華為：5G MEC IP網絡白皮書.pdf

《華為：5G MEC IP網絡白皮書.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《華為：5G MEC IP網絡白皮書.pdf（31頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、 5G MEC IP 網絡白皮書 前言 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 ii 前言前言 全球已經掀起行業數字化轉型的浪潮，數字化是基礎，網絡化是支撐，智能化是目 標。智能技術已經率先在制造、電力、交通、醫療、農業等行業開始應用，行業智能 時代已經來臨。 邊緣計算（MEC）是在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應 用核心能力的分布式開放平臺（架構） ，就近提供邊緣智能服務，滿足行業數字化在敏 捷聯接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。預測 到 2022 年，超過 50%的企業生成數據將在數據中心或云之外的邊緣進行

2、創建和處理。 5G 為邊緣計算產業的落地和發展提供了良好的網絡基礎，主要體現在三大場景 （eMBB， uRLLC 和 mMTC）的支持、核心網用戶面功能的靈活部署以及 5G 網絡能 力開放等方面。 “5G + MEC + AI” 是 5G 在網絡邊緣更好使能各行各業的關鍵；是運營商助力垂直行 業數字化和智能化的新模式；是運營商進入垂直行業的觸點和重點場景；也是 5G 應用 是否成功的一個重要標志。 5G MEC 將云計算和 5G 核心網帶到網絡邊緣，帶來了新的流量模型和部署模型。如果 運營商還繼續采用 4G 移動承載網的設計思路，在 5G 時代，運營商網絡將面臨邊緣計 算的困局。如何破局，建設

3、一個“5G MEC Ready”的網絡？是運營商網絡規劃必須解 決的一個問題。 本文深入分析了 5G MEC 給網絡帶來的四大新挑戰，提出了 5G MEC 網絡規劃的六大 關鍵點和建議，以及網絡參考模型。 5G MEC IP 網絡白皮書 目 錄 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 iii 目目 錄錄 前言前言 . ii 1 邊緣計算助力垂直行業數字化和智能化邊緣計算助力垂直行業數字化和智能化 . 1 1.1 行業智能時代的邊緣計算 . 1 1.2 邊緣計算的設備形態和價值 . 1 1.2.1 邊緣計算的設備形態 . 1 1.2.2 邊緣計算的 CROSS 價值

4、和特性 . 2 1.3 MEC 是運營商進入垂直行業的新觸點和重點場景 . 3 2 運營商網絡的邊緣計算困局運營商網絡的邊緣計算困局 . 6 2.1 5G MEC 網絡不是 4G 網絡的簡單升級 . 6 2.2 5G MEC 網絡的四大新挑戰 . 7 2.2.1 現場 MEC 新場景 . 7 2.2.2 5G 核心網下移 . 8 2.2.3 云邊協同通信 . 9 2.2.4 MEC 的無縫 FMC 業務 . 10 3 運營商網絡的邊緣計算破局關鍵點運營商網絡的邊緣計算破局關鍵點 . 12 3.1 ECNI 的邊緣計算網絡模型 . 12 3.2 運營商網絡的邊緣計算破局關鍵點 . 13 3.2.

5、1 ECA：最短路徑 . 13 3.2.2 ECA 和 ECI：低延遲切片 . 14 3.2.3 ECI：靈活多點通信 . 15 3.2.4 ECN：集成網絡架構 . 16 3.2.5 運營商網和企業網：MEC 安全和互通 . 17 3.2.6 網絡支持云邊協同 . 18 3.3 5G MEC 網絡規劃建議和網絡架構參考模型 . 19 4 結束語結束語 . 22 A 縮略語表縮略語表 . 23 B 參考文獻參考文獻 . 26 5G MEC IP 網絡白皮書 插圖目錄 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 iv 插圖目錄插圖目錄 圖 1-1 邊緣計算的三種落地形態

