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中興通訊5G MEC: 面向5G的邊緣云部署方案

光纖在線編輯部  2019-08-14 09:05:53  文章來(lái)源:綜合整理  版權(quán)所有,未經(jīng)許可嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載.

導(dǎo)讀:隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,5G業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出需求多樣性的特點(diǎn)。3GPP定義了5G應(yīng)用有三大場(chǎng)景:eMBB(增強(qiáng)移動(dòng)寬帶)、URLLC(極可靠低延遲通信)和mMTC(海量機(jī)器通訊)

8/14/2019,隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,5G業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出需求多樣性的特點(diǎn)。3GPP定義了5G應(yīng)用有三大場(chǎng)景:eMBB(增強(qiáng)移動(dòng)寬帶)、URLLC(極可靠低延遲通信)和mMTC(海量機(jī)器通訊),其中eMBB場(chǎng)景提供大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù),峰值速率超過(guò)10Gbps,帶寬的要求高達(dá)幾十Gbit/s,如高速下載、高清視頻、VR/AR等,滿足人們對(duì)數(shù)字化生活的更高要求,這將對(duì)無(wú)線回傳網(wǎng)絡(luò)造成巨大的壓力。因此需要將業(yè)務(wù)盡可能下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣,以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的本地分流。而URLLC場(chǎng)景提供超高可靠超低時(shí)延通信,如自動(dòng)駕駛、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等,要求端到端99.999%高可靠和端到端小于1ms超低時(shí)延,滿足人們數(shù)字化工業(yè)的更高要求。這也需要將業(yè)務(wù)下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣,以減少網(wǎng)絡(luò)傳輸和多級(jí)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。

針對(duì)5G的這兩個(gè)場(chǎng)景的應(yīng)用特點(diǎn),傳統(tǒng)大規(guī)模集中建設(shè)的電信云已經(jīng)無(wú)法滿足,需要改變電信云的部署形式以適應(yīng)5G時(shí)代不同場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求。而MEC(Mobile/Multi-access Edge Computing)邊緣云正好可以滿足這樣的需求。MEC作為5G演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù),可以在更靠近客戶的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣,并為邊緣應(yīng)用提供云計(jì)算能力和IT服務(wù)的環(huán)境,具備超低時(shí)延、超大帶寬、本地化、高實(shí)時(shí)性分析處理等特點(diǎn)。一方面,MEC部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣位置,邊緣服務(wù)在終端設(shè)備上運(yùn)行,反饋更迅速,解決了時(shí)延問(wèn)題;另一方面,MEC將內(nèi)容與計(jì)算能力下沉,提供智能化的流量調(diào)度,將業(yè)務(wù)本地分流,內(nèi)容本地緩存,使得部分區(qū)域性業(yè)務(wù)能夠在本地終結(jié),即提升了用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn),也減少了對(duì)骨干傳輸網(wǎng)以及上層核心網(wǎng)的資源占用。因此在5G時(shí)代,MEC將是5G網(wǎng)絡(luò)邊緣云部署的最佳選擇。

MEC邊緣云的部署位置
MEC邊緣云不限制網(wǎng)絡(luò)的部署方式,總的來(lái)講,可以按照不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景以及時(shí)延方面的需求進(jìn)行靈活的部署,通常可部署在接入機(jī)房、匯聚機(jī)房、地市核心機(jī)房等位置,如下圖所示:


圖1 MEC邊緣云的部署位置

通過(guò)在邊緣部署MEC平臺(tái),能夠有效的實(shí)現(xiàn)將云的計(jì)算能力從中心延伸到邊緣,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)快速處理和就近轉(zhuǎn)發(fā),來(lái)滿足5G多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景。

MEC邊緣云的部署形態(tài)

由于受限邊緣站點(diǎn)機(jī)房的環(huán)境(比如空間、散熱、承重等)以及部署成本等因素的限制,MEC邊緣云的硬件基礎(chǔ)設(shè)施通常采用基于X86處理器的通用服務(wù)器,這類(lèi)服務(wù)器具有尺寸小,功耗低、計(jì)算密度高等特點(diǎn),適合在環(huán)境要求較低的邊緣機(jī)房部署。

