邊緣計算平臺能力開放

黃倩，黃蓉，王友祥，陳杲

（中國聯合網絡通信集團有限公司研究院，北京 100044）

0 引言

5G 時代，工業互聯網、車聯網、云游戲、AR/VR 等應用井噴式發展，新應用帶來的業務形式及運營模式變化逐漸影響到運營商在移動互聯產業的主導地位。如何深入支撐業務實際需求，并充分發揮運營商優勢，構建統一開放網絡能力亟待解決。尤其對于高帶寬、低時延類業務，邊緣計算具備天然優勢，因此將邊緣網絡的能力開放給第三方應用意義重大，邊緣應用可通過由MEC 平臺封裝的API 接口，調用邊緣能力，即將網絡能力、業務IT 能力集成在MEC 平臺上，供邊緣應用調用，可大大增加運營商網絡能力價值，從而促進產業協同，加快MEC 商業化腳步。但實際在網絡能力開放應用中存在諸多問題仍未解決，下文從邊緣計算平臺在能力開放時面臨的挑戰展開，深入分析ETSI 與3GPP 標準研究現狀，結合當前運營商在邊緣計算平臺能力開放實踐案例，給出邊緣計算平臺能力開放的參考目標演進架構。

1 面臨挑戰

5G+MEC 概念并不新鮮，但第三方應用提供商對邊緣計算平臺可開放的能力仍然處于探索階段，實際上公有云已有成熟邊緣解決方案，對于如何避免重復造輪子，下文將從技術和非技術兩方面挑戰展開分析[1]：

1.1 技術挑戰

（1）邊緣服務發現難度大：由于需要在DNS 查找中涉及移動網絡內部信息，以前僅需要來自應用程序預配置IP 地址。但在MEC 中，它與設備位置、邊緣節點位置和實例化邊緣服務有關，僅電信網絡有設備和邊緣節點位置，AMF 有設備位置信息，SMF 可通過其推斷邊緣節點位置UPF 錨點。但如何通過不同的信息查詢來咨詢電信網絡，類似于服務發現過程，這個問題還未完全解決。

（2）CT&IT 語言開發障礙：一方面，一般邊緣應用程序開發人員本身缺乏電信網絡知識；另一方面，出于安全考慮，運營商將只允許受信的邊緣服務與其網絡交互。因此，最終用戶應用程序供應商將必須通過中間層來利用網絡功能，對于中間層如何進行CT、IT 語言轉化，傳統上，電信技術依賴于其行業獨有的協議，標準和方法，如何將CT 通信協議向IT 語言徹底轉化仍待實現。

（3）平臺部署位置差異加大復雜性：由于邊緣計算平臺可能部署在接入環、匯聚環、核心環等不同位置。各部署位置特征和要求不一，無疑增加了邊緣平臺硬件基礎架構的復雜性。在適應多樣性硬件要求下，如何對上層應用程序開放統一一致的API 尚待解決。

（4）安全可靠開放難度大：5GC 的NEF（網絡公開功能）允許網絡向應用程序公開其服務和功能，這包括設備監視和配置等信息，但如何以安全方式將其公開給面向開發人員的API，這是一個挑戰。

（5）統一管理編排難度大：電信CT 和IT 基礎架構的不同架構。由于IT 和CT 的差異，甚至基于開發人員的背景，電信核心功能也將演變為云原生功能，但使用獨特的編排平臺來管理雙方仍然是一個挑戰，只有統一電信和公有云的邊緣編排才能為MEC 為客戶提供的端到端解決方案。

1.2 非技術挑戰

（1）服務考核指標不同：用于衡量服務提供商網絡質量的關鍵績效指標（KPI）：可用性、可訪問性、覆蓋范圍、移動時的服務連續性、可靠性、質量/ 錯誤率和信號強度等，服務提供商必須在“服務水平協議”中同意該KPI，但一般的云提供商通常沒有這些KPI。

（2）建設運維難度大：MEC 作為一種云網融合型的ICT 系統，天然涉及到無線接入專業、移動核心網專業、NFV 專業、公有云等專業，在建設部署與發展時，就會面臨MEC 是哪個專業為主牽頭負責建設以及后續運維管理的問題。