6、 . 2 圖 1-2 5G 核心網架構：CUPS 和層次化 UPF . 4 圖 1-3 現場 MEC：5G 應用的新場景 . 5 圖 2-1 4G 核心網集中式部署和 5G MEC 的 UPF 分布式部署 . 7 圖 2-2 大型企業的現場 MEC 場景 . 8 圖 2-3 5G MEC 的核心網網元間接口 . 9 圖 2-4 5G MEC 的邊云協同和邊邊協同通信 . 10 圖 2-5 MEC 的 FMC 業務 . 11 圖 3-1 ECNI 的邊緣計算網絡抽象模型 . 13 圖 3-2 MEC 需要無繞行，低延遲接入網 . 14 圖 3-3 ECA 和 ECI 的低延遲切片 . 14 圖

7、3-4 ECI 的多點通信網絡 . 15 圖 3-5 ECN 參考模型 . 16 圖 3-6 運營商和企業網在 MEC 上的安全互通 . 18 圖 3-7 網絡支持業務自動部署和云邊協同的參考模型 . 19 圖 3-8 MEC 視角的運營商網絡架構參考模型 . 20 圖 4-1 5G MEC 對運營商網絡的四大挑戰和六大關鍵 . 22 5G MEC IP 網絡白皮書 1 邊緣計算助力垂直行業數字化和智能化 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 1 1 邊緣計算助力垂直行業數字化和智能化邊緣計算助力垂直行業數字化和智能化 1.1 行業智能時代的邊緣計算 全球已經掀

8、起行業數字化轉型的浪潮，數字化是基礎，網絡化是支撐，智能化是目 標。通過對人、物、環境、過程等對象進行數字化產生數據，通過網絡化實現數據的 價值流動，以數據為生產要素，通過智能化為各行業創造經濟和社會價值。智能化是 以數據的智能分析為基礎，從而實現智能決策和智能操作，并通過閉環實現業務流程 的持續智能優化。 以大數據、機器學習、深度學習為代表的智能技術已經在語音識別、圖像識別、用戶 畫像等方面得到應用，在算法、模型、架構等方面取得了較大的進展。智能技術已經 率先在制造、電力、交通、醫療、農業等行業開始應用，行業智能時代已經來臨。 邊緣計算是在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、

9、應用核心能 力的分布式開放平臺（架構） ，就近提供邊緣智能服務，滿足行業數字化在敏捷聯接、 實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。它可以作為聯 接物理和數字世界的橋梁，使能智能資產、智能網關、智能系統和智能服務。 邊緣計算被認為是 5G 與工業互聯網、物聯網等系統的重要結合點，有望帶來更多的 顛覆性業務模式。預計到 2022 年，超過 50%的企業生成數據將在數據中心或云之外進 行創建和處理，20%的新工業控制系統將擁有分析和 AI 邊緣推理能力，至少 50%的高 端工業物聯網網關將提供可選的 5G 模塊。歐洲電信標準研究所（ETSI）在 2014 年成 立 MEC 工

10、業專業組，關注運營商邊緣計算的標準和工業使能，并且在 2016 年，將 MEC 的定義從移動邊緣計算（Mobile Edge Computing）改為外延更廣的多接入邊緣計 算（Multi-Access Edge Computing） ；在運營商領域，MEC 一般被用來指代邊緣計算系 統。在 5G 時代，MEC 是運營商助力垂直行業數字化和智能化的新應用模式。 1.2 邊緣計算的設備形態和價值 1.2.1 邊緣計算的設備形態 邊緣計算的業務本質是云計算在數據中心之外邊緣節點的延伸和演進，以“邊云協 同”和“邊緣智能”為核心能力發展方向；軟件平臺需要考慮導入云理念、云架構、 云技術，提供端到端實

11、時和協同式智能、可信賴、可動態重置等能力；硬件平臺需要 考慮異構計算能力，如鯤鵬、昇騰、ARM、X86、GPU、NPU、FPGA 等。 5G MEC IP 網絡白皮書 1 邊緣計算助力垂直行業數字化和智能化 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 2 邊緣計算產業聯盟（ECC）1將邊緣計算系統的落地形態歸納為以下三種：云邊緣，邊 緣云，邊緣網關（見圖 1-1） ： 云邊緣：云邊緣形態的邊緣計算，是云服務在邊緣側的延伸，邏輯上仍是云服 務，主要的能力提供依賴于云服務或需要與云服務緊密協同。主要應用在公有云 場景，如華為云提供的 IEF 解決方案、AWS 提供的 Gr

