邊緣計算節點共享技術實現方法的研究

□ 文 陳杲 黃蓉 黃倩

0 引言

隨著5G時代數字化經濟的發展，以及IT/CT、連接和算力的不斷深度融合，以連接為主的網絡基礎設施正在加速演進成為云網一體的數字信息基礎設施，賦能千行百業數字化轉型。同時電信運營商也在向信息通信基礎設施綜合服務商的角色演進，例如上海聯通明確提出依托聯通云、市政務云、MEC邊緣云及云網邊一體平臺，將重點布局城市公共算力服務平臺、行業算力服務平臺，為普通消費者和企業用戶提供算網一體、云邊協同的數字信息基礎設施運營服務。愛立信在其2022年發布的網路演進未來藍圖中也指出：新的移動基礎設施的實現，需要在商業和技術方法上進行重大變革。它將涉及建立和發展跨行業的合作生態系統，而電信運營商有能力且必將在其中發揮重要作用。總而言之，電信運營商在5G網絡時代不僅要建設布署一個巨大的移動通信網絡，更重要的是需要與各行各業深度融合，需要大規模布署邊緣計算節點來打造支持大帶寬、大規模復雜連接的邊緣算力基礎設施，才能積極推動垂直行業數字化轉型，實現“4G改變生活，5G改變社會”的目標和期望。

新的移動基礎設施的實現，需要在商業和技術方法上進行重大變革。

1 云邊端一體的算力基礎設施

雖然國內電信運營商對于建設5G邊緣計算基礎設施已經達成共識，但是具體到如何打造5G邊緣基礎設施還存在挑戰，包括邊緣云規模、建設模式和邊緣云服務模式等還不是很明確，還需要在5G網絡建設過程中進行不斷的探索和實踐。例如對于5G網絡共建共享場景，由于一個地理區域內通常僅僅布署了其中一個電信運營商的5G 基站，那么其他電信運營商如何在該區域開展5G2B業務面臨著挑戰。需要在5G邊緣云的設計、布署和運營，以及為行業客戶提供服務管理的端到端服務上采取更加敏捷、開放和靈活的方法，包括如何利用共享的5G網絡為不同電信運營商業務進行本地分流，如何共享邊緣計算節點，如何實現不同廠商（包括不同電信運營商或者公有云）的邊緣計算節點互聯互通等等。

隨著云原生技術的不斷發展，IT界致力于使用云原生技術構建底層架構，包括利用容器及編排技術解決開發環境一致性問題，構建管理便捷的底層資源系統，使用戶能夠更快地構建和布署云原生應用程序。例如，云原生邊緣計算平臺能夠實現“云邊端”算力的統籌供給和協同調度，已經被廣泛認為是實現計算與網絡深度融合，打造邊緣算力基礎設施的關鍵實現技術。與此同時，多云和混合云成為未來主流的企業IT基礎設施架構，企業IT運營模式已經由以基礎架構為中心轉變為以企業應用為中心，即企業業務應用程序根據需要來尋找“混合（多）云最佳布署執行地點”，例如混合（多）云布署不再局限于本地傳統數據中心（私有云）、公有云，逐漸向邊緣計算節點擴展，企業應用的某些部分將在邊緣計算節點上執行。目前不同類型廠商都布署了自己的邊緣計算節點資源，包括電信運營商、公有云和CDN廠商等等。所以，我們認為電信運營商的邊緣云建設將采用混合云戰略方案，不僅需要全面提升面向公有云、邊緣云的云網一體化服務能力，而且需要在云端提供標準化的接口、管控能力和云服務、云資源的接入能力，實現統一的交付、運維和管控標準，打造“云邊端一體”的算力基礎設施。

