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5G MEC IP 网络白皮书 前言 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 ii 前言 全球已经掀起行业数字化转型的浪潮，数字化是基础，网络化是支撑，智能化是目标。智能技术已经率先在制造、电力、交通、医疗、农业等行业开始应用，行业智能时代已经来临。 边缘计算（ MEC）是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台（架构），就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。预测到 2022 年，超过 50%的企 业生成数据将在数据中心或云之外的边缘进行创建和处理。 5G 为边缘计算产业的落地和发展提供了良好的网络基础，主要体现在三大场景（ eMBB， uRLLC 和 mMTC）的支持、核心网用户面功能的灵活部署以及 5G 网络能力开放等方面。 “ 5G + MEC + AI” 是 5G 在网络边缘更好使能各行各业的关键；是运营商助力垂直行业数字化和智能化的新模式；是运营商进入垂直行业的触点和重点场景；也是 5G 应用是否成功的一个重要标志。 5G MEC 将云计算和 5G 核心网带到网络边缘，带来了新的流量模型和部署模型。如果运营商还继续采用 4G 移动承载网的设计思路，在 5G 时代，运营商网络将面临边缘计算的困局。如何破局，建设一个“ 5G MEC Ready”的网络？是运营商网络规划必须解决的一个问题。 本文深入分析了 5G MEC 给网络带来的四大新挑战，提出了 5G MEC 网络规划的六大关键点和建议，以及网络参考模型。 5G MEC IP 网络白皮书 目 录 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 iii 目 录 前言 . ii 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 . 1 1.1 行业智能时代的边缘计算 . 1 1.2 边缘计算的设备形态和价值 . 1 1.2.1 边缘计算的设备形态 . 1 1.2.2 边缘计算的 CROSS 价值 和特性 . 2 1.3 MEC 是运营商进入垂直行业的新触点和重点场景 . 3 2 运营商网络的边缘计算困局 . 6 2.1 5G MEC 网络不是 4G 网络的简单升级 . 6 2.2 5G MEC 网络的四大新挑战 . 7 2.2.1 现场 MEC 新场景 . 7 2.2.2 5G 核心网下移 . 8 2.2.3 云边协同通信 . 9 2.2.4 MEC 的无缝 FMC 业务 . 10 3 运营商网络的边缘计算破局关键点 . 12 3.1 ECNI 的边缘计算网络模型 . 12 3.2 运营商网络的边缘计算破局 关键点 . 13 3.2.1 ECA：最短路径 . 13 3.2.2 ECA 和 ECI：低延迟切片 . 14 3.2.3 ECI：灵活多点通信 . 15 3.2.4 ECN：集成网络架构 . 16 3.2.5 运营商网和企业网： MEC 安全和互通 . 17 3.2.6 网络支持云边协同 . 18 3.3 5G MEC 网络规划建议和网络架构参考模型 . 19 4 结束语 . 22 A 缩略语表 . 23 B 参考文献 . 26 5G MEC IP 网络白皮书 插图目录 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术 有限公司 iv 插图目录 图 1-1 边缘计算的三种落地形态 . 2 图 1-2 5G 核心网架构： CUPS 和层次化 UPF . 4 图 1-3 现场 MEC： 5G 应用的新场景 . 5 图 2-1 4G 核心网集中式部署和 5G MEC 的 UPF 分布式部署 . 7 图 2-2 大型企业的现场 MEC 场景 . 8 图 2-3 5G MEC 的核心网网元间接口 . 9 图 2-4 5G MEC 的边云协同和边边协同通信 . 10 图 2-5 MEC 的 FMC 业务 . 11 图 3-1 ECNI 的边缘计算网络抽象模型 . 13 图 3-2 MEC 需要无绕行，低延迟接入网 . 14 图 3-3 ECA 和 ECI 的低延迟切片 . 14 图 3-4 ECI 的多点通信网络 . 15 图 3-5 ECN 参考模型 . 16 图 3-6 运营商和企业网在 MEC 上的安全互通 . 18 图 3-7 网络支持业务自动部署和云边协同的参考模型 . 19 图 3-8 MEC 视角的运营商网络架构参考模型 . 20 图 4-1 5G MEC 对运营商网络的四大挑战和六大关键 . 22 5G MEC IP 网络白皮书 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 1 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 1.1 行业智能时代的边缘计算 全球已经掀起行业数字化转型的浪潮，数字化是基础，网络化是支撑，智能化是目标。通过对人、物、环境、过程等对象进行数字化产生数据，通过网络化实现数据的价值流动，以数据为生产要素，通过智能化为各行业创造经济和社会价值。