MEC邊緣云通;谔囟ǖ脑破脚_(tái)(例如openstack)為上層MEC應(yīng)用提供統(tǒng)一的虛擬化軟件環(huán)境和資源管理。MEC應(yīng)用以虛擬機(jī)的形式部署于邊緣云平臺(tái)之上,根據(jù)不同的場(chǎng)景需要可以進(jìn)行靈活的部署,比如在邊緣DC通常部署與流量轉(zhuǎn)發(fā)強(qiáng)相關(guān)的應(yīng)用,包括vCPE,OLT-U,DU,BNG-U, UPF/GW-U,MEP等,滿足大帶寬、低時(shí)延的業(yè)務(wù)需求。

中興通訊MEC邊緣云部署方案

為了更好的契合5G時(shí)代多業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求,中興通訊提出了完整的、面向5G的MEC邊緣云部署方案,該方案有以下5大亮點(diǎn):

1.部署輕量化的邊緣云平臺(tái)

由于受限于邊緣站點(diǎn)機(jī)房的環(huán)境,MEC邊緣云的部署規(guī)模通常較小,單站點(diǎn)部署的服務(wù)器數(shù)量較少,可提供的硬件資源有限,而安裝Openstack等基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)及管理模塊時(shí)會(huì)占用大量資源,造成邊緣云上的資源浪費(fèi)。因此需要為MEC邊緣云進(jìn)行“瘦身”,進(jìn)行輕量化部署,減少平臺(tái)和管理部分占用的資源,提高邊緣云的資源利用率!笆萆怼敝饕ㄒ韵聨追N舉措:

• 首先要對(duì)Openstack進(jìn)行裁剪,只保留必要的組件,去掉多余組件,減少對(duì)邊緣云上計(jì)算和存儲(chǔ)資源的占用。
• 其次可以采用虛機(jī)+容器雙核方案實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用的輕量化部署,便于快速部署和升級(jí)。
• 另外瘦身后的Openstack與邊緣云上的計(jì)算節(jié)點(diǎn)合設(shè),不獨(dú)占物理資源,以減少控制部分的資源占用。

中興通訊輕量化MEC邊緣云部署方案如圖2所示,通過(guò)部署輕量化Openstack比優(yōu)化前的組件數(shù)量減少了60%,配置所需的資源數(shù)減少了75%,管理資源減少了10%,不僅大大降低了對(duì)邊緣云的資源需求,也大大提高了對(duì)MEC邊緣云的管理效率。


圖2 輕量化的MEC邊緣云部署方案

另外為了提高M(jìn)EC邊緣云部署的適應(yīng)性和資源密度,中興通訊聯(lián)合英特爾共同推出了一款MEC邊緣云專用的服務(wù)器平臺(tái)OEP600(Open Edge Platform 600)。該平臺(tái)采用小尺寸一體機(jī)設(shè)計(jì),機(jī)箱深度僅為450mm;CPU采用英特爾最新至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器,為邊緣計(jì)算提供更強(qiáng)的計(jì)算性能;同時(shí)支持寬溫工作,散熱能力強(qiáng),維護(hù)方便,滿足MEC部署的多種環(huán)境要求,實(shí)現(xiàn)性能與成本的最佳匹配。在2019年MEC技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會(huì)上,中興通訊MEC邊緣云服務(wù)器平臺(tái)OEP600獲得了“2018-2019年度MEC技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)”,充分展示了中興通訊在邊緣計(jì)算領(lǐng)域領(lǐng)先的創(chuàng)新能力和技術(shù)水平。

2.部署統(tǒng)一的MEC邊緣云管理系統(tǒng)

由于邊緣云的規(guī)模通常較小,數(shù)量較多且位置分散,這給邊緣云的規(guī)劃、部署、運(yùn)維、運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了極大大的復(fù)雜性,因此需要在上級(jí)匯聚站點(diǎn)部署MEC邊緣云統(tǒng)一管理平臺(tái)(如圖2所示),對(duì)下級(jí)邊緣站點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的管理,各邊緣云上只部署計(jì)算節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn),減少管理模塊的資源占用。

