第3章 MEC系統架構及部署組網策略

3.1 MEC系統架構

3.1.1 MEC系統框架

• 主要包括MEC系統級、MEC主機級以及網路級
• 系統級主要負責管理整個MEC系統資源以及接收來自終端以及第三方的業務請求；主機級負責管理MEC主機的資源以及MEC平臺和應用的配置管理；網路級保證了MEC主機與外部網路的連通性

3.1.2 MEC系統架構

• 各功能物體間有3類介面
  • Mp介面：與MEC平臺的介面
  • Mm介面：與MEC平臺管理單元的介面
  • Mx介面：與MEC系統外部物體間介面

3.1.2.1 MEC功能物體

• 虛擬化基礎設施
  • 除提供計算、存盤和網路資源等資源外，同時具備資料面轉發功能，可根據MEC平臺下發的資料流路由規則，實作應用、服務器與3GPP網路、本地網路、外部網路之間的靈活資料路由轉發
• MEC平臺
  • 實作MEC應用發現、發布、使用以及提供MEC服務
  • 完成資料面路由轉發規則的控制
  • 完成DNS代理/服務器的配置
  • 支持諸如無線網路資訊服務、位置資訊服務以及帶寬管理等服務，并為MEC應用提供存盤以及時間等服務
• MEC應用
  • 與MEC平臺間互動可以使用MEC服務或者提供MEC服務
• MEC系統級管理單元
  • MEC編排器
    • 核心功能物體，可以看到整個MEC系統的拓撲、MEC主機、可用的資源以及可用的服務
    • 完成MEC應用加載上線的準備作業，如準備虛擬化基礎設施資源、MEC應用的實體化生成及終結、MEC應用在不同MEC主機間遷移
  • 運營支撐系統
    • 運營商的運營支撐系統，實作MEC系統的控制管理，以及接收第三方服務門戶和用戶應用對MEC應用的實體化生成或者終止的請求
  • MEC應用生命周期管理代理
    • 實作相關MEC應用的加載、實體化、終止和遷移等，選擇性支持系統內和系統內外間遷移
    • 僅支持來自移動網路內部的用戶請求
• MEC主機級管理單元
  • MEC平臺管理單元
    • 包括MEC平臺運維管理、MEC應用規則與需求管理、MEC應用生命周期管理
  • 虛擬化基礎設施管理單元
    • 負責虛擬化基礎設施計算、存盤、網路等虛擬化資源的分配、管理以及釋放
    • 選擇性支持MEC應用在MEC系統與外部云環境間的遷移
• 用戶應用
  • 終端上的應用程式，通過MEC應用生命周期管理代理與MEC系統進行互動
• 第三方服務門戶
  • 讓第三方客戶根據自身需要選擇和訂購一系列的MEC應用

3.1.2.2 MEC系統介面

• MEC平臺相關介面
  • Mp1：服務注冊、服務發現和服務通信，標準化具有非常重要的意義
  • Mp2：下發資料流規則配置資料面
  • Mp3：控制MEC平臺之間的通信
• MEC管理相關介面
  • Mm1：觸發MEC應用的實體化生成或終止
  • Mm2：MEC平臺配置、故障和性能管理
  • Mm3：MEC應用的生命周期、MEC應用規則和要求的管理以及可用MEC服務的跟蹤
  • Mm4：主機虛擬化資源的管理，包括可用資源的跟蹤以及MEC應用程式鏡像的管理
  • Mm5：MEC平臺以及MEC應用規則和需求配置
  • Mm6：管理虛擬化資源，實作MEC應用生命周期管理
  • Mm7：管理虛擬化基礎設施
  • Mm8：處理來自移動網路內部用戶對于MEC應用的請求
  • Mm9：管理用戶請求的MEC應用
• MEC外部介面
  • Mx1：用于第三方請求運行MEC應用
  • Mx2：用于移動網路內部用戶請求運行MEC應用或實施應用遷移