智能化是以数据的智能分析为基础，从而实现智能决策和智能操作，并通过闭环实现业务流程的持续智能优化。 以大数据、机器学习、深度学习为代表的智能技术已经在语音识别、图像识别、用户画像等方面得到应用，在算法、模型、架构等方面取得了较大的进展。智能 技术已经率先在制造、电力、交通、医疗、农业等行业开始应用，行业智能时代已经来临。 边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台（架构），就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。它可以作为联接物理和数字世界的桥梁，使能智能资产、智能网关、智能系统和智能服务。 边缘计算被认为是 5G 与工业互联网、物联网等系统的重要结合点，有望带来更多的颠覆性业务模式。预计到 2022 年，超过 50%的企业生成数据将在数据中心或云之外进行创建和处理， 20%的新工业控制系统将拥有分析和 AI 边缘推理能力，至少 50%的高端工业物联网网关将提供可选的 5G 模块。欧洲电信标准研究所（ ETSI）在 2014 年成立 MEC 工业专业组，关注运营商边缘计算的标准和工业使能，并且在 2016 年，将MEC 的定义从移动边缘计算（ Mobile Edge Computing）改为外延更广的多接入边缘计算（ Multi-Access Edge Computing）；在运营商领域， MEC 一般被用来指代边缘计算系统。在 5G 时代， MEC 是运营商助力 垂直行业数字化和智能化的新应用模式。 1.2 边缘计算的设备形态和价值 1.2.1 边缘计算的设备形态 边缘计算的业务本质是云计算在数据中心之外边缘节点的延伸和演进，以“边云协同”和“边缘智能”为核心能力发展方向；软件平台需要考虑导入云理念、云架构、云技术，提供端到端实时和协同式智能、可信赖、可动态重置等能力；硬件平台需要考虑异构计算能力，如鲲鹏、昇腾、 ARM、 X86、 GPU、 NPU、 FPGA 等。 5G MEC IP 网络白皮书 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 2 边缘计算产业联盟（ ECC） 1将边缘计算系统的落地形态归纳为以下三种：云边缘，边缘云，边缘网关（见 图 1-1）： 云边缘：云边缘形态的边缘计算，是云服务在边缘侧的延伸，逻辑上仍是云服务，主要的能力提供依赖于云服务或需要与云服务紧密协同。主要应用在公有云场景，如华为云提供的 IEF 解决方案、 AWS 提供的 Greengrass 解决方案等均属于此类。 边缘云：边缘云形态的边缘计算，是在边缘侧构建中小规模云服务能力，边缘服务能力主要由边缘云 提供；边缘云的管理调度能力由部署在中心云的系统完成。如运营商 MEC、 CDN 等均属于此类。 边缘网关：边缘网关形态的边缘计算，以云化技术与能力重构原有嵌入式网关系统，边缘网关在边缘侧提供协议 /接口转换、边缘计算等能力，部署在云侧的控制器提供边缘节点的资源调度、应用管理与业务编排等能力。边缘网关主要应用在工业联网和车联网等场景中。 图 1-1 边缘计算的三种落地形态 1.2.2 边缘计算的 CROSS价值和特性 联接的海量 (Connection) 网络是系统互联与数据采集传输的基石。伴随联接设备数量的剧增，网络灵活扩展、低成本运维 和可靠性保障面临巨大挑战。 业务的实时性 (Real-time) 工业系统检测、控制、执行，新兴的 VR/AR 等应用的实时性高，部分场景实时性要求在 10ms 以内甚至更低，如果数据分析和处理全部在云端实现，难以满足业务的实时性要求，严重影响终端客户的业务体验。 数据的优化 (Optimization) 5G MEC IP 网络白皮书 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 3 当前工业现场与物联网末端存在大量的多样化异构数据，需要通过数据优化实现数据的聚合、数据的统一呈现与开放，以灵活高效地服务于边缘应用的智能。 应用的智能性 (Smart) 业务流程优化、运维自动化与业务创新驱动应用走向智能，边缘侧智能能够带来显著的效率与成本优势。 安全与隐私保护 (Security) 安全跨越云计算和边缘计算之间的纵深，需要实施端到端防护。网络边缘侧由于更贴近万物互联的设备，访问控制与威胁防护的广度和难度因此大幅提升。边缘侧安全主要包含设备安全、网络安全、数据安全与应用安全。此外，关键数据的完整性、保密性，大量生产或人身隐私数据的保护也是安全领域需要重点关注的内容。 1.3 MEC是运营商进入垂直行业的新触点和重点场景 MEC 使能运营商在网络边缘分流业务，通过端到端 整体方案为客户提供更低时延、更高带宽、更低成本的业务体验，快速响应用户请求并提升服务质量。 MEC 使运营商能更加贴近用户提供高质量的服务，甚至深入到企业园区里面，进一步促进运营商通信网络和企业业务的深度融合，提升网络的价值。 5G 为边缘计算产业的落地和发展提供了良好的网络基础，主要体现在三大场景的支持、用户面功能的灵活部署以及网络能力开放等方面。 5G 三大典型场景都与边缘计算密切相关。 uRLLC 超高可靠低时延、 eMBB（特别是超级上行技术） 增强移动带宽以及 mMTC 海量机器类通信，可以分别支持不同需求的 边缘计算场景。例如，对于时延要求极高的工业控制，对于带宽要求较高的AR/VR、直播，对于海量连接需求高的 IoT 设备接入等新兴业务。