5G NGC — 关键技术 — MEC 边缘云

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• MEC 是 5G 与 ETSI 的协作典范

• MEC 使 5G 成为可能

• • 低延时
  • 高带宽
  • 海量连接

• 5G 催熟 MEC 边缘计算

MEC 是 5G 与 ETSI 的协作典范

2009年时, 3GPP致力于在第五代移动通信系统（5G）试验版本R10中采用本地IP接入与本地IP分 流技术方案,旨在实现数据无需经过核心网即可通过家庭微基站进行分流,从而实现了基础功能的 边缘分流功能。随后,该方案在宏蜂窝网络环境中也得以实现,但仅能按APN划分处理,并且需在终端端手动设置相关参数

2013年,IBM与诺西(Nokia Siemens)携手推出了基于无线基站内部部署的应用程序计算方案,并首次提出了移动边缘计算(MEC)的概念

于2014年 ETSI 组建移动边缘计算规范工作组，并首次发布推动移动边缘计算标准化的决策

在2016年，ETSI将MEC的范畴深化为多接入边缘计算（MIMO），旨在将边缘计算的运用范围拓展至无线接入网络（例如Wi-Fi）。这不仅提升了技术的覆盖性

2017年, ETSI MEC项目第一阶段（Phase I）顺利完成,该阶段基于4G网络架构制定了MEC的应用场景及其参考架构方案.与此同时,于R14版本中,3GPP首次提出并采用CUPS技术,其中将控制面与用户面分离,并规定APN可根据需求选择相应的用户面实现功能分流.然而在此背景下,5G技术即将兴起,运营商及设备制造商已不再积极推广此类技术应用于4G网络.

于2018年完成的阶段（Phase II），该计划着重于 fifth-generation mobile networks (5G)，完成了NFV融合背景下的MEC标准化参考模型开发、端到端边缘应用场景的移动性研究以及网络切片支撑等关键技术规范制定工作。这些成果最终得以整合进3rd Generation Partnership Project (3GPP)第15版本R15 5G标准中，在其第五代网络架构研究系列（TR23.799）以及第五代系统架构系列（TR23.501）中首次明确提出对边缘计算的支持。该方案内置支持边缘计算，并从架构能力、移动性管理以及会话层面提供了全面的技术支撑。具体而言，该方案涵盖以下三种模式：基于服务连续性的模式选择机制；支持基于边缘计算的会话管理架构；实现本地分发 UL/CL、BP 和 LADN数据流。其中，MEC可以根据应用信息（如应用标识符、IP地址及数据流规则等）通过5G控制面AF发送指令给NEF/PCF模块处理单元（NEF/PCF），从而指导SMF进行UPF选择并建立PDU session。

2020年, 3GPP 5G R17专项项目正式启动,重点关注包括边缘业务识别、应用迁移方案以及高质量网络信息支持等内容

基于R10平台实现的基本分流功能, MEC经历了大约十年的发展历程, 沿用了五个3GPP版本的技术框架, 在5G核心网SBA架构形成的同时伴随着云计算技术快速发展的支撑, 最终发展出如今成熟且完善的边缘计算技术体系

显然，在引入MIMO技术体系构建下,MEC功能架构实现了双工网元的发展策略。一方面,3GPP专门制定规范,明确了MEC与5GC网络元之间的接口设计;另一方面,ETSIS专注于构建MEC平台、虚拟化机群以及相关API的功能框架。自2014年至2016年间,ETSIS陆续完成了针对MIMO技术体系下MEC平台架构、虚拟化机群管理和API开发的相关规范。就研发意义而言,在融合发展的视角下,MEC可被视为etsi与3gpp协同创新的重要里程碑

但是目前的融合方案仅限于实现业务本地化、本地分流等功能的基础层面。要实现增强功能如无线接入能力的开放性、位置服务功能以及移动性管理相关功能，则需要等到3GPP R17阶段研究成果公布后才能逐步完成。

• Issues: Implementation strategies for common edge computing scenarios within the 5G Core Network (5GC).
• Issue: Investigation into improvement of support for Edge Computing within the 5G Core Network (5GC).
• Issue: Design architecture that facilitates the development of Edge Applications (EA).