2 5G網絡共建共享

5G時代，移動通信網絡共建共享已成為趨勢，因為其有助于高效建設5G網絡，降低網絡建設和運維成本，提升網絡效益和資產運營效率，快速形成5G服務能力。例如中國已經建設了全球規模最大的5G共建共享網絡，服務了全球最大的5G用戶市場。在2022中國聯通5G/4G極簡網絡發展論壇上，中國聯通宣布通過共建共享已經建成5G 基站76萬站，預計今年年底達到99萬站。

5G網絡共建共享可以采用異網漫游和接入網（基站）共享的方式來實現：異網漫游方式，共享基站僅僅接入承建方核心網，共享用戶通過漫游方式接入5G網絡；接入網（基站）共享方式，共建共享基站（物理基站）邏輯上劃分為兩個獨立的邏輯基站，承載網之間互相打通，電信運營商的核心網和IT系統保持不變，移動通信用戶通過邏輯基站接入其所屬的電信運營商核心網。目前接入網（基站）共享方式是5G SA（Stand Along）網絡共建共享的主流方式，中國聯通和中國電信共建共享5G網絡采用的就是這種方式，如圖1所示。

圖1 中國聯通&中國電信5G共建共享網絡方式：接入網（基站）共享

在5G網絡共建共享已經顯著節省投資成本和滿足綠色環保要求的前提下，如果電信運營商仍然采用傳統的獨立建設5G MEC的模式，不僅會造成因在同一地理位置上重復布署邊緣計算節點而浪費的問題，而且有悖于5G網絡共建共享的節約投資初衷，因為邊緣計算節點規模布署同樣需要海量資金。而且從邊緣應用提供商的角度來看，對于同一個邊緣應用，還需要在不同電信運營商邊緣計算平臺上分別布署，以滿足不同電信運營商用戶訪問應用服務的需求。

5G網絡共建共享可以采用異網漫游和接入網（基站）共享的方式來實現。

3 邊緣計算節點共享類型

隨著云計算和邊緣計算技術的迅速發展，同一個電信運營商內部實際上已經引入了多個邊緣計算平臺或者邊緣云平臺，例如美國運營商Verizon不僅與開放網絡基金會（ONF，Open Network Foundation）合作進行基于開源邊緣云平臺Aether的云原生邊緣計算平臺研發，同時還與亞馬遜Web服務（AWS）合作在其5G網絡內布署邊緣計算產品AWS Wavelength。針對這種實際情況，ETSI ISG MEC于2021年6月發布的白皮書認為，電信運營商MEC系統、邊緣云（云廠商提供）、公有云和私有云之間存在兩大類互聯互通的合作關系，如圖2所示。

圖2 同一電信運營商內部和不同電信運營商之間的邊緣計算（邊緣云）關系模式

不同電信運營商MEC系統之間（圖2中1）、電信運營商MEC系統與不同電信運營商的邊緣云之間（對應圖2中1′）、電信運營商MEC系統與公有云和私有云（分別對應圖2中2 和2′）都存在互聯互通的合作關系。

根據邊緣計算節點所屬系統，將邊緣計算節點共享類型劃分三類：第一類是同一個電信運營商MEC系統內的邊緣計算節點互聯互通，實現邊緣算力共享。ETSI ISG MEC已經定義了相應的MP3接口；第二類是不同電信運營商MEC系統之間的邊緣計算節點互聯互通，實現邊緣算力共享。顯然本文介紹的5G網絡共建共享場景下的邊緣計算節點共享屬于該類；第三類是電信運營商MEC系統與云廠商邊緣云之間的邊緣計算節點互聯互通，實現邊緣算力共享。

4 邊緣計算節點共享實現的方法

在5G網絡共建共享場景下，對于某些特定地理區域內的計算節點實現不同電信運營商之間的共享，不僅可以有效地利用5G 共建共享網絡，推動網絡資源和計算資源同時共享，而且還可以推廣到電信運營商與公有云服務商之間，以及公有云服務商之間，促進形成公共的邊緣基礎設施，下面將從系統架構和業務流程兩方面對該方法進行詳細說明。