3.1.2.3 MEC服務

• 無線網路資訊服務
  • 提供諸如實時的無線網路資訊、用戶面相關的測量及統計資訊、MEC系統服務的用戶背景關系及無線承載資訊以及相關資訊變化時的指示
• 位置資訊服務
  • 提供MEC系統服務范圍內特定或者所有用戶的位置資訊、特性位置的用戶資訊串列以及無線站點位置資訊
• 帶寬管理服務
  • 特定MEC應用、特定優先級的資料流提供帶寬的管理分配
• MEC系統可以通過增加相應的MEC服務或者部署相應的MEC應用來實作網路邊緣能力的開放，進而滿足業務應用的需求

3.1.3 基于NFV的MEC系統架構

• MEC平臺與MEC應用以VNF的形式運行在NFVI上，MEC原有的部分編排以及生命周期管理任務交給NFV編排器以及VNF管理單元完成
  • MEC平臺管理單元將MEC平臺和MEC應用的生命周期管理功能分別交給NFV管理編排單元中的多個VNFM單元進行管理
  • MEC編排器變化為MEC應用編排器MEAO，原基礎設施資源方面的編排任務則轉交給NFV管理編排單元中的NFVO完成
• 引入了Mv1、Mv2以及Mv3
  • Mv1：與NFV中的Os-Ma-nfvo介面類似
  • Mv2：用于MEC應用生命周期管理相關資訊通知
  • Mv3：用于MEC應用生命周期管理、初始化和配置等

3.2 5G MEC系統架構

3.2.1 3GPP對于MEC的支持

• 5G網路架構需要通過支持如下功能以達到邊緣計算的目標
  • 本地路由：通過UPF的選擇完成用戶資料流路由至本地邊緣網路
  • 業務疏導：基于特定業務流分流規則，將資料流疏導至邊緣網路中的業務應用中
  • 用戶面選擇/重選：基于類似AF網元提供的業務應用標識、資料網路名稱等資訊進行用戶面選擇或重選
  • 業務連續性以及會話連續性：解決用戶移動以及業務應用遷移帶來移動性問題
  • 網路能力開放：5G核心網和AF網元間通過網路能力開放網元NEF相互提供資訊
  • QoS和計費：5G PCF對路由至本地網路的資料流提供QoS控制和計費支持

3.2.1.1 AF對資料路由的影響

• AF通過N5介面向PCF發送請求，或者通過NEF向PCF發送請求，PCF將請求資訊轉換成PDU會話建立的策略，從而影響SMF進行UPF的選擇以及PDU會話的建立
• AF發送的請求資訊包括：
  • DNN和S-NSSAI
  • 應用標識或者資料流過濾資訊
  • N6介面資料路由規則
  • 用戶面資料路由到的目標應用的潛在位置，用DNAI串列來表示
  • 用戶資料需要被路由的終端用戶的資訊
  • 進行用戶面資料重路由的時間資訊
  • 進行用戶面資料重路由時，終端的位置資訊

3.2.1.2 基于位置的本地網路發現

• 終端用戶可以通過多個PDU會話，完成DN和LADN的同時接入與訪問，當終端移除LADN區域時，斷開原PDU會話連接

3.2.1.3 單個PDU會話多個PDU會話錨點

• ULCL方案
  • SMF通過N4介面對UPF增加UL CL功能和PDU會話錨點，并通過SMF提供給ULCL的資料流過濾規則，完成邊緣資料流識別與分流
  • 上行資料流疏導至不同的PDU會話錨點，下行資料流，ULCL負責完成資料流合并后發送給終端用戶
• IPv6多歸屬方案
  • SMF在IPv6多歸屬場景下增加BP分支點和PDU會話錨點
  • BP根據不同的IPv6前綴將不同的上行資料流疏導至不同的PDU會話錨點，并將來自不同PDU會話錨點的下行資料流合并后發送給終端用戶
• ULCL和IPv6多歸屬，都可以實作通過不同PDU會話錨點對同一資料網路進行訪問，或對不同資料網路的訪問

