视频技术系列：谈谈多接入边缘计算MEC

作者，中国移动李琳，咪咕灯塔项目组

从边缘计算原来，看视频优化加速。本文讲述多接入边缘计算的起源、MEC标准化现状、5G MEC参考架构、MEC部署及解决方案、MEC应用趋势。例如边缘计算可将内容缓存至边缘上，减少音视频流传输的时延；动态感知下层网络吞吐率，动态决定上层视频格式；根据用户需求不同，合理分配网络资源等。

伴随通信及互联网技术发展，交互式VR/AR、云游戏、车联网、工业互联网等新型垂直行业应用不断涌现，网络面临着超低时延、超大带宽、实时计算、海量设备连接等挑战，边缘计算技术应运而生并受到广泛关注。

1. 多接入边缘计算的起源

多接入边缘计算MEC最早由欧洲电信标准协会(ETSI)正式提出，当时定义为移动边缘计算（Mobile Edge Computing,MEC）。2014年ETSI成立移动边缘计算规范工作组（ETSI-ISG），正式推动移动边缘计算标准化。MEC的基本理念是将云计算平台从移动核心网络内部迁移到移动接入网边缘更靠近用户，实现计算、存储能力下沉及本地分流，以减少计算及传输的时延，降低网络带宽，满足用户对于实时性、低延迟、高带宽的服务要求[1]。

2016年ETSI将移动边缘计算（MEC）的概念更名为多接入边缘计算（Multi-Access Edge Computing），将边缘计算从电信蜂窝网络3GPP延伸至其他接入网络，如固网和WiFi等，将边缘计算扩展至各种接入网[2]。

2. MEC标准化现状

ETSI、第三代合作伙伴计划标准化组织（3GPP）、中国通信标准化协会（CCSA）、边缘计算产业联盟（ECC）等国内外标准化组织均开展了MEC的研究推进工作。

ETSI工作组已发布MEC技术白皮书，涵盖MEC在4G、5G网络基本架构、能力开放、API、应用场景等标准定义。目前MEC架构定义已趋于稳定，后续产业推动、5GC集成以及行业服务API制定是主要工作。

3GPP将MEC与5G网络架构及通信技术融合，从R14开始将MEC作为5G网络架构的主要支持目标之一，并定义了MEC的实现方法（策略控制和流量路由）。

R17标准设立边缘计算增强项目，重点关注边缘DNS选择、边缘业务迁移、以及边缘能力开放。

CCSA于2017年开始5GMEC关键技术研究，其中无线通信技术委员会TS5、工业互联网特设任务组TS8、网络与业务能力技术工作委员会TC3分别在无线网、IP承载网、工业互联网等领域研究并发布了边缘计算及边缘云的系列标准。

ECC由华为公司、中科院、中国信通院、英特尔、ARM等企业于2016年联合发起，致力于MEC在垂直行业的标准制定、应用创新和商业落地[2]。目前已正式发布《边缘计算参考架构3.0》以及21个测试床，覆盖工业制造、智能交通、电力能源、以及边缘云平台等领域的边缘计算解决方案。

3. 5G MEC参考架构

ETSI定义了5G MEC边缘计算参考架构，包括MEC管理系统、MEC平台、网络层以及各类应用（如图1）。图1左侧是3GPP定义的5G核心网架构，提供数据路由与能力开放，包含5G核心网（含AMF，SMF，PCF等各类控制面网元，以及用户面网元UPF），接入网（RAN）以及终端（UE）。

图1 MEC在5G网络参考架构

用户面网元 UPF作为5G网络和MEC之间的连接锚点，处理核心网用户面功能。所有核心网数据必须经过UPF转发，才能流向外部网络。也就是说MEC设备和平台，都需要连接在UPF网元之后。

ETSI定义的MEC三层架构具体如下：

（1）MEC系统层管理（MEC System Level）：包括MEC编排器和MEC运营支撑系统。负责调度、编排和管理MEC主机计算资源；调用5G网络资源服务。

（2）MEC主机层（Distrubuted Host Level）：包括各类应用APP（如工业制造、视频直播、车联网、VRAR等行业应用）、边缘计算平台（提供MEC服务发现，各种开放API，本地数据分流，接受管理系统调度）、虚拟化基础设施VI（提供计算、存储、网络资源的基础设施及运行环境）、边缘计算平台管理器（负责应用及VI管理）。MEC主机层负责数据分流、处理计算任务，提供应用服务。

（3）网络层（DataNetwork）：包括MEC可接入的各类网络，如无线、固网、wifi、光纤等。

相比于4G，5G已将用户面和控制面网元进行分离，方便用户面网元灵活部署，以减少网络传输。对于运营商来说，控制面网元部署在大区中心，用户面网元UPF可部署在省，地市，区县甚至用户侧数据中心，最大化实现数据本地分流，提升服务效率。因此，MEC也可以灵活部署在UPF之后，甚至与UPF集成，形成边缘一体化增强UPF。

图2 中兴UPF一体柜（集成UPF、MEC、光纤OLT等设备）

对运营商来说，边缘计算并不是引入一个新网元或技术，而是一个系统体系。进一步将边缘计算体系划分为SAAS行业应用，PAAS能力，IAAS设施，硬件设备、机房规划和网络承载（如图3）[3]。