12、eengrass 解決方案等均屬 于此類。 邊緣云：邊緣云形態的邊緣計算，是在邊緣側構建中小規模云服務能力，邊緣服 務能力主要由邊緣云提供；邊緣云的管理調度能力由部署在中心云的系統完成。 如運營商 MEC、CDN 等均屬于此類。 邊緣網關：邊緣網關形態的邊緣計算，以云化技術與能力重構原有嵌入式網關系 統，邊緣網關在邊緣側提供協議/接口轉換、邊緣計算等能力，部署在云側的控制 器提供邊緣節點的資源調度、應用管理與業務編排等能力。邊緣網關主要應用在 工業聯網和車聯網等場景中。 圖1-1 邊緣計算的三種落地形態 1.2.2 邊緣計算的 CROSS 價值和特性 聯接的海量(Connection) 網絡是

13、系統互聯與數據采集傳輸的基石。伴隨聯接設備數量的劇增，網絡靈活擴 展、低成本運維和可靠性保障面臨巨大挑戰。 業務的實時性 (Real-time) 工業系統檢測、控制、執行，新興的 VR/AR 等應用的實時性高，部分場景實時性 要求在 10ms 以內甚至更低，如果數據分析和處理全部在云端實現，難以滿足業務 的實時性要求，嚴重影響終端客戶的業務體驗。 數據的優化 (Optimization) 5G MEC IP 網絡白皮書 1 邊緣計算助力垂直行業數字化和智能化 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 3 當前工業現場與物聯網末端存在大量的多樣化異構數據，需要通過數據

14、優化實現 數據的聚合、數據的統一呈現與開放，以靈活高效地服務于邊緣應用的智能。 應用的智能性 (Smart) 業務流程優化、運維自動化與業務創新驅動應用走向智能，邊緣側智能能夠帶來 顯著的效率與成本優勢。 安全與隱私保護 (Security) 安全跨越云計算和邊緣計算之間的縱深，需要實施端到端防護。網絡邊緣側由于 更貼近萬物互聯的設備，訪問控制與威脅防護的廣度和難度因此大幅提升。邊緣 側安全主要包含設備安全、網絡安全、數據安全與應用安全。此外，關鍵數據的 完整性、保密性，大量生產或人身隱私數據的保護也是安全領域需要重點關注的 內容。 1.3 MEC 是運營商進入垂直行業的新觸點和重點場景 ME

15、C 使能運營商在網絡邊緣分流業務，通過端到端整體方案為客戶提供更低時延、更 高帶寬、更低成本的業務體驗，快速響應用戶請求并提升服務質量。MEC 使運營商能 更加貼近用戶提供高質量的服務，甚至深入到企業園區里面，進一步促進運營商通信 網絡和企業業務的深度融合，提升網絡的價值。 5G 為邊緣計算產業的落地和發展提供了良好的網絡基礎，主要體現在三大場景的支 持、用戶面功能的靈活部署以及網絡能力開放等方面。 5G 三大典型場景都與邊緣計算密切相關。uRLLC 超高可靠低時延、eMBB（特別是 超級上行技術） 增強移動帶寬以及 mMTC 海量機器類通信，可以分別支持不同需求 的邊緣計算場景。例如，對于時

16、延要求極高的工業控制，對于帶寬要求較高的 AR/VR、直播，對于海量連接需求高的 IoT 設備接入等新興業務。此外，對于移動業 務的連續性要求，5G 網絡引入了三種業務與會話連續性模式來保證用戶的體驗，例如 車聯網等。 5G 用戶面 UPF（User Plane Function）的 下沉和靈活部署實現了數據流量本地卸載。 可以將邊緣計算節點靈活部署在不同的網絡位置來滿足對時延、帶寬有不同需求的邊 緣計算業務。5G 核心網采用控制面（SMF：Session Management Function）和用戶面 UPF 分離的 CUPS（Control and User Plane Separati

