功能选择策略,实现网络与业务的最佳协同。

采用分层的管理/编排架构,位于中心侧的管理/编排功能是第三方应用管理和编排的统一入口,由它来选择在哪个或哪些边缘位置部署应用。边缘侧的管理/编排功能则对实际的资源分配和应用部署进行管理。

面对即将到来的5G时代和ICT融合的滚滚浪潮,我们需要以变革的姿态迎接未来、决胜未来。不同于4G时代的管道提供商角色,运营商在5G时代会有更多的机会拓展增值业务,变身成综合性的端到端业务提供商。作为ICT融合的新生技术,边缘计算将高带宽、低时延、本地化业务下沉到网络边缘,为固移融合提供统一的电信基础设施支撑,对于运营商数字化转型和产业结构升级至关重要。而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。但美好的愿望要变成现实,需要整个产业链的共同努力。中兴通讯希望能够携手更多的行业合作伙伴,共同探讨边缘计算的合作模式,共建5G网络边缘生态系统,全面推动边缘业务的蓬勃发展。

作者:朱堃 中兴通讯边缘计算产品总工   来源:C114通信网

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