（3）監管機構不同：云服務和電信運營商在不同監管機構下，導致其要求和法律約束力不一致。

2 國際標準

國際上ETSI 和3GPP 均對5G MEC 進行了相關規定，但相關標準仍有未完善內容，如何合理進行網絡能力開放有待進一步研究。

2.1 ETSI

ETSI-邊緣計算系統參考架構如圖1 所示，其中ETSI定義了MEC 平臺網絡能力開放接口：Mp1（平臺與應用間服務和配置接口）、Mp2（平臺與數據面轉發接口）、Mp3（MEC 平臺間控制面數據交互接口）。其中Mp1 作為ME APP 獲取MEP 提供的ME Services 的參考點，運營商除了無線接入網能力服務之外，還有核心網能力服務也需要開放給ME APP。通過MP1 接口向第三方應用服務提供商提供所需的網絡服務能力主要包括：用戶位置信息、無線網絡信息服務、帶寬管理服務、用戶設備標識類信息等。但實際上Mp1 缺少計費、接入控制等標準定義，商用化并不完善[3,6]。

圖1 ETSI-邊緣計算系統參考架構[2]

2.2 3GPP

3GPP-5G 系統架構如圖2 所示：

圖2 3GPP-5G系統架構[9]

在5GC 里，邊緣計算平臺與5G UPF、PCF 等網元交互，實現業務流的本地轉發、分流策略控制、本地流量計費、QoS 保證和支持LADN 等功能，MEC 應用（ME APP）通過NEF 與5G 網絡進行交互。其中3GPP 定義的5G 網絡能力開放架構如圖3 所示，由Network Exposure Function實現網絡能力開放功能，N33 是開放API 接口[3]。

圖3 3GPP-5G網絡能力開放架構[9]

此外，3GPP R16 定義了許多支持移動邊緣計算的功能：服務發現、設備移動性和服務連續性、流量導向、基于網絡能力暴露的服務增強等。電信網絡不再是MEC中大多數應用程序的“隱形”管道[4]。

2.3 ETSI&3GPP協同架構映射

ETSI ISG MEC 和3GPP 都各自針對邊緣計算開發了體系結構，共同目的都是創建一個開放和標準化的IT 服務環境，以在邊緣環境中托管和支持第三方應用程序，3GPP 23.558 中描述了3GPP 和ETSI 間架構映射關系。

如圖4 所示，ETSI ISG MEC 和3GPP SA6 體系結構的核心分別位于MEC 平臺、邊緣使能服務器和MEC 應用程序、邊緣應用服務器，兩架構間存在協同作用[13]。

圖4 3GPP和ETSI間移動邊緣計算平臺架構映射[7,13]

（1）左側，設備運行應用程序客戶端，這些客戶端使用DNS 查找應用程序服務器（3GPP SA6 術語中的Edge Application Server（EAS）或ETSI ISG MEC 術語中的MEC Application）或根據SA6 EDGEAPP 架構使用Edge Enabler Client（EEC）進行發現。

（2）中間，向中間提供平臺（3GPP SA6 中 的Edge Enabler Server（EES） 和ETSI ISG MEC 中 的MEC Platform）提供中介訪問網絡服務、應用程序授權、應用程序服務注冊和應用程序服務發現、上下文遷移等給定實現方式，可結合ETSI ISG MEC 和3GPP SA6 指定功能。該平臺向邊緣云應用程序（MEC 應用程序或邊緣應用程序服務器）公開API，其中EDGE-3 和Mp1 提供互補的API 功能。

（3）右側，ETSI ISG MEC 規定的功能包括MEC平臺的管理和編排以及OSS 功能，這些功能支持對提供給應用程序服務提供商的門戶的訪問。

部署時需將這些標準組合在一起，并通過互補部分的組合來創建標準化的端到端架構才符合行業的最大利益。

3 實際案例

各運營商和平臺提供商都積極在能力開放方向進行布局，如圖5 所示，以中國聯通為例進行說明邊緣計算平臺如何進行能力開放。MEC 平臺封裝VAS（Value Added Service）將共性常用的IT 能力和運營商獨特的CT 能力供給邊緣應用調取，實現計算和聯接能力的下沉，支持低延時、大帶寬、高安全的邊緣響應。

