边缘计算,从 4G 时代已经开始萌芽,到了 5G 时代,它完全融入了网络的基础架构,成为了不折不扣的标配,甚至是业务扩展的利器。

那么到底什么是边缘计算呢?本文将要探讨这个问题。

 

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为什么需要边缘计算?

说到“边缘”二字,跟“中央”的意思相反,暗含着“等级低”,“不重要”,“靠边站”的意味。既然如此,大搞“中央计算”就行了,还研究什么“边缘计算”?

 

其实,在信息网络中,“中央”和“边缘”的地位跟我们直观的认知是相反的。中央存在的价值,就是更好地为边缘服务。

 

 

从上图可以看出,网络的中央节点是由接入,承载,交换等复杂架构以及各种服务器组成的一朵云,它存在的价值,就是为了满足网络边缘处不同终端形形色色的需求:个人通信,游戏娱乐,智能家居,工业控制等等。

 

技术的发展,就是在人类这些不断膨胀的需求所驱动之下完成的。

 

5G 的三大应用场景,正是这些需求的总结:增强型移动宽带(eMBB)针对高清视频等系列应用,大规模机器类型通信(mMTC)针对像智慧城市这样的海量物联网系列应用,超高可靠性低延时通信(uRLLC)则针对像工业控制或者远程驾驶之类的专业领域应用。

 

 

这些应用要求大带宽,低时延,高算力,个个实现起来都不简单。

 

一个最行之有效的方法就是缩短数据传输的距离,把提供服务的节点从中央下放到网络边缘,离用户更近。这样一来,无论是带宽,时延,还是算力,解决起来就容易了许多。

 

这样的解决方案就叫做“边缘计算”。

 

边缘计算最常用的比喻就是章鱼的神经系统。它的大脑作为中央节点只处理 40%的信息,主要负责总体协同,剩余的 60%的信息则由 8 条触手(相当于边缘节点)就近处理。

 

 

也就是说,章鱼可以使用“腿”来思考,并就地解决问题!这种灵活高效的信息处理方式,成就了这种无脊椎动物的智力巅峰。

 

边缘计算,可以说承载了 5G 时代万物互联的梦想。

 

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什么是 MEC?
我们平时使用的 4G 和 5G 都属于移动通信,在移动网络下的边缘计算,也就理所当然地被称作“移动边缘计算(Mobile Edge Computing)”,缩写作 MEC。MEC 的概念最早源于卡内基梅隆大学在 2009 年所研发的一个叫做 Cloudlet 的计算平台。这个平台将云服务器上的功能下放到边缘服务器,以减少带宽和时延,又被称为“小朵云”。2014 年,欧洲电信标准协会(ETSI)正式定义了 MEC 的基本概念并成立了 MEC 规范工作组,开始启动相关标准化工作。2016 年,ETSI 把 MEC 的概念扩展为 Muti-access Edge Computing,意为“多接入边缘计算”,并将移动蜂窝网络中的边缘计算应用推广至像 Wi-Fi 这样的其他无线接入方式。


在 ETSI 的推动下 ,3GPP 以及其他标准化组织也相继投入到了 MEC 的标准研究工作中。目前,MEC 已经发展演进为 5G 移动通信系统的重要技术之一。要理解 MEC,首先需要了解 MEC 中涉及到的 4 个基本概念:云,边,网,端。

 

 

 

△  云,边,网,端,形成了一个协同的有机整体

 

云:云计算以及用以支撑云计算的基础设施及资源,也被称作云端,是提供服务的中心节点。


边:边缘,也就是边缘计算节点,本文的主角,离终端最近的服务节点。

 

网:云端和边缘,以及边缘和用户之间的网络,默默无闻但非常重要的底层工作者。

 

端:也就是终端,是云,边,网服务的对象,包含手机,平板,电视等一切可以联网的设备,其位置在网络的最外围,是各种数据的消费者,也成了内容的生产者(如短视频,直播等)。

 

如果还用章鱼来比喻的话,“云”就像大脑,“边”就像触手,“网”就像连接大脑和触手的肌肉,“端”则就是章鱼要捕获的食物。云边网端协同,构成了 MEC 系统的有机体,让信息更快更好地得以流动。


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怎样部署 MEC?

