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中兴通讯5G MEC: 面向5G的边缘云部署方案

2019年8月13日 14:13  太阳2官网  

太阳2官网讯 随着移动互联网和物联网的快速发展,5G业务呈现出需求多样性的特点。3GPP定义了5G应用有三大场景:eMBB(增强移动宽带)、URLLC(极可靠低延迟通信)和mMTC(海量机器通讯),其中eMBB场景提供大流量移动宽带业务,峰值速率超过10Gbps,带宽的要求高达几十Gbit/s,如高速下载、高清视频、VR/AR等,满足人们对数字化生活的更高要求,这将对无线回传网络造成巨大的压力。因此需要将业务尽可能下沉至网络边缘,以实现业务的本地分流。而URLLC场景提供超高可靠超低时延通信,如自动驾驶、工业控制、远程医疗等,要求端到端99.999%高可靠和端到端小于1ms超低时延,满足人们数字化工业的更高要求。这也需要将业务下沉至网络边缘,以减少网络传输和多级业务转发带来的网络时延。

针对5G的这两个场景的应用特点,传统大规模集中建设的电信云已经无法满足,需要改变电信云的部署形式以适应5G时代不同场景的业务需求。而MEC(Mobile/Multi-access Edge Computing)边缘云正好可以满足这样的需求。MEC作为5G演进的关键技术,可以在更靠近客户的移动网络边缘,并为边缘应用提供云计算能力和IT服务的环境,具备超低时延、超大带宽、本地化、高实时性分析处理等特点。一方面,MEC部署在网络边缘位置,边缘服务在终端设备上运行,反馈更迅速,解决了时延问题;另一方面,MEC将内容与计算能力下沉,提供智能化的流量调度,将业务本地分流,内容本地缓存,使得部分区域性业务能够在本地终结,即提升了用户的业务体验,也减少了对骨干传输网以及上层核心网的资源占用。因此在5G时代,MEC将是5G网络边缘云部署的最佳选择。

MEC边缘云的部署位置

MEC边缘云不限制网络的部署方式,总的来讲,可以按照不同业务场景以及时延方面的需求进行灵活的部署,通常可部署在接入机房、汇聚机房、地市核心机房等位置,如下图所示:

图1  MEC边缘云的部署位置

通过在边缘部署MEC平台,能够有效的实现将云的计算能力从中心延伸到边缘,实现业务快速处理和就近转发,来满足5G多样化的应用场景。

MEC边缘云的部署形态

由于受限边缘站点机房的环境(比如空间、散热、承重等)以及部署成本等因素的限制,MEC边缘云的硬件基础设施通常采用基于X86处理器的通用服务器,这类服务器具有尺寸小,功耗低、计算密度高等特点,适合在环境要求较低的边缘机房部署。

MEC边缘云通常基于特定的云平台(例如openstack)为上层MEC应用提供统一的虚拟化软件环境和资源管理。MEC应用以虚拟机的形式部署于边缘云平台之上,根据不同的场景需要可以进行灵活的部署,比如在边缘DC通常部署与流量转发强相关的应用,包括vCPE,OLT-U,DU,BNG-U, UPF/GW-U,MEP等,满足大带宽、低时延的业务需求。

中兴通讯MEC边缘云部署方案

为了更好的契合5G时代多业务场景需求,中兴通讯提出了完整的、面向5G的MEC边缘云部署方案,该方案有以下5大亮点:

1. 部署轻量化的边缘云平台

由于受限于边缘站点机房的环境,MEC边缘云的部署规模通常较小,单站点部署的服务器数量较少,可提供的硬件资源有限,而安装Openstack等基础设施平台及管理模块时会占用大量资源,造成边缘云上的资源浪费。因此需要为MEC边缘云进行“瘦身”,进行轻量化部署,减少平台和管理部分占用的资源,提高边缘云的资源利用率。“瘦身”主要包括以下几种举措:

● 首先要对Openstack进行裁剪,只保留必要的组件,去掉多余组件,减少对边缘云上计算和存储资源的占用。

● 其次可以采用虚机+容器双核方案实现上层应用的轻量化部署,便于快速部署和升级。

● 另外瘦身后的Openstack与边缘云上的计算节点合设,不独占物理资源,以减少控制部分的资源占用。

中兴通讯轻量化MEC边缘云部署方案如图2所示,通过部署轻量化Openstack比优化前的组件数量减少了60%,配置所需的资源数减少了75%,管理资源减少了10%,不仅大大降低了对边缘云的资源需求,也大大提高了对MEC边缘云的管理效率。

图2  轻量化的MEC边缘云部署方案

另外为了提高MEC边缘云部署的适应性和资源密度,中兴通讯联合英特尔共同推出了一款MEC边缘云专用的服务器平台OEP600(Open Edge Platform 600)。该平台采用小尺寸一体机设计,机箱深度仅为450mm;CPU采用英特尔最新至强可扩展处理器,为边缘计算提供更强的计算性能;同时支持宽温工作,散热能力强,维护方便,满足MEC部署的多种环境要求,实现性能与成本的最佳匹配。在2019年MEC技术与产业发展峰会上,中兴通讯MEC边缘云服务器平台OEP600获得了“2018-2019年度MEC技术创新奖”,充分展示了中兴通讯在边缘计算领域领先的创新能力和技术水平。

2. 部署统一MEC边缘云管理系统

由于边缘云的规模通常较小,数量较多且位置分散,这给边缘云的规划、部署、运维、运营带来了极大大的复杂性,因此需要在上级汇聚站点部署MEC边缘云统一管理平台(如图2所示),对下级边缘站点进行统一的管理,各边缘云上只部署计算节点和存储节点,减少管理模块的资源占用。

对MEC边缘云的统一管理主要表现在资源管理和运维管理两方面:

● 统一的资源管理

对所有边缘节点上的资源池 (如计算、存储、网络等)进行统一管理和分配,提供统一的界面集中监控各边缘节点上物理资源的拓扑、告警、性能、容量等信息,并为基础设施管理员提供日志和告警分析等故障定位手段。NFVO只部署在上层的汇聚节点,直接对接边缘云统一管理平台,避免和所有边缘节点的资源池进行对接,对所有边缘节点上部署的虚机(VM)/容器进行统一编排和部署。

● 统一运维管理

为各边缘云内的VIM提供统一的运维管理平台,包括站点管理,用户/租户管理,功能配置、镜像分发,集中备份,升级/补丁管理、巡检、API分发等;提供统一的FCAPS管理,统一的告警、配置和性能统计;提供智能简便的自动化工具快速实现安装和升级、快速巡检和开局检查、快速故障分析和定位、日志分析等,提升运维效率。

3. 5G用户面UPF下沉部署实现本地分流

为了满足5G应用场景大带宽和低时延的特性要求,MEC边缘云在部署时将与5G网络架构深度融合,其业务分流、策略控制、Qos保证等功能,都将通过标准的5G网络功能实现。基于5G核心网的C/U分离式架构,用户面功能UPF(User Plane Function)需要下沉到网络边缘部署,以减少传输时延,实现数据流量的本地分流。控制面功能网元如SMF则在中心DC集中部署,便于统一控制部署在MEC的UPF,统一配置和下发分流策略。

5G用户面UFP下沉部署实现本地分流方案如图3所示。本地 MEC上UPF需要的分流规则,通过接口告知PCF,PCF将分流策略配置给SMF,SMF对所有流量进行集中调度,可采用 UL CL“上行分类”或IPv6多归属等方案实现边缘UPF的选择,并将需要分流的本地流量通过本地边缘UPF卸载,对于非本地流量则通过本地UPF发送到中心UPF处理,这样避免所有流量都迂回中心网络,减轻骨干网传输的压力和建网成本,提升网内分组数据的承载效率与用户业务体验。

图3  5G UPF本地分流方案

4. 为MEC边缘云提供硬件加速提高性能

MEC边缘云硬件普遍采用x86通用服务器,而x86通用服务器对于特定的业务需求处理性能低下,导致性价比很低 ,无法满足5G 场景的商用部署要求,需要考虑针对不同的业务采用不同的软硬件加速方案:

● 对于计算密集型的业务:如5G CU PDCP空口加解密处理,MEC定位算法,对CPU消耗极大,需要有专用硬件加速

● 对于流量转发型的业务:如5G UPF/GW-U、MEC本地分流以及CDN、BRAS-U等业务对网络转发能力要求很高,需要对数据转发软硬件加速

● 对于视频相关类的业务:如AR/VR、视频直播等业务需要对视频渲染、转码进行硬件加速;

● AI领域:涉及的训练、推理操作需要引入GPU进行硬件加速

中兴通讯硬件加速方案目前已经支持基于FPGA的GTP业务加速,基于GPU的视频音频业务加速及QAT加解密加速。特别是对5G用户面UPF采用智能网卡硬件加速,将大部分流量从CPU卸载到智能网卡上,以获得更高的转发性能。特别是在上海举行的MWC世界移动大会上海展上,中兴通讯成功演示了基于边缘开放硬件加速平台的5G用户面UPF解决方案,该方案较不带加速的虚拟化UPF转发时延降低了90%,吞吐量提高了200%,同时功耗可以减少55%,更好地满足5G URLLC和eMBB对边缘数据中心转发能力的特殊要求。

5. 提供API实现5G网络业务能力开放

业务能力开放是MEC应用的另一大特色。MEC在网络边缘部署,为无线网络信息的实时感知获取提供了便利条件,再通过开放接口将这些信息开放给第三方业务应用,可以优化业务应用、提升用户体验、实现网络和业务深度融合。

为了实现5G网络的能力开放,边缘计算体系中引入了边缘计算应用(ME APP),通过NEF(Network Exposure Function,网络能力开放)与5G网络进行实时交互。一方面,NEF将感知的UE和业务流相关测量信息,比如UE实时位置、无线链路质量、漫游状态等传递给MEC服务器,MEC服务器基于上述测量信息通过智能分析和抽象,对应用的业务性能进行优化(例如调整视频播放码率),进而提升服务质量;另一方面,NEF将感知的应用服务相关信息,比如业务时长、业务周期、移动模式等传递给网络,网络感知分析应用提供的这些信息,进一步优化其UE资源配置(例如为VIP用户分配合适的带宽资源)与会话管理。

中兴通讯MEC能力开放架构如下图所示,依托MEC边缘业务平台,开放网络能力(LBS位置能力、RNIS无线网络信息能力、QoS能力、带宽能力等),为用户提供差异化的体验,挖掘网络价值,提高运营商增值收入。同时通过开放接口的研究及标准化,加速创新型业务应用的开发及上线,打造良好的 MEC 产业生态链。

图4   MEC能力开放架构

中兴通讯的面向5G的 MEC解决方案,将平台设计、虚拟化、 MEP、硬件加速等多种软硬件技术与 5G 网络架构相结合,提供轻量化的、统一管理的,高性能、灵活开放的MEC边缘云, 使应用、服务和内容可以实现本地化、近距离、分布式部署,从而一定程度解决了 5G 网络 eMBB、URLLC、mMTC 等技术场景的业务需求,增进用户体验。中兴通讯希望能够携手更多的行业合作伙伴,共同探讨边缘云的合作模式,共建面向5G的边缘生态系统,全面推动MEC边缘云商用步伐,共同促进5G边缘业务的蓬勃发展。

编 辑:孙秀杰
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