多接入邊緣計算：一個需要一致的愿景和強大商業案例的架構

引子

邊緣計算并不是一個新概念，但在服務提供商網絡中，它是一個相對較新的發展成果，可以被視為IT世界中傳統大型機向分布式計算的轉變。歐洲電信標準化協會(ETSI)工作計劃的第一階段旨在定義和標準化多接入邊緣計算(MEC)的框架和參考架構，該階段的完成讓我們更加確信邊緣計算的時代已經到來。它還與一個看法具有共鳴，那就是越來越多的人認為對連接的需求正在激增，并且5G的預期影響將使建立新網絡模式成為必需。另一種觀點認為，廣泛部署邊緣計算所需的重新配置大規模基礎網絡的商業案例還沒有制定出來，并且MEC仍然面臨著眾多障礙，尤其是它將如何與其它分布式云架構共存的問題——首先是那些由OpenFog聯盟提出的架構。

本報告將評估MEC的前景，并權衡積極因素以及迄今為止阻礙其發展的挑戰。

1 Ovum觀點

MEC能夠促進通信服務提供商(CSP)的一些網絡和服務相關目標的實現。在網絡方面，MEC架構與轉向虛擬化的舉措以及一個與5G密切相關的更為分布式的、軟件驅動的、以云為方向的網絡架構相契合。在服務方面，MEC使用鄰近數據的能力以及利用高可靠性、低延遲的實時網絡信息的能力滿足了新應用和服務(如AR/VR、自動駕駛車輛、傳感器網絡和物聯網)的大流量需求。它還提供對網絡API的訪問以及支持應用程序開發商應對一系列新的企業服務的平臺，包括微服務的開發。

然而，MEC仍然面臨許多挑戰。許多必要的構建模塊仍然沒有到位，并且需要讓開發商社區確信其潛力。如果要實現單一、一致的MEC愿景，創造一個可行的生態系統，那么各類行業舉措、利益集團和標準化機構也需要找到共同點。整合邊緣服務與現有和未來網絡的復雜性也將需要解決。

出于所有這些原因，Ovum對MEC作為一項可以普遍部署在服務提供商網絡中的大規模技術的前景持謹慎態度。現實情況可能是，MEC將提供一個具有較多限制的解決方案，這個解決方案將被有選擇性地應用，以及在商業案例足以支撐投資的領域應用。明年可能會開始顯示出這種謹慎態度是否具有根據，但最重要的是，MEC要想成功，不僅需要能夠降低成本，還需要能夠實現創收。

2 MEC現狀

2.1 分布式云模式支持本地化服務的創建

由于新應用程序和服務不斷變化的網絡需求，以及隨著連接延伸到物聯網和企業等新的市場領域，預計終端類型和端點將迅速增長，相關方希望MEC能夠滿足對更高靈活性和響應能力的需求。MEC承諾實現更快的服務創建和部署，比當前網絡更快的響應時間，以及擁有根據當地情況和需求調整網絡配置和決策的能力。

到目前為止，網絡功能和資源(如呼叫處理、內容存儲和數據管理)集中于網絡中心，這意味著在網絡邊緣為聯網終端提供服務大大增加了流量負載和信令負擔，并帶來可能嚴重影響時延的來回通信延遲。MEC有可能在網絡邊緣提供一個分布式的云計算環境，在這個網絡邊緣，應用程序和內容可以在本地創建、托管和處理，從而實現更高效的資源分配以及成本和性能效益。

此外，通過釋放IEEE所描述的本地接入網絡中的“閑置資產”(其形式為來自用戶、終端和節點的情境信息)，MEC應實時提供豐富的信息流，從而將這些信息流提供給應用程序開發商和CSP以定制和優化服務。

2.2 對網絡設計、部署和成本的影響

如上所述，MEC有可能支持一系列用例和服務場景，包括內容交付、AR/VR、自動駕駛車輛、工業系統和物聯網。然而，一個重要的問題依然存在，那就是如何實施該技術和利用它創收。除了MEC的定義和標準化之外，在各種情境中的相關工作將繼續讓我們更加了解融入現有和未來網絡架構的選項，以及可能隨之帶來的益處。