3.2.1.4 會話及業務連續性

• SSC模式一
  • PDU會話錨點，不會因為終端用戶的移動而發生改變，即用戶的IP地址保持不變
• SSC模式二
  • 離開原UPF區域，觸發釋放原有PDU會話，并指示終端用戶選擇新的UPF與同一資料網路建立新的PDU會話
  • 僅有一個PDU會話且具備多個PDU會話錨點時，額外的PDU會話錨點會被釋放并重新分配
• SSC模式三
  • 允許在新的PDU會話建立完成前依然保持用戶與原PDU會話錨點間的PDU會話，此時同時擁有2個錨點和會話，最后可以釋放掉原PDU會話
  • 僅有一個PDU會話且具備多個PDU會話錨點時，額外的PDU會話錨點會被釋放并重新分配
• 基于LADN的本地邊緣網路接入方案，可通過SSC模式三，保證業務的連續性
• 基于IPv6多歸屬以及ULCL方案的本地邊緣網路接入，則可以將原PDU會話錨點配置成SSC模式一，通過BP分支以及ULCL功能保證本地邊緣網路的接入

3.2.2 5G MEC融合架構

• MEC可部署在地市級本地DC（邊緣級）、本地DC（接入級），甚至直接部署5G CU DU一體化的基站上，與5G CU合設
• MEC對資料流靈活路由等功能的需求主要UPF選擇/重選等負責滿足，MEC在提供業務應用本地化、本地計算/存盤能力以及網路邊緣資訊的感知與開放方面則主要由MEC主機以及對應的平臺、平臺管理單元等實作
• MEC本地資料流的計費、內容合法監聽通過5G UPF負責支持

3.3 5G MEC部署組網策略

3.3.1 5G網路部署策略

• 中心級：IT系統和業務云
• 匯聚級：5G網路的控制面功能，省級業務云也可以同時部署
• 邊緣級：資料面網關功能，MEC、5G部分控制面功能以及固網vBRAS也可以部署，固網部分CDN資源也可以部署
• 接入級：5G接入CU、4G虛擬化BBU、MEC以及固網vOLT

3.3.2 5G MEC總體部署策略

• 根據業務應用的時延、服務覆寫范圍等要求，同時結合網路設施的DC化改造趨勢，將所需的MEC業務應用以及服務部署在相應層級的資料中心

3.3.3 不同場景下的MEC部署方案

• eMBB
  • MEC部署的位置可以從一體化基站至地市級DC或者接入級DC
• uRLLC
  • 部署位置可從基站至接入級DC
• mMTC
  • 部署范圍從基站到省級資料中心，甚至可以部署在MTC終端簇頭節點，實作MTC終端資料/信令的匯聚處理

3.4 5G MEC面臨的問題與挑戰

• 基于MEC的本地分流
  • 資料流識別方法、本地業務分流規則以及本地業務分流控制面及用戶面的業務流程
  • 如何實作本地資料流/內容的計費、合法監聽以及差異化策略控制
  • 在4G網路中實作基于MEC的本地分流
• 基于MEC的快取與加速
  • 快取模式：本地DNS、重定向、透明代理，需要明確選擇合適的快取模式
  • 快取效率：快取演算法優化快取性能，提升快取命中率
  • 快取通道：規劃一條從MEC至遠端業務服務器間的快取通道
  • 快取內容再生：基于MEC的計算存盤能力，實作同一視頻內容版本的快取以及不同解析度的內容再生
• 基于MEC的網路能力開放
  • 感知、獲取網路背景關系資訊，通過分析處理形成MEC平臺具備的網路能力，通過開放介面的研究及標準化，加速創新型業務應用的開發及上線
• MEC場景下的移動性管理
  • 終端移動、負載平衡等導致應用遷移、終端在MEC覆寫區域與非MEC覆寫區間移動
• 基于MEC的固移融合
  • 基于MEC的靈活回傳路徑選擇、基于業務要求的接入和回傳解耦，如何針對這兩個場景，保證用戶會話以及業務的連續性
• 基于MEC的計算卸載
  • 上傳數量的大小、傳輸的時延、MEC計算時間、計算結果反饋的資料量大小、反饋資料的傳輸時延、MTC終端的計算時間、MTC終端計算所需能耗等因素，對是否進行計算任務卸載以及對哪些計算任務進行卸載等問題產生很大影響

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