此外，对于移动业务的连续性要求， 5G 网络引入了三种业务与会话连续性模式来保证用户的体验，例如车联网等。 5G 用户面 UPF（ User Plane Function）的 下沉和灵活部署实现了数据流量本地卸载。可以将边缘计算节点灵活部署在不同的网络位置来满足对时延、带宽有不同需求的边缘计算业务。 5G 核心网采用控制面（ SMF： Session Management Function）和用户面UPF 分离的 CUPS（ Control and User Plane Separation ）架构 2；即 5G 控制面集中部署，一个控制面（ SMF）可以同时管理很多个 UPF 而不影响 5G 核心网的性能； 5G 用户面分散部署， UPF 可以按需灵活分布部署，部署到网络边缘支持边缘计算。 另外，不同于 4G 核心网， 5G 核心网的用户面 UPF 可以分层部署， UPF 节点具备基于流的分层路由能力；在用户面可以按需动态地插入 UL CL(Uplink Classifier)进行业务分流处理，业务流量被本地分流或被导送到锚点 UPF， UE 并不感知业务分流。部署在边缘的UPF 可以是一个轻型和专业的 UPF。 如 图 1-2 所示， CUPS 和 UPF 分层架构为 5G 支持边缘计算带来了灵活性和强大的通信能力支持， UE 的不同业务，可以引导到本地UPF（比如企业应用），或直接引导到锚点 UPF（普通的上网业务），中间可以动态插入 UL CL 进行按需动态分流。因此， 在企业园区里面的基站，是可以同时支持本地企业应用和个人普通上网应用。 5G MEC IP 网络白皮书 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 4 图 1-2 5G核心网架构： CUPS和层次化 UPF 5G 支持将网络能力开放给边缘应用。无线网络信息服务、位置服务、 QoS 服务等网络能力，可以封装成边缘计算 PaaS 平台的 API，开放给应用。 5G 与边缘计算结合，是运营商使能边缘计算的新核心竞争力和最大独特优势。同时，边缘计算也成为 5G 服务垂直行业，充分发挥 5G 新网络特性的重要利器之一。 具体而言， 5G 新架构功能特性结合边缘计算，给运营商使能企业数字化和智能化应用带来了以下新优势： 1. 核心网 UPF 下移到企业园区（现场 MEC 场景，一般是面向大型企业， 图 1-3），可以保证关键业务数据不出园区，更易提供低延迟承载方案；运营商可以为每个用户配置单独的 UPF，给企业用户定制 5G 服务。 2. 运营商以 API 模式开放的 5G 通信服务可编程能力（如定位，无线通信能力，带宽管理等），可以集成到企业生产业务系统中，企业可以定制 自己的 5G 创新应用。 3. 下沉的 5G MEC 系统和企业网直接互联互通，使分布在企业和运营商两个网络系统上的业务系统可以实时地集成拉通，加上 5G 新的面向行业应用的通信功能（低延迟 uRLLC、物联网 mMTC、无线超级上行和业务连续性等），各行业可以做出很多创新应用。 5G MEC IP 网络白皮书 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 5 图 1-3 现场 MEC： 5G应用的新场景 5G MEC 给运营商进入垂直行业带来了新的业务场景和商业模式。 运营商一般是用代建代维方式，将 5G MEC 部署到企业园区，提供边缘云计算服务，包括 IaaS， PaaS（即 MEP 平台），以及 SaaS（结合运营商的云计算 服务）等更多的增值服务，收益从管道转向软件和服务。 这样，运营商能深入垂直行业的 ICT 系统及应用领域，更好地为企业数字化、网络化和智能化提供全套的 ICT 服务和云计算应用，提供的业务比传统的企业专线业务，更深入全面和有客户粘性。 这就是为什么运营商都在积极拓展5G MEC 企业业务的原因，得 5G MEC 服务者得企业客户。 5G MEC IP 网络白皮书 2 运营商网络的边缘计算困局 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 6 2 运营商网络的边缘计算困局 2.1 5G MEC网络不是 4G网络的简单升级 4G 核心网是集中部署模式，一般是一个省（或大区）部署一个 4G 核心网，所以 4G承载网的流量模型是南北向为主，运营商倾向于采用比较简单的 接入网设计，如很多运营商采用 L2（ VPN） +L3（ VPN）组网模式，即接入网采用相对简单的 L2 VPN 网络。 5G 核心网是 CUPS 架构，控制面集中部署，一般是一个省或一个大区部署一个，而UPF 是分布式部署的，一般一个城市会部署一个锚点 UPF（ Anchor UPF）和很多 MEC UPF。 5G MEC 可以部署在运营商的边缘机房或企业园区的企业机房中（参见 图 2-1）。 5G UPF 在移动承载网上的分布式部署，改变了 4G 时代承载网的数据模型和承载方式；在 4G 时代，这些无线核心网流量是在 IP 骨干网上而不是在移动承载网上来承载的。而且 5G MEC 经常连接到接入网（如现场 MEC），增加了对 5G 移动承载网接入网的功能要求，具体的 UPF 业务流需求分析详见 2.2.2 5G 核心网下移 。 5G MEC 网络需要一个功能更强大、支持企业业务的网络架构和方案，不能是 4G 现有移动承载网架构的简单带宽升级。