2.3 網絡集成和SDN/NFV

早期的MEC試驗和概念驗證(PoC)始于LTE。然而，MEC技術被普遍認為是5G網絡的推動因素，因為其基于云的架構和通過網絡API為第三方開發者和服務提供者提供接入將補充日益由軟件驅動的、完全可編程的5G網絡模式。尤其要指出的是，隨著5G使用了一個更為分布式的網絡架構(部署小型基站和Cloud-RAN)，MEC被視為一個理想選擇，并且通過MEC，我們可以將虛擬化分組核心網的元素推向網絡邊緣。

許多供應商正在提出以這種方式集成MEC技術的架構。軟件公司Mavenir已經提出了MEC可以與Cloud-RAN結合使用的各種場景，例如通過部署同地協作的vBBU(虛擬化基帶單元)和vEPC(虛擬演進的分組核心網)功能來創建準備好使用5G的、適合微服務開發的邊緣網絡架構。該供應商表示，以這種方式整合MEC功能可以比單獨使用Cloud-RAN節省更多資本支出和運營支出。

5G-CORAL(Convergent Virtualised Radio Access Network Living at the Edge)項目正在探索整合MEC與vRAN的另一種方法，該項目由歐盟和臺灣的供應商、運營商和研究機構共同開展，旨在構建一個整合邊緣和霧計算技術的融合式vRAN網絡，以支持5G的一系列物聯網應用和用例。

就演進的分組核心網而言，MEC架構與向5G的分離式EPC模式轉化的舉措相契合(包括控制平面與用戶平面CUPS的分離)。它支持更高的靈活性，特別是在如何相對于接入網部署用戶平面功能方面，因此能夠促進低時延應用和網絡切片等增強功能。

MEC成功的關鍵將取決于它在NFV基礎架構上運作的能力，以及與基于NFV的更廣泛的通用云服務環境充分結合的能力。為此，ETSI已經采用ETSI Open Source MANO(OSM)服務模型作為其MEC工作的一部分，從而使MEC的實施能夠充分受益于ETSI管理和編排(MANO)模式中固有的管理和編排功能。

ETSI MEC是否將與Linux Foundation的ONAP模型 (AT＆T支持的OSM的競爭對手)兼容尚未可知。然而，自稱正在使邊緣計算用于其固定和移動網絡的AT＆T表示，它認為ONAP將成為ETSI MEC的補充。在最近發表的白皮書中，AT＆T呼吁目前從事邊緣計算(包括ONAP和ETSI MEC)的開源和標準化團體共同支持邊緣功能。

2.4 如何利用MEC創收

然而，大多數相關方認為，還需要進行進一步的工作來標準化MEC生態系統的關鍵方面。5G-CORAL項目合作伙伴InterDigital預計廣泛的邊緣網絡部署將會出現，但它認為要實現這些部署，首先要解決一系列技術問題。這些問題包括如何跨網絡提供邊緣應用資源，如何跨邊緣引導流量，以及如何在多租戶、多供應商環境中這樣做。

向網絡邊緣建立的小規模數據中心(小型云)的分布式云模式遷移涉及到成本，CSP需要權衡這一成本與MEC帶來的商業利益。核心網上回程和加載等領域的網絡節約可能會因為對MEC平臺和軟件的投資需求而被不同程度地抵消。只有該技術得到部署，才能獲得打開新市場和吸引應用開發商的機會。

對于MEC開發商來說，它們需要明確地了解如何連接、管理、協調和聚合跨不同接入的多個邊緣網絡，以及如何分發應用程序。

因此并不令人感到驚訝的是，許多運營商仍然不確定如何利用MEC創收；ETSI MEC主席Alex Reznik在最近的柏林MEC大會上也認可了這一點。盡管如此，密切參與MEC發展的供應商仍然相信，可能的應用范圍將最終推動MEC的發展并補償建設網絡的費用。

3 MEC試驗和早期部署

3.1 CSP試驗和概念驗證

AT＆T、BT/EE、中國移動、德國電信、NTT docomo、Orange、SK Telecom、Verizon和沃達豐等運營商都對MEC感興趣。許多運營商正在為公共部門和私營企業進行試驗和概念驗證，以確定該技術將帶來哪些好處，它們通常會與供應商伙伴合作，并將之作為標準化組織、商業利益團體或其它行業聯盟推動舉措的一部分。