17、on ）架構2；即 5G 控制面集中部 署，一個控制面（SMF）可以同時管理很多個 UPF 而不影響 5G 核心網的性能；5G 用 戶面分散部署，UPF 可以按需靈活分布部署，部署到網絡邊緣支持邊緣計算。 另外， 不同于 4G 核心網，5G 核心網的用戶面 UPF 可以分層部署， UPF 節點具備基于流的 分層路由能力；在用戶面可以按需動態地插入 UL CL(Uplink Classifier)進行業務分流處 理，業務流量被本地分流或被導送到錨點 UPF，UE 并不感知業務分流。部署在邊緣的 UPF 可以是一個輕型和專業的 UPF。 如圖 1-2 所示，CUPS 和 UPF 分層架構為 5G

18、支 持邊緣計算帶來了靈活性和強大的通信能力支持，UE 的不同業務，可以引導到本地 UPF（比如企業應用） ，或直接引導到錨點 UPF（普通的上網業務） ，中間可以動態插 入 UL CL 進行按需動態分流。因此，在企業園區里面的基站，是可以同時支持本地企 業應用和個人普通上網應用。 5G MEC IP 網絡白皮書 1 邊緣計算助力垂直行業數字化和智能化 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 4 圖1-2 5G 核心網架構：CUPS 和層次化UPF 5G 支持將網絡能力開放給邊緣應用。無線網絡信息服務、位置服務、QoS 服務等網 絡能力，可以封裝成邊緣計算 PaaS

19、 平臺的 API，開放給應用。 5G 與邊緣計算結合，是運營商使能邊緣計算的新核心競爭力和最大獨特優勢。同時， 邊緣計算也成為 5G 服務垂直行業，充分發揮 5G 新網絡特性的重要利器之一。 具體而言，5G 新架構功能特性結合邊緣計算，給運營商使能企業數字化和智能化應用 帶來了以下新優勢： 1. 核心網 UPF 下移到企業園區（現場 MEC 場景，一般是面向大型企業，圖 1-3）， 可以保證關鍵業務數據不出園區，更易提供低延遲承載方案；運營商可以為每個 用戶配置單獨的 UPF，給企業用戶定制 5G 服務。 2. 運營商以 API 模式開放的 5G 通信服務可編程能力（如定位，無線通信能力，帶

20、寬管理等），可以集成到企業生產業務系統中，企業可以定制自己的 5G 創新應 用。 3. 下沉的 5G MEC 系統和企業網直接互聯互通，使分布在企業和運營商兩個網絡系 統上的業務系統可以實時地集成拉通，加上 5G 新的面向行業應用的通信功能（低 延遲 uRLLC、物聯網 mMTC、無線超級上行和業務連續性等），各行業可以做出 很多創新應用。 5G MEC IP 網絡白皮書 1 邊緣計算助力垂直行業數字化和智能化 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 5 圖1-3 現場MEC：5G 應用的新場景 5G MEC 給運營商進入垂直行業帶來了新的業務場景和商業模式。 運

21、營商一般是用代 建代維方式，將 5G MEC 部署到企業園區，提供邊緣云計算服務，包括 IaaS， PaaS （即 MEP 平臺） ，以及 SaaS（結合運營商的云計算服務）等更多的增值服務，收益從 管道轉向軟件和服務。 這樣，運營商能深入垂直行業的 ICT 系統及應用領域，更好地 為企業數字化、網絡化和智能化提供全套的 ICT 服務和云計算應用，提供的業務比傳 統的企業專線業務，更深入全面和有客戶粘性。 這就是為什么運營商都在積極拓展 5G MEC 企業業務的原因，得 5G MEC 服務者得企業客戶。 5G MEC IP 網絡白皮書 2 運營商網絡的邊緣計算困局 文檔版本 01 (2020-