4.1 邊緣計算節點共享系統架構

目前已經有研究機構提出了MEC 接入不同電信運營商核心網的方案，但是這些方案僅僅考慮了MEC 網絡（用戶面功能）如何接入不同的電信運營商核心網，還沒有涉及MEC業務系統如何同時接入不同電信運營商。

首先，本文這里提出將MEC共建共享（即MEC系統接入不同電信運營商）按邏輯功能由下往上分為三個層面：第一層是邊緣計算網絡互聯互通，第二層是邊緣計算節點的共享，第三層是MEC共建共享管理面，如圖3所示。

圖3 5G共建共享網絡下MEC共建共享

第一層，邊緣計算網絡互聯互通是MEC共建共享的網絡基礎。邊緣網絡存在的問題包括：存在單集群節點跨地域，節點位于 NAT（Network Address Translation，網絡地址轉換）網絡內無法實現雙向直接連接，云邊網絡不可靠等。目前業界采用的解決方案是利用云原生技術，打造云原生邊緣計算網絡，支持邊緣網絡東西向互聯互通，一體實現網絡、計算和存儲等資源的動態共享，具體案例包括華為KubeEge提出的EdgeMesh。限于篇幅，本文這里不進行贅述，詳細請查閱相關參考資料。第二層，邊緣計算節點共享分為三種類型，如本文前面第三章所述。第三層，控制面互聯互通在5G網絡共建共享場景下，不僅MEC網絡（用戶面功能）需要同時接入不同電信運營商的核心網，還需要實現同一個MEC系統在不同電信運營商業務系統之間的共享，或者MEC系統之間的互聯互通，以支持在不同電信運營商網絡中布署的MEC應用可以同時滿足不同電信運營商用戶的服務需求。

本文提出在MEC系統級的控制面引入新的運營支撐系統聯盟（OSS-Federation）網元，用于完成與不同電信運營商的OSS分別互連，并且繼續使用ETSI和3GPP已經定義的N4、MP2、Mm1、Mm2接口與MEC系統的MEO和MEPM進行交互，如圖3所示。在5G網絡共建共享場景下，不僅MEC網絡（用戶面功能）需要同時接入不同電信運營商的核心網，還需要實現同一個MEC系統在不同電信運營商業務系統之間的共享，以支持在不同電信運營商網絡中布署的MEC應用可以同時滿足不同電信運營商用戶的服務需求。

4.2 共享邊緣應用的布署流程

基于上述邊緣計算節點共享方法，下面以共享邊緣應用如何完成布署來驗證該方法的有效性及其優點。

在5G網絡共建共享場景下，假設電信運營商1是5G共建共享網絡的承建方（圖3中藍色框表示）布署的邊緣應用可以共享給電信運營商2（圖3中橙色框表示）的用戶使用。電信運營商可以通過新引入網元（OSS-Federation）實現了對于共建共享MEC系統的控制管理，例如OSS-Federation通過第三方業務/內容服務商門戶或應用接收邊緣應用實例化啟動或者終止的請求后，根據每個電信運營商業務經營策略來判斷該請求是否滿足管理要求。如果滿足則先進行授權，然后將授權后的請求發送到MEC編排器（MEO）或MEC管理平臺（MEPM）進行下一步處理，具體流程如圖4所示。