AT＆T正在通過其AT＆T Foundry舉措在加利福尼亞州帕洛阿托建立邊緣計算試驗區，從而與第三方開發商、初創企業和其它公司合作測試用例，包括自動駕駛汽車、AR/VR和無人機。試驗區將在2018年初開始運行，初始試驗區將覆蓋幾英里。最初采用LTE連接，一旦標準可用以及設備準備就緒，它就會升級為5G。AT＆T表示，目前部署的云服務提供商的分布式節點并不是真正位于本地，下一步是使邊緣計算節點位于該運營商自己的網絡中。

德國電信認為，物聯網將成為MEC重要的試驗場，低時延是其主要優勢。通過使用邊緣計算將智能和處理能力從終端轉移到分布式MEC云端，該運營商希望實現更好的終端外形要素和價格。通過這種方法，德國電信發現了一個機會，那就是使用MEC來支持在商場和加油站等區域使用的第一批低端機器人，而不是專注于大規模的工業應用。該運營商已經在匹茲堡、柏林和克拉科夫建立了專門開發邊緣計算網絡的“實驗室”。

西班牙電信正在通過其OnLife開源網絡計劃探索MEC的一些用例。它認為推動采用MEC的主要好處是能夠定制部署在邊緣的云服務、改善客戶體驗、部署用于單一的移動和固定網絡、提供眾多5G服務所需的低延遲性能保證。

它與TIP(電信基礎設施項目)中的合作伙伴共同試驗眾多用例，其中包括：

1)處于邊緣的vCDN—提供來自網絡邊緣的“高點擊率”和低延遲內容；

2)AR/VR旅游邊緣—使用AR進行場景識別，并提供有關場景的最佳參觀時間等信息；

3)無人機視頻傳送—通過無人機獲取活動、場地和景點的實時視頻，并以360度的形式將其提供給客戶。

在一些其它MEC試驗中，沃達豐正在德國與測試測量公司Adlink和移動邊緣云計算初創企業MECSware合作，以測試用于智能城市的道路交通應用。沃達豐還與邊緣計算公司Saguna合作，以量化MEC架構對視頻質量的影響。在這方面，延時性也是一個關鍵因素，因為該運營商報告的等待時間和視頻停頓時間減少，體驗質量得到顯著改善。這些試驗還表明，無線電接入網絡中的堵塞對遠程內容視頻體驗質量的影響要大于對MEC托管內容的影響。

3.2 亞馬遜網絡服務系統

AWS正在成為MEC早期部署的關鍵參與者。它正在為其Greengrass邊緣計算解決方案構建早期發展動力，并且它是開始利用MEC的最積極主動的公司之一。將MEC添加到其云服務產品中之后，Greengrass允許終端在訪問云的同時提供本地內容。AWS正在與來自不同垂直領域的客戶和伙伴以及Telefonica等服務提供商進行合作。

4 ETSI MEC、OpenFog和其它行業舉措

4.1 在合作或分裂之間選擇

今天定義的MEC由移動邊緣計算演化而來，ETSI在三年前專門針對移動網絡提出了移動邊緣計算這一概念。歐洲電信標準協會(ETSI)在2016年將首字母“M”重新定義為“多接入”，因為它考慮到MEC應針對多種接入技術而不只是移動技術。ETSI MEC TSG工作計劃的第二階段將應對包括固定接入和Wi-Fi在內的非移動網絡部署問題。

5G-PPP等5G預標準化機構將MEC視為支持5G以及SDN/NFV，基于云的基礎架構和網絡切片等發展的關鍵技術。除了ETSI正在開展的與MEC相關的工作之外，ETSI和3GPP之間的緊密合作對于MEC與LTE和5G的共存至關重要。3GPP在5G系統架構方面的持續努力正在解決對邊緣計算的支持問題。

霧計算和分布式云基礎架構等其它方法是邊緣計算的一部分，如果要形成單一、一致的MEC愿景，這些方法將會使更廣泛的合作成為必需。其擁護者尋求不同方法的時間越長，定義、標準化和商業化該技術的工作就會越具挑戰性。

一個令人鼓舞的發展是最近宣布的OpenFog和ETSI之間的合作。這兩個組織表示，他們將共同努力，消除各自工作項目中的冗余部分，以期通過合作更好地滿足5G等技術的需求。這兩個機構希望，ETSI為運營商自有網絡定義多接入邊緣計算環境的所有努力將由OpenFog的愿景(即其參考架構中定義的更深層的多層網絡層級)補充。該協議的一個最初的舉措將聚焦于支持邊緣計算互操作性的應用程序編程接口(API)。