22、04-29) 版權所有 華為技術有限公司 6 2 運營商網絡的邊緣計算困局運營商網絡的邊緣計算困局 2.1 5G MEC 網絡不是 4G 網絡的簡單升級 4G 核心網是集中部署模式，一般是一個?。ɑ虼髤^）部署一個 4G 核心網，所以 4G 承載網的流量模型是南北向為主，運營商傾向于采用比較簡單的接入網設計，如很多 運營商采用 L2（VPN）+L3（VPN）組網模式，即接入網采用相對簡單的 L2 VPN 網 絡。 5G 核心網是 CUPS 架構，控制面集中部署，一般是一個省或一個大區部署一個，而 UPF 是分布式部署的，一般一個城市會部署一個錨點 UPF（Anchor UPF）和很多 MEC U

23、PF。5G MEC 可以部署在運營商的邊緣機房或企業園區的企業機房中（參見圖 2- 1） 。 5G UPF 在移動承載網上的分布式部署，改變了 4G 時代承載網的數據模型和承載 方式；在 4G 時代，這些無線核心網流量是在 IP 骨干網上而不是在移動承載網上來承 載的。而且 5G MEC 經常連接到接入網（如現場 MEC） ，增加了對 5G 移動承載網接入 網的功能要求，具體的 UPF 業務流需求分析詳見 2.2.2 5G 核心網下移。5G MEC 網絡 需要一個功能更強大、支持企業業務的網絡架構和方案，不能是 4G 現有移動承載網架 構的簡單帶寬升級。 5G MEC IP 網絡白皮書 2 運

24、營商網絡的邊緣計算困局 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 7 圖2-1 4G 核心網集中式部署和5G MEC 的UPF分布式部署 2.2 5G MEC 網絡的四大新挑戰 5G MEC 帶來了新的應用場景和通信需求。5G 時代，運營商網絡的邊緣計算困局主要 來自以下四大新挑戰。 2.2.1 現場 MEC 新場景 現場 MEC（部署在企業園區）是 5G MEC 帶來的一個新應用場景，如圖 2-2 所示，5G MEC 位于企業園區機房里面，一般為運營商代建和代維。 企業借助 5G MEC 系統進 行生產控制、遠程監控、物流管理和智慧安防等生產活動。 很多生產業務對

25、延遲有嚴 格要求，如遠程塔吊控制信息流的端到端延遲要小于 18ms，即生產設備（塔吊等）通 過無線基站，IP RAN 網絡，5G MEC 系統到企業應用系統（遠程控制）的端到端通信 要保證低延遲。對運營商網絡的要求是，企業園區內的 5G 基站和 5G MEC 系統之間 的網絡，以及 5G MEC 到企業網的連接都要保證低時延。 5G MEC IP 網絡白皮書 2 運營商網絡的邊緣計算困局 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 8 圖2-2 大型企業的現場MEC 場景 另外，由于數據安全原因，企業重要業務數據要求不能出園區，在 MEC 項目試點中， 絕大多數企業都

26、對運營商提出了這個要求。 現場 MEC 場景對運營商的接入網提出了新的挑戰，需要接入網提供低延遲 SLA 保證 和數據不出園區。 2.2.2 5G 核心網下移 UPF 隨 MEC 下移，帶動 UPF 相關業務端口下移（如 N4，N6，N9, 5GC OAM 等接 口）到 5G 移動承載網。如圖 2-3 所示， MEC 中的 UPF，需要通過 N4 控制接口從 5GC 的 SMF 接受控制信息，通過 OAM 接口接受管理信息；N9 是 UPF 和 UPF 間的數 據接口，可以是 MEC UPF 到錨點 UPF 的數據接口，也可以是 MEC UPF 間的數據接 口；N6 是 UPF 的 Inter