圖5 案例-中國聯通[14]

（1）CT-VAS 主要來自和5GC 的NEF 接口，包括UE LBS（基于用戶設備位置的服務）、RNIS（無線電網絡信息服務）等，同時也通過構建MP2 接口，從邊緣網絡元素（UPF/DP，用戶平面功能/數據平面）獲取網絡信息，CT-VAS 還包括了邊緣SDN 網元接口，主要是IT/CT 防火墻、Cloud/Edge 防火墻的安全策略、NAT 規則、VPN 規則等相關能力。

（2）IT-VAS 主要基于ME_ICT-IaaS 承載實現，和一般云原生和微服務不同，除了基于容器方式提供的服務（Container-Based Service）外，在邊緣場景中，還需要服務往往通過虛擬機方式提供傳統API 服務（VM-Based Services），稱之為宏服務（Macro-Servcie）。除了以上兩種類型的服務，API 網關還需要在某些情況下集成聯通生態中的第三方服務，這種服務一般是實現云邊協同能力的本地代理，實現云邊協同工作。

4 參考目標架構

關于如何徹底統一電信運營商的網絡和IT 環境，圖6描述了一類邊緣計算平臺CT/IT 能力統一開放方式。

圖6 主要描述了邊緣和應用程序使能層，以抽象出電信網絡接口的詳細信息，提供開發人員友好的API，該類API 一方面允許訪問3GPP 標準/自定義功能，另一方面也將提供具有IT 特點的API，便于使用。

（1）邊緣使能層：面向電信網絡，允許運營商按照3GPP 標準公開網絡信息，以支持邊緣應用，例如影響AF流量、UPF 重選、QoS 等，提供了行業標準API，這些API 被應用程序使能層調用。邊緣使能層類似核心電信網絡的“API 網關”，這類API 需要基本電信網絡知識才能正確理解和使用。抽象3GPP 好處頗多，可解決第1 節中提出的技術難題，例如：隱藏了電信網絡功能級別的接口復雜性；允許電信運營商向邊緣服務開發人員公開網絡功能；為電信核心網絡提供緩沖區，以實現更好的安全控制；讓運營商更好地控制服務差異化等。

（2）應用使能層：位于邊緣使能層和邊緣應用程序開發人員之間，其任務是提供邊緣應用程序開發人員友好的API，使邊緣應用程序開發人員無需廣泛的電信網絡知識即可使用和管理特定于應用程序的電信網絡功能。它支持邊緣應用程序和服務，邊緣節點上的生命周期管理，將邊緣節點連接到云數據中心，并允許邊緣應用程序與云斷開連接而暫時運行，通常應用使能層可以包括三類API：

1）通用PaaS 層API 是應用程序管理，服務管理；

2）IT 通用技術功能棧API，例如物聯網、機器學習、語音分析等；

3）垂直域邊緣堆棧API，例如游戲、AR/VR、視頻流、車聯網。

圖6 邊緣計算平臺CT&IT能力統一開放參考目標架構[1]

5 結束語

開放是MEC 平臺中的熱門詞匯，但開放并不意味著容易，如何在實踐中實現開放性具有挑戰性。首先，對運營商來說，本身沒有龐大的平臺開發團隊，甚至平臺的運營維護也嚴重依賴平臺供應商；其次，對應用程序開發者來說，在跨平臺部署應用時常需要適配不同環境，導致開發工作量變大；再者，電信邊緣業務可能歸屬不同的運營商，意味著還涉及網間漫游的問題。因此，如何實現應用單點部署、全網復制的目標，一方面需要逐步向目標架構演進，另一方面，在目標架構演進過程中，逐步納管已有異構邊緣計算平臺，異構邊緣計算平臺互聯，從而向邊緣應用提供統一的開放API 是接下來需要進一步去完善的事情[1]。