4.2 ETSI MEC小組

ETSI MEC行業規范組(ISG)成立于2014年，并得到了華為、IBM、英特爾、諾基亞網絡、NTT docomo和沃達豐這些創始成員的支持。正如最初的設想那樣，MEC需要在RAN中提供IT和云計算功能；ETSI的職責是確定網絡中需要什么，以支持應用程序托管在多供應商的移動邊緣計算環境中。通過MEC網絡提供的應用程序和服務將因為與客戶的近距離以及接收本地無線電網絡情境的能力受益。ETSI MEC的工作旨在補充在NFV上開展的工作，并且預計一開始MEC將吸引廣泛的相關各方，包括移動運營商、應用程序開發商、OTT參與者、獨立軟件供應商、電信設備供應商、IT平臺供應商、系統集成商和技術提供商。

ETSI MEC技術規范組(TSG)在2016年完成了其工作計劃的第一階段，并且正在進行第二階段(見表1)。

表1 ETSI MEC TSG work program

ETSI希望MEC能夠在如今的4G網絡上支持5G型應用。ETSI-MEC行業規范組的工作包括定義如何公開和管理接入網邊緣的服務，建立通用API和一套標準化的服務，以及MEC與Cloud-RAN和NFV的整合。與NFV整合的工作是ETSI正在進行的工作計劃第二階段的一部分。ETSI MEC最近成立了一個新的工作項目，該項目將研究對MEC中網絡切片的支持。

ETSI正在發起一些概念驗證和演示，以更好地了解MEC的情境。這些概念驗證和演示旨在幫助建立對MEC的商業關注和信心，并促進多樣化的、開放的MEC生態系統的發展(見表2)。

4.3 聯盟

盡管它不是一家標準制定機構，但OpenFog聯盟提出的MEC愿景與ETSI提出的略有不同。OpenFog是由IT供應商、學術機構和產品開發商組成的一個團體，包括創始成員思科、英特爾、微軟、戴爾、芯片制造商ARM和普林斯頓大學。該組織表示，其工作是補充ETSI及其它物聯網和技術行業聯盟的工作，這些組織包括工業互聯網聯盟(IIC)、OPC-UA、開放式連接基金會(OCF)和OpenNFV。從長遠來看，OpenFog聯盟希望與這些組織以及其它機構保持聯絡，以推動整個物聯網行業的融合。

表2 ETSI MEC PoCs

OpenFog正致力于為物聯網定義一個基于云的參考架構，與ETSI MEC的定義相似，但范圍更廣，并且具有一個更為分散的分層式等級架構(見圖1)。Open Fog參考架構將霧節點定義為由三個主要構建模塊組成。

圖1 OpenFog reference architecture

1)軟件—包括應用程序服務、應用程序支持和節點管理(帶內管理)以及軟件背板；

2)系統—包括跨整個硬件平臺基礎設施的硬件虛擬化；

3)節點—包括硬件平臺基礎設施、協議抽象層，以及傳感器、執行器和控制器。

與ETSI MEC一樣，霧計算能夠支持低延遲連接而無需與云建立持續的連接。霧部署的規模可以根據用例進行調整，層級數由情境需求決定。構建邊緣節點所需的處理、通信和存儲可以比較高層級更少，并且節點也能夠水平通信以及向上和向下通信(見圖2)。

圖2 Example of a multitiered OpenFog deployment

4.4 Open Edge Computing項目

最近成立的Open Edge Computing項目旨在推動邊緣計算生態系統的發展。它計劃提供可供參考的邊緣功能實現方法和邊緣應用的現場演示，并與應用提供商、電信和云服務提供商共同推動開放式邊緣計算的采用。該項目的創立者包括卡內基梅隆大學、英特爾、諾基亞、Crown Castle、德國電信、沃達豐和NTT。

該組織正在賓夕法尼亞州的匹茲堡針對邊緣計算測試和試驗創建一個“Living Edge Lab”。該實驗室將為應用程序、服務和終端開發商提供一個環境，使它們與電信和基礎設施提供商合作，同時提供各種用例的測試平臺，以及基于OpenStack的邊緣計算平臺。