圖4 共享邊緣計算節點上的邊緣應用部署流程

第一步，電信運營商1（藍色框）通過自己的門戶或應用發出邊緣應用布署請求給OSS-Federation；第二步，OSS-Federation先將該邊緣應用布署請求同步給電信運營商2的OSS（橙色框），然后其根據雙方簽署的邊緣應用協議判斷是否需要共享；第三步，電信運營商2的OSS返回應答：如果需要共享，則需要返回邊緣應用布署所需要的電信運營商網絡配置信息，否則直接返回不需要共享；第四步，對于不需要共享邊緣應用的情況，由于后繼流程與ETSI MEC規范定義的應用實例化流程完全一致，本文這里不再進行重復描述，只說明需要共享邊緣應用的情況：OSSFederation先將電信運營商2返回的電信運營商網絡配置信息傳遞給電信運營商1的OSS，然后再發起實際的邊緣應用布署流程；第五步，電信運營商1的OSS將接收到的電信運營商2的電信運營商網絡配置信息以及自己的網絡配置信息一起傳遞給電信運營商1的邊緣編排器（MEO），申請MEO進行共享邊緣應用實例化；第六步～第十三步，都與ETSI MEC標準規范定義的應用實例化流程一致，唯一區別在于需要同時完成電信運營商1和電信運營商2的邊緣應用布署信息更新；第十四步，電信運營商1的OSS將共享邊緣應用布署請求的響應信息傳送給OSS-Federation，同時上報已經布署的應用實例標識；第十五步，OSS-Federation將共享邊緣應用布署結果反饋給電信運營商2的OSS；第十六步，電信運營商2的OSS將邊緣應用布署結果反饋給自己的門戶或應用。這樣該共享邊緣應用同時完成了在電信運營商1和2的布署。

與前面介紹的共建基站一樣，本文也根據共享邊緣計算節點由誰承建來將相應的電信運營商劃分為邊緣計算節點共享方和承建方，例如上面流程中涉及的電信運營商1和電信運營商2分別對應于共享邊緣計算節點的承建方和共享方。但是根據上述流程步驟的描述，我們可以發現該邊緣計算節點共享方法無需區分電信運營商是承建方或共享方，即電信運營商1或2在布署共享邊緣應用的流程上沒有區別，例如這里雖然是以電信運營商1（承建方）為發起方進行流程說明的，但是也適用于電信運營商2（共享方）為發起方，此時是電信運營商2 通過自己的門戶或應用發出邊緣應用布署請求給OSS-Federation。

算力已經是繼熱力、電力之后的新的關鍵生產力。

5 結束語

國家發改委于2020年4月對新基建的含義進行了說明闡述，例如對新基建范疇的“信息基礎設施”中明確提出了“算力基礎設施”的概念。相關專家也指出：算力已經是繼熱力、電力之后的新的關鍵生產力，未來算力將驅動數字產業化發展進程，助力產業數字化轉型升級。一方面需要加快算力基礎設施的建設，另一方面需要深化產業協同開放合作。我們理解邊緣計算產業的協同開放合作包括了邊緣計算節點共建共享、互聯互通。而且，目前業界很多企業已經在開展相關工作，例如亞信科技在5G專網布署中，共享了行業客戶自己布署的服務器（計算節點），實現網和算的真正融合。從基礎設施的發展趨勢來看，算力基礎設施未來發展目標不僅需要實現“云邊端”算力統籌供給和協同調度，而且需要具備敏捷性和可擴展性，支持多種邊緣計算節點接入，才能夠成為類似水網、電網、路網的社會化公共基礎設施。

同時國家也出臺了一系列產業政策推動建設互通共享的基礎設施，例如2021年5月24日，國家發改委提出推動各行業數據中心加強一體化聯通調度，促進多云之間、云和數據中心之間、云和網絡之間的資源聯動，構建算力服務資源池。在統一的邊緣算力資源池基礎之上，電信運營商需要進一步考慮如何形成邊緣算力網絡，使邊緣網絡能夠感知邊緣計算資源，并把計算負載放到合適的邊緣計算節點進行計算，提升邊緣計算資源利用率，即在邊緣通過“端-邊-云”的縱向融合，對分散異構的計算資源進行智能管理，能夠以算網一體的方式向全社會提供普適性、確定性的算力，使邊緣算力服務成為繼話音、短信、專線、流量之后電信運營商提供的新一代普適性標準化服務。■

我們理解邊緣計算產業的協同開放合作包括了邊緣計算節點共建共享、互聯互通。