图3 中国移动 MEC 功能架构

4. MEC部署及解决方案

根据不同的网络布局、性能或个性化化需求，MEC和UPF可以灵活部署在用户与核心网数据中心之间。ETSI给出了4种MEC部署参考，如图4。1）MEC，UPF可以和基站绑定，更靠近用户；2）MEC可以和UPF一起集成在某个传输网节点；3）MEC可以和UPF一起位于汇聚节点；4）MEC也可以部署在核心网数据中心。

图4 ETSI的MEC部署参考

MEC可部署在1）现场级靠近用户侧，如用户园区数据中心、CPE类设备或智能网关；2）网络侧，如地市/区县/区域数据中心，或运营商的基站机房；3）大区/省中心的数据中心。设备类型可以是云、智能网关[3]。

图5 MEC部署参考

MEC技术与云计算、4G/5G网络、智能终端协同，构建端-边-网-云一体化智能计算网络，服务各领域行业应用。

图6 云-网-边-端 一体化智能网络

云（云端）：云计算中心及相应基础设施，是提供服务的中心节点。

网（网络）：边缘和用户，边缘和云之间的网络资源和设施，负责数据传输，协议转换，路由分流等。

边（边缘）：各种类型的边缘计算平台或设备，提供高效可靠的边缘计算服务。

端（终端）：一切可联网的设备，如智能手机、智能穿戴、物联网接入设备等，是各种数据的生产者和消费者。

目前产业积极构建“全连接的云边网端解决方案”：中国三运营商均发布边缘计算白皮书，并进行相关边缘节点部署及应用测试。基于禀赋的网络资源优势，结合云，边缘以及智能终端的智能接入和丰富算力，运营商积极搭建面向CHBN各领域全方位一体化全连接算力网，提供5G差异化网络服务，为用户提供极致体验的5G行业应用和5G生态开放。

网络设备商提供基于4G/5G的“兼容性网络的云边网端解决方案”：华为、中兴、爱立信等网络设备提供商，致力于基于现有3G/4G网络基础设施上构建5G边缘计算节点，融合AI、SDN、NFV、5G切片等技术形成端到端网络解决方案，开拓2C2H的5G终端及应用，创新B2B2B（供应商-运营商-企业商业）商业模式。

云服务商提供基于MEC的“边缘引流的云边端计算服务及解决方案”：对于阿里、腾讯和其他云服务商，MEC是对其原有云服务产品的扩展和能力升级。依托已有的丰富云资源，云服务商以云入口引流为目标，围绕5G网络架构的新特性，如海量移动互联设备、网络切片、以及云/边协同编排等，探索更灵活高效的云服务以及新型商业变现模式[4]。

5. MEC应用趋势

5G网络的三大典型应用场景（增强移动带宽eMBB，海量机器通信mMTC，超高可靠低时延通信URLLC）以及关键指标（峰值吞吐率10Gpbs、空口时延1ms、连接数100万/km2、高速移动性500km/h），都需边缘计算的加持。MEC可应用于智能移动视频加速、监控视频流分析、VR/AR、密集计算辅助、企业专网应用、车联网、物联网等场景。

视频优化加速：如云游戏对实时性有很高的要求。边缘计算a）可将内容缓存至边缘计算服务器上，减少音视频流传输的时延；b）动态感知下层网络吞吐率，动态决定上层服务器发送的视频格式，实现跨层视频优化；c）根据用户需求不同，合理分配网络资源，提供差异化服务体验[5]。

监控视频分析：监控视频的数据处理通常用两种方式：一是在摄像头处理(成本昂贵)，二是在服务器处理（传输大量视频数据，时延较长）。边缘节点可部署在摄像头汇聚区域，进行视频本地化处理，减少网络传输以及终端成本。

VR/AR：时延增大会使观看者产生眩晕感（如VR头显要求延迟<19.3ms），因此需依靠 MEC技术完成实时信息处理及低时延传输，提升用户感受。

密集计算辅助：在物联网场景中，终端或传感器需要把数据上传云端分析，并回传决策。部署MEC，可将边缘计算从终端或传感器卸载/分流到边缘云端，并提供低时延支持。

企业专网应用：智能园区内的业务分析服务，部署在企业园区中的MEC平台，实现数据分流到本地进行分析，无需传输到中心数据中心，提升服务响应速度。

车联网：a)车联网数据就近存储于离车辆较近的边缘节点，降低计算和传输时延；b)边缘节点部署在车身上，在高速运动中能够精确实时感知车辆位置变动，c）将信息以极低延迟传送给临近区域的车辆，适用于车联网中防碰撞、事故警告等场景。

物联网：工业物联网在边缘聚合、分析物联设备采集上报的大量物联网数据，并及时产生本地决策。

目前MEC技术还处于萌芽发展阶段，伴随5G网络以及AI、大数据、物联网等技术发展，MEC依靠其灵活，高效的特性，将赋能千行百业落地应用。

参考文献

[1] 《从移动边缘计算到多接入边缘计算，MEC成5G研究新宠》

https://www.sohu.com/a/253894155_429401

[2] 施巍松，张星洲，王一帆等，《边缘计算：现状与展望》，计算机研究与发展，2019，56（1）,56-84

[3] 《中国移动边缘计算技术白皮书（2020版）》

[4] 《5G MEC 的本质是“联接+计算”》

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1653806339445030187&wfr=spider&for=pc

[5] 深度报告：移动边缘计算，站在5G“中央”

http://www.mamicode.com/info-detail-2430282.html

标签：视频,MEC,接入,UPF,网络,边缘,计算,5G
来源： https://blog.csdn.net/weixin_47700780/article/details/112751479