4.5 電信基礎設施項目

由Facebook、德國電信、SK Telecom、EE、諾基亞和英特爾聯合創建的電信基礎設施項目(TIP)已經建立了自己的邊緣計算工作組，并正在與Telefonica和英國電信等運營商合作開發MEC用例。除了利用MEC標準，TIP工作組希望其工作將影響未來的標準化工作，并將5G和物聯網服務部署包含在內。

在TIP及其運營商合作伙伴(在這一案例中指的是英國電信)支持的眾多初創企業中，Unmanned Life是其中之一，該公司致力于開發自動駕駛無人機系統以用于一系列應用，包括交付、監視和災難響應。Unmanned Life正在試驗MEC技術，以幫助控制無人機車隊，將單個無人機和網絡之間傳遞的信息重新路由到MEC服務器。這種方法依賴于低延遲等特性來加速關鍵控制數據的流動。

5 主要供應商的邊緣計算戰略

5.1 聚焦新的市場機會、試驗和概念驗證

主要的網絡設備供應商采用不同的策略來鎖定MEC。

諾基亞是ETSI-MEC團體的創始者之一，也是推出早期形式的移動邊緣計算(其稱為Liquid Applications)最早的企業之一，Liquid Applications引入了托管內容的概念，可以在基站訪問應用程序和服務。這已演變成諾基亞基于云的無線電架構的一部分，并進而成為今天MEC平臺的一部分，它包括以下三部分內容。

1)MEC多無線電連接，這是一個企業解決方案，從而通過一個覆蓋網絡(獨立于無線接入和核心網絡)整合多運營商、多接入網絡；

2)區域應用(Zone Applications)，面向服務提供商以及體育場館和交通樞紐等場館所有者的MEC平臺，支持面向訪問者和工作人員的應用，包括直播視頻傳送、即時回放、增強現實、視頻通信和監控；

3)虛擬化MEC(vMEC)，一種基于軟件的解決方案，可以在商務現貨供應(COTS)服務器上運行，可以訂購，也可以與現有的IT基礎設施集成。

華為的MEC解決方案是該公司基于NFV的CloudEdge產品線的一部分。該供應商希望圍繞MEC開展創新，以打開包括B2C(移動CDN)，B2B(企業IT服務、智能工廠)和B2B2X(使用AR和LTE-LTE [LTE-V]技術的智能運輸系統)在內的新市場。

華為表示，延遲并不總是MEC的主要問題，節省回程成本和核心網負載也很重要。它認為，MEC可以在固定無線接入網絡上支持IPTV等應用以提供三合一服務，并且它正在致力于一系列MEC用例，包括與中國電信合作開發的智能工廠解決方案，并且正在現場試驗針對智能博物館應用的本地數據包。

愛立信并沒有推動特定的邊緣計算產品組的發展，也沒有參與到ETSI MEC中，而是傾向于通過其物聯網服務組合解決網絡設計和連接方面的問題。它正在與運營商合作進行邊緣計算試驗和概念驗證，并參與了一些邊緣計算能力的項目和演示。在2017年8月，愛立信以及由豐田、NTT docomo和日本汽車技術公司Denso組成的一個企業團體宣布成立汽車邊緣計算聯盟，旨在利用邊緣計算來發展聯網汽車生態系統。

愛立信還與NEC、諾基亞、InterDigital，Orange和Telefonica等運營商以及學術機構在5G-Transformer項目中進行了合作，該項目是在歐盟Horizon 2020研究計劃和5G公私伙伴關系(5G-PPP)下成立的。它將致力于基于NFV/SDN和MEC為CSP和行業垂直設計、開發和試驗解決方案。

三星參與到ETSI MEC中，并聚焦于在物聯網市場建立強大的影響力。該公司最近宣布將其大眾和企業物聯網業務線整合到同一個品牌SmartThings Cloud之下，以期跨家庭、汽車行業和工業應用提供更好、更簡單的連接。

5.2 商用部署將是對MEC的測試

MEC的支持者很少，這表明它仍然不是一個成熟甚至完全確定的技術。盡管如此，用例和應用程序正在被廣泛探索，并且很大程度上將取決于證實這些用例和應用程序是引人注目的，能夠創造新的收入，以及對應用程序開發商具有吸引力。只有通過AWS和一些更為先進的服務提供商等進行的商用驅動的早期部署，MEC的案例才能夠建立。