目前在市场上,5G 时代的 MEC 玩家主要有两类:互联网厂家,电信运营商。它们手中的资源不同,推出的边缘计算方案自然也有差异。
首先我们来看看 ETSI 定义的 5G 和 MEC 融合架构。

 

 

 

△ 5G 核心网最关键的网元:UPF(User Plane Function,用户面功能),是连接 5G 核心网和 MEC 的纽带,可提供数据分流及流量统计等功能。如上图所示,左侧是 5G 网络,包含核心网(含 AMF,SMF,PCF 等一系列控制面网元,以及用户面网元 UPF),接入网(RAN)以及终端(UE)。右侧则是 MEC,包含 MEC 平台,管理编排域,以及多个提供服务的 APP。


5G 网络和 MEC 之间的结合点就是 UPF。这个网元的全称是 User Plane Function,顾名思义,就是处理核心网用户面功能的。所有的数据,必须经过 UPF 转发,才能流向外部网络。


也就是说,负责边缘计算的 MEC 设备,必须连接在 5G 核心网的 UPF 这个网元之后。


5G 的核心网设计是十分灵活的,为了减少数据传输的迂回,UPF 的部署位置也一般比控制面网元要靠下,这就叫做 UPF 下沉。


举例来说,中国移动的核心网在全国分为 8 个大区,每个大区管理数个省份,但在这些大区的机房中只部署有控制面网元,UPF 则下沉到省中心,乃至地市,区县,方便实现本地数据本地消化。


这样的架构,就为 MEC 的贴近网络边缘部署提供了条件。


对于运营商来说,整个网络都是他们的,因此部署 MEC 的位置非常灵活,在边缘 UPF 的基础上增加 MEC 的功能,形成边缘一体化增强型 UPF 是最简洁的方案。根据服务区域的大小和个性化需求,MEC 可以跟核心网位于同一数据中心(下图中的 4),还可以跟下沉的 UPF 一起位于汇聚节点(下图中的 3),也可以和 UPF 一起集成在某个传输节点(下图中的 2),甚至还能跟基站融合到一起(下图中的 1),离用户近在咫尺。

 

 

 

1. MEC,UPF 和基站融合到一起 2. MEC 跟下沉的 UPF 一起集成在某个传输节点 3. MEC 跟下沉的 UPF 一起位于汇聚节点 4. MEC 跟核心网部署于于同一数据中心对于互联网厂家来说,虽然也在积极推进边缘计算,但由于它们手中没有网络,只能通过和运营商的 UPF 对接这样的方式来支持 MEC。


如下图所示,互联网厂家的边缘计算平台需要和各个运营商的 UPF 对接,通过 UPF 再连接到不同运营商的基站,从而把服务送达每个用户。

 

 

 

△  互联网厂家的边缘计算平台需要和运营商的 UPF 对接,把运营商的网络作为传输管道因此可以这么说,互联网厂家“云”的能力较强,它们通过把能力从“云”向“网”拓展来支持“边”(MEC);而运营商对“网”是全面掌控的,从而支持“边”是顺理成章的事情,但它们需要增强“云”的能力。


在 MEC 的支持下,云端算力下沉,终端算力上移,从而在边缘计算节点形成兼顾时延,成本和算力的汇聚点,这就是 MEC 存在的核心价值。并且,在工业园区的网络还存在数据安全,以及内网访问的需求,MEC 可以作为运营商和企业内网之间的桥梁,实现内网数据不出园区,本地流量本地消化的好处。

 

 

△ MEC 和 UPF 联合起来可以进行灵活的数据分流,内网数据直接走内网通道,私密数据不出园区;外网数据也可直通互联网,并行不悖,两不耽误。在 5G 时代,以行业应用为中心的 2B 业务,以及增强的 2C 业务都对网络提出的更高的要求,高带宽,低时延,高算力的需求不断激发着 MEC 更快地发展。

 

 

MEC,这棵在 4G 时代萌芽的幼苗,在 5G 时代的 3 大场景都被寄予厚望。如此根正苗红的种子选手,必将在不远的将来时代长为参天大树,全面赋能 5G 网络。好了,本期的内容就到这里,希望对大家有所帮助。