對(duì)MEC邊緣云的統(tǒng)一管理主要表現(xiàn)在資源管理和運(yùn)維管理兩方面:
• 統(tǒng)一的資源管理
對(duì)所有邊緣節(jié)點(diǎn)上的資源池 (如計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等)進(jìn)行統(tǒng)一管理和分配,提供統(tǒng)一的界面集中監(jiān)控各邊緣節(jié)點(diǎn)上物理資源的拓?fù)、告警、性能、容量等信息,并為基礎(chǔ)設(shè)施管理員提供日志和告警分析等故障定位手段。NFVO只部署在上層的匯聚節(jié)點(diǎn),直接對(duì)接邊緣云統(tǒng)一管理平臺(tái),避免和所有邊緣節(jié)點(diǎn)的資源池進(jìn)行對(duì)接,對(duì)所有邊緣節(jié)點(diǎn)上部署的虛機(jī)(VM)/容器進(jìn)行統(tǒng)一編排和部署。

• 統(tǒng)一運(yùn)維管理
為各邊緣云內(nèi)的VIM提供統(tǒng)一的運(yùn)維管理平臺(tái),包括站點(diǎn)管理,用戶/租戶管理,功能配置、鏡像分發(fā),集中備份,升級(jí)/補(bǔ)丁管理、巡檢、API分發(fā)等;提供統(tǒng)一的FCAPS管理,統(tǒng)一的告警、配置和性能統(tǒng)計(jì);提供智能簡(jiǎn)便的自動(dòng)化工具快速實(shí)現(xiàn)安裝和升級(jí)、快速巡檢和開(kāi)局檢查、快速故障分析和定位、日志分析等,提升運(yùn)維效率。

3.將5G用戶面UPF下沉部署實(shí)現(xiàn)本地分流
為了滿足5G應(yīng)用場(chǎng)景大帶寬和低時(shí)延的特性要求,MEC邊緣云在部署時(shí)將與5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)深度融合,其業(yè)務(wù)分流、策略控制、Qos保證等功能,都將通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的5G網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn);5G核心網(wǎng)的C/U分離式架構(gòu),用戶面功能UPF(User Plane Function)需要下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣部署,以減少傳輸時(shí)延,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流量的本地分流?刂泼婀δ芫W(wǎng)元如SMF則在中心DC集中部署,便于統(tǒng)一控制部署在MEC的UPF,統(tǒng)一配置和下發(fā)分流策略。

5G用戶面UFP下沉部署實(shí)現(xiàn)本地分流方案如圖3所示。本地 MEC上UPF需要的分流規(guī)則,通過(guò)接口告知PCF,PCF將分流策略配置給SMF,SMF對(duì)所有流量進(jìn)行集中調(diào)度,可采用 UL CL“上行分類(lèi)”或IPv6多歸屬等方案實(shí)現(xiàn)邊緣UPF的選擇,并將需要分流的本地流量通過(guò)本地邊緣UPF卸載,對(duì)于非本地流量則通過(guò)本地UPF發(fā)送到中心UPF處理,這樣避免所有流量都迂回中心網(wǎng)絡(luò),減輕骨干網(wǎng)傳輸?shù)膲毫徒ňW(wǎng)成本,提升網(wǎng)內(nèi)分組數(shù)據(jù)的承載效率與用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)。


圖3 5G UPF本地分流方案

4.為MEC邊緣云提供硬件加速提高性能
MEC邊緣云硬件普遍采用x86通用服務(wù)器,而x86通用服務(wù)器對(duì)于特定的業(yè)務(wù)需求處理性能低下,導(dǎo)致性價(jià)比很低 ,無(wú)法滿足5G 場(chǎng)景的商用部署要求,需要考慮針對(duì)不同的業(yè)務(wù)采用不同的軟硬件加速方案:

• 對(duì)于計(jì)算密集型的業(yè)務(wù):如5G CU PDCP空口加解密處理,MEC定位算法,對(duì)CPU消耗極大,需要有專用硬件加速

• 對(duì)于流量轉(zhuǎn)發(fā)型的業(yè)務(wù):如5G UPF/GW-U、MEC本地分流以及CDN、BRAS-U等業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)能力要求很高,需要對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)軟硬件加速

• 對(duì)于視頻相關(guān)類(lèi)的業(yè)務(wù):如AR/VR、視頻直播等業(yè)務(wù)需要對(duì)視頻渲染、轉(zhuǎn)碼進(jìn)行硬件加速;