然而 ETSI 猜想中的 MEC 整合 C-RAN 并深入嵌入蜂窝网络架构，并提出实现最短时延的方法，在 3GPP 标准中还未有相关计划

暂不探讨标准成熟度是否能支撑商用。就目前电信行业的运营模式而言，跨越‘G’系列的技术（包括4G向5G延伸），因为运营商及设备商都重视市场份额，均加速新技术的应用推广。若涉及同一‘G’系列内的演进版本的技术，多数难以实现商业化应用。例如MEC在R10至R14阶段的经历可以佐证；实际上，在3C/4C领域内遵循3GPP制定的技术演进路线仍面临较慢的商业化进程。但无论如何变化其角色定位都不影响其作为两大标准体系结合体典范的地位

MEC 使 5G 成为可能

5G的主要应用场景有三个：增强移动宽带（eMBB）、超可靠低时延通信（uRLLC）以及海量机器类通信（mMTC）。这些技术分别对应高清视频、智慧城市和车联网等核心业务的发展需求，并以支持这些领域的技术创新为目标

但值得关注的是，每个业务场景都有其自身所面临的一些挑战。例如：

eMBB 将导致网络带宽出现数百 Gbps 的激增，从而给回传网络带来巨大的传输压力；单一方向的投资用于扩网和接入城域网络可能会显著增加单位媒体流的传输成本，并无法带来理想的回报。

uRLLC 需要在全链路极低延迟的支持下实现端到端1ms级性能，并非仅凭无线与固网物理层与传输层的技术发展即可满足严苛的时延要求

mMTC 将生成大量数据, 进而导致运营上的巨大压力, 单靠云端统一监控难以应对如此复杂的情况。

MEC 恰好可以为这些问题带来解决方案：

首先，边缘计算设备将为新的和现有的边缘设备提供连接和保护；

其次，在引入 5G 技术后，在为云端应用提供更优连接的同时也降低了延迟。然而，在数据处理与存储方面仍需投入一定的资源。通过采用混合式边缘计算架构，则可以在一定程度上减少这些开销。

最后一批部署的边缘设备能够实现将更多应用程序部署到边缘设备，并支持如数据分析、网络安全等关键领域的应用部署。通过减少数据传输延迟（即传输速率提升），不仅降低了整体系统的响应时间，并对本地数据进行初步分析后为云端处理提供相应的支持

低延时

5G系统宣称其空口通信的最低延迟可达1毫秒。然而需要注意的是这一数值仅指空闲状态下的理论极限。实际用户关心的是从终端设备到核心网之间的完整通信链路。从位置学角度来看，在理想条件下这种延迟主要由传输介质决定。而这种延迟在光纤介质中的传播时间通常占主导地位约为每毫秒100公里。因此在5G网络环境中光纤线路的位置变化将直接影响整体网络性能从而导致服务质量受到显著影响。其中光纤线路占总传输路径的60%以上因此其性能波动会对用户体验造成较大程度的影响。

然而要充分发挥5G低时延的优势就必须采取更紧密的业务布局以减少传输在整个延迟中的分量

高带宽

5G 的另一个显著特点是高带宽。5G 技术能够达到惊人的 10Gbps 峰值速度。一方面，这将为用户提供更清晰的画面和带来沉浸式体验；另一方面，则会使得传统集中云部署方式面临巨大的流量压力，并对运营商的整体网络带宽建设提出更高要求。

在这一过程中,再次发现了5G技术和MEC之间的最佳结合点.依靠业务的边缘部署策略,在这一过程中减少了回传链路所需的带宽资源.不仅降低了运营成本,而且也减少了数据传输过程中的延迟问题.

海量连接

在一个典型的物联网应用场景中可能会产生大量数据。将这些数据统一收集至云端可能会导致资源利用率低下。通过在中间节点执行初步的数据预处理工作不仅可以迅速完成向下的反馈机制还能实现向上的数据汇总功能这样的关键节点即为 MEC（移动边缘计算）部署的位置。

5G 催熟 MEC 边缘计算

综上所述，在综合考虑 5G 核心 KPI 分析结果后，从而可以得出以下结论：5G 的核心能力将主导移动边缘计算的发展。

此外，在物联网发展中起重要作用的是5G技术的作用。基于5G技术的支持和推动下，智能家居、智慧城市、车联网以及工业互联网等多个领域都将迎来快速的发展。随之会产生大量数据。这些海量数据及其实时性特点对数据分析技术提出了新的要求；现有技术难以满足这一需求；幸运的是，在边缘计算的发展下这一难题得到了有效解决

需要注意的是，边缘计算不仅仅位于离用户更近的位置上；从本质上讲，在归属性质上它属于IT领域；而5G则是CT领域的核心技术支撑。为了充分发挥其优势，则需要将5G技术和边缘计算充分整合到ICT体系中。具体来说，在实现过程中涉及架构上的协同、部署上的优化以及调度上的提升三个层面的问题