27、net 數據出口，UPF 到企業網或 MEC 內應用的數據都是從 N6 出來的，UPF 到 Internet 的數據一般都是匯聚到一個統一出口，經過防火墻，傳輸到 Internet 網；MEC 間業務數據流，可以通過 N6 或 N9 接口互通，通過 N6 接口意味著 是本地 MEC 的 UPF 和對方 MEC 的應用層互通，通過 N9 接口意味著是本地 MEC 的 UPF 和對方 MEC 的 UPF 互通。 5G MEC IP 網絡白皮書 2 運營商網絡的邊緣計算困局 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 9 圖2-3 5G MEC 的核心網網元間接口 4G 核

28、心網是集中部署在省或國家骨干網上，4G 核心網網元間接口是由骨干網提供 VPN 來互通的，和 4G 移動承載網（IP RAN）沒有關系。5G UPF 業務接口對外可靠通 信是 5G MEC 對移動承載網（IP RAN）的新要求。有些運營商采用 5GC 控制面集中 到大區域的部署方案，這導致一些業務接口（如 N4 和 5GC OAM 接口）通信需要跨越 移動承載網和骨干網兩個網段。 由于 UPF 的大量分布式部署，以及 UPF 業務接口互通關系的復雜性，增加了 5G 移動 承載網的業務流量模型復雜度和多點通信的網絡覆蓋范圍（基本上是全網范圍） ，在 4G 時代的 L2+L3 網絡設計是在匯聚層以

29、上提供多點通信能力的。同時，一些業務接口 有傳輸延遲要求，如 N6，N9 這樣的數據接口， 這需要承載網提供 SLA 保證。 5G 核心網下移使無線核心網承載從骨干網延伸到移動承載網，對運營商 5G MEC 移動 承載網絡提出了支持復雜多點通信和 SLA 保證的新挑戰。 2.2.3 云邊協同通信 5G MEC 包括下沉的 5G 核心網網元 UPF，和（云）計算應用。5G MEC 的 UPF 需要 和中心云里 5G 核心網的控制面和管理應用系統通信，如上節所述。部署在 5G MEC 中的應用，有的可能是中心云應用（運營商中心云，OTT 中心云等）的一部分，有的 可能需要和企業應用系統（云）或其它

30、 MEC 應用系統（云）協作，來完成一個完整的 5G MEC IP 網絡白皮書 2 運營商網絡的邊緣計算困局 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 10 業務應用。這些通信連接有可能是按需實時建立，有些有 SLA 保證要求。 （參見圖 2- 4） 圖2-4 5G MEC 的邊云協同和邊邊協同通信 這些通信需求是 5G MEC 下移帶來的新需求，這對運營商網絡提出支持邊云協同和邊 邊協同通信的新挑戰。 2.2.4 MEC 的無縫 FMC 業務 MEC 連接設備和應用系統的接入方式是多樣的，可以是 5G 接入，也可以是固網接入 （包括 xPON，專線，WiFi 等）

31、 ，通信目標是連接所有相關應用部件，共同提供一個完 整的 MEC 應用，即提供無縫的 FMC（固移融合）業務應用。 （見圖 2-5） 5G MEC IP 網絡白皮書 2 運營商網絡的邊緣計算困局 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權所有 華為技術有限公司 11 圖2-5 MEC 的 FMC 業務 這樣，MEC 的接入網就可能包括移動承載網和固定承載網，需要連接兩個城域網網絡 平面。同時，MEC 和中心云（5GC，運營商云，第三方云）及相關業務云（可能部署 在固網 MAN 上）間的通信，有些會通過移動承載網，有些會通過固定承載網。MEC 網絡不局限于移動承載網，MEC 網絡連接可能會涉及移動承載和固網承載兩個城域網 平面，以及 IP 骨干網。 MEC 對網絡提出了 FMC 通信新挑戰，特別對于擁有移動承載城域網和固定承載城域 網雙平面的運營商，在網絡架構和網絡互通方面都提出了新挑戰。中國三大運營商都 有兩個城域網平面。 5G MEC IP 網絡白皮書 3 運營商網絡的邊緣計算破局關鍵點 文檔版本 01 (2020-04-29) 版權