• AI領(lǐng)域:涉及的訓(xùn)練、推理操作需要引入GPU進(jìn)行硬件加速

中興通訊硬件加速方案目前已經(jīng)支持基于FPGA的GTP業(yè)務(wù)加速,基于GPU的視頻音頻業(yè)務(wù)加速及QAT加解密加速。特別是對(duì)5G用戶面UPF采用智能網(wǎng)卡硬件加速,將大部分流量從CPU卸載到智能網(wǎng)卡上,以獲得更高的轉(zhuǎn)發(fā)性能。特別是在上海舉行的MWC世界移動(dòng)大會(huì)上海展上,中興通訊成功演示了基于邊緣開(kāi)放硬件加速平臺(tái)的5G用戶面UPF解決方案,該方案較不帶加速的虛擬化UPF轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延降低了90%,吞吐量提高了200%,同時(shí)功耗可以減少55%,更好地滿足5G URLLC和eMBB對(duì)邊緣數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)發(fā)能力的特殊要求。

5.提供API實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開(kāi)放
業(yè)務(wù)能力開(kāi)放是MEC應(yīng)用的另一大特色。MEC在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署,為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息的實(shí)時(shí)感知獲取提供了便利條件,再通過(guò)開(kāi)放接口將這些信息開(kāi)放給第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用,可以優(yōu)化業(yè)務(wù)應(yīng)用、提升用戶體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)深度融合。

為了實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的能力開(kāi)放,邊緣計(jì)算體系中引入了邊緣計(jì)算應(yīng)用(ME APP),通過(guò)NEF(Network Exposure Function,網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放)與5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。一方面,NEF將感知的UE和業(yè)務(wù)流相關(guān)測(cè)量信息,比如UE實(shí)時(shí)位置、無(wú)線鏈路質(zhì)量、漫游狀態(tài)等傳遞給MEC服務(wù)器,MEC服務(wù)器基于上述測(cè)量信息通過(guò)智能分析和抽象,對(duì)應(yīng)用的業(yè)務(wù)性能進(jìn)行優(yōu)化(例如調(diào)整視頻播放碼率),進(jìn)而提升服務(wù)質(zhì)量;另一方面,NEF將感知的應(yīng)用服務(wù)相關(guān)信息,比如業(yè)務(wù)時(shí)長(zhǎng)、業(yè)務(wù)周期、移動(dòng)模式等傳遞給網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)感知分析應(yīng)用提供的這些信息,進(jìn)一步優(yōu)化其UE資源配置(例如為VIP用戶分配合適的帶寬資源)與會(huì)話管理。

中興通訊MEC能力開(kāi)放架構(gòu)如下圖所示,依托MEC邊緣業(yè)務(wù)平臺(tái),開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)能力(LBS位置能力、RNIS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息能力、QoS能力、帶寬能力等),為用戶提供差異化的體驗(yàn),挖掘網(wǎng)絡(luò)價(jià)值,提高運(yùn)營(yíng)商增值收入。同時(shí)通過(guò)開(kāi)放接口的研究及標(biāo)準(zhǔn)化,加速創(chuàng)新型業(yè)務(wù)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)及上線,打造良好的 MEC 產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。


圖4 MEC能力開(kāi)放架構(gòu)

中興通訊的面向5G的 MEC解決方案,將平臺(tái)設(shè)計(jì)、虛擬化、 MEP、硬件加速等多種軟硬件技術(shù)與 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相結(jié)合,提供輕量化的、統(tǒng)一管理的,高性能、靈活開(kāi)放的MEC邊緣云, 使應(yīng)用、服務(wù)和內(nèi)容可以實(shí)現(xiàn)本地化、近距離、分布式部署,從而一定程度解決了 5G 網(wǎng)絡(luò) eMBB、URLLC、mMTC 等技術(shù)場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求,增進(jìn)用戶體驗(yàn)。中興通訊希望能夠攜手更多的行業(yè)合作伙伴,共同探討邊緣云的合作模式,共建面向5G的邊緣生態(tài)系統(tǒng),全面推動(dòng)MEC邊緣云商用步伐,共同促進(jìn)5G邊緣業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展。 
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