邊緣計算節(jié)點共享技術實現(xiàn)方法的研究

□ 文 陳杲 黃蓉 黃倩

0 引言

隨著5G時代數(shù)字化經(jīng)濟的發(fā)展，以及IT/CT、連接和算力的不斷深度融合，以連接為主的網(wǎng)絡基礎設施正在加速演進成為云網(wǎng)一體的數(shù)字信息基礎設施，賦能千行百業(yè)數(shù)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(lián)通明確提出依托聯(lián)通云、市政務云、MEC邊緣云及云網(wǎng)邊一體平臺，將重點布局城市公共算力服務平臺、行業(yè)算力服務平臺，為普通消費者和企業(yè)用戶提供算網(wǎng)一體、云邊協(xié)同的數(shù)字信息基礎設施運營服務。愛立信在其2022年發(fā)布的網(wǎng)路演進未來藍圖中也指出：新的移動基礎設施的實現(xiàn)，需要在商業(yè)和技術方法上進行重大變革。它將涉及建立和發(fā)展跨行業(yè)的合作生態(tài)系統(tǒng)，而電信運營商有能力且必將在其中發(fā)揮重要作用。總而言之，電信運營商在5G網(wǎng)絡時代不僅要建設布署一個巨大的移動通信網(wǎng)絡，更重要的是需要與各行各業(yè)深度融合，需要大規(guī)模布署邊緣計算節(jié)點來打造支持大帶寬、大規(guī)模復雜連接的邊緣算力基礎設施，才能積極推動垂直行業(yè)數(shù)字化轉型，實現(xiàn)“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(xiàn)，需要在商業(yè)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(jīng)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(zhàn)，包括邊緣云規(guī)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(wǎng)絡建設過程中進行不斷的探索和實踐。例如對于5G網(wǎng)絡共建共享場景，由于一個地理區(qū)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(qū)域開展5G2B業(yè)務面臨著挑戰(zhàn)。需要在5G邊緣云的設計、布署和運營，以及為行業(yè)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(wǎng)絡為不同電信運營商業(yè)務進行本地分流，如何共享邊緣計算節(jié)點，如何實現(xiàn)不同廠商（包括不同電信運營商或者公有云）的邊緣計算節(jié)點互聯(lián)互通等等。

隨著云原生技術的不斷發(fā)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(fā)環(huán)境一致性問題，構建管理便捷的底層資源系統(tǒng)，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(xiàn)“云邊端”算力的統(tǒng)籌供給和協(xié)同調度，已經(jīng)被廣泛認為是實現(xiàn)計算與網(wǎng)絡深度融合，打造邊緣算力基礎設施的關鍵實現(xiàn)技術。與此同時，多云和混合云成為未來主流的企業(yè)IT基礎設施架構，企業(yè)IT運營模式已經(jīng)由以基礎架構為中心轉變?yōu)橐云髽I(yè)應用為中心，即企業(yè)業(yè)務應用程序根據(jù)需要來尋找“混合（多）云最佳布署執(zhí)行地點”，例如混合（多）云布署不再局限于本地傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心（私有云）、公有云，逐漸向邊緣計算節(jié)點擴展，企業(yè)應用的某些部分將在邊緣計算節(jié)點上執(zhí)行。目前不同類型廠商都布署了自己的邊緣計算節(jié)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(zhàn)略方案，不僅需要全面提升面向公有云、邊緣云的云網(wǎng)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(xiàn)統(tǒng)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(wǎng)絡共建共享

5G時代，移動通信網(wǎng)絡共建共享已成為趨勢，因為其有助于高效建設5G網(wǎng)絡，降低網(wǎng)絡建設和運維成本，提升網(wǎng)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(jīng)建設了全球規(guī)模最大的5G共建共享網(wǎng)絡，服務了全球最大的5G用戶市場。在2022中國聯(lián)通5G/4G極簡網(wǎng)絡發(fā)展論壇上，中國聯(lián)通宣布通過共建共享已經(jīng)建成5G 基站76萬站，預計今年年底達到99萬站。

5G網(wǎng)絡共建共享可以采用異網(wǎng)漫游和接入網(wǎng)（基站）共享的方式來實現(xiàn)：異網(wǎng)漫游方式，共享基站僅僅接入承建方核心網(wǎng)，共享用戶通過漫游方式接入5G網(wǎng)絡；接入網(wǎng)（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(wǎng)之間互相打通，電信運營商的核心網(wǎng)和IT系統(tǒng)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(wǎng)。目前接入網(wǎng)（基站）共享方式是5G SA（Stand Along）網(wǎng)絡共建共享的主流方式，中國聯(lián)通和中國電信共建共享5G網(wǎng)絡采用的就是這種方式，如圖1所示。

圖1 中國聯(lián)通&中國電信5G共建共享網(wǎng)絡方式：接入網(wǎng)（基站）共享

在5G網(wǎng)絡共建共享已經(jīng)顯著節(jié)省投資成本和滿足綠色環(huán)保要求的前提下，如果電信運營商仍然采用傳統(tǒng)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(jié)點而浪費的問題，而且有悖于5G網(wǎng)絡共建共享的節(jié)約投資初衷，因為邊緣計算節(jié)點規(guī)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(wǎng)絡共建共享可以采用異網(wǎng)漫游和接入網(wǎng)（基站）共享的方式來實現(xiàn)。

3 邊緣計算節(jié)點共享類型

隨著云計算和邊緣計算技術的迅速發(fā)展，同一個電信運營商內部實際上已經(jīng)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(wǎng)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(fā)，同時還與亞馬遜Web服務（AWS）合作在其5G網(wǎng)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(fā)布的白皮書認為，電信運營商MEC系統(tǒng)、邊緣云（云廠商提供）、公有云和私有云之間存在兩大類互聯(lián)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(tǒng)之間（圖2中1）、電信運營商MEC系統(tǒng)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(tǒng)與公有云和私有云（分別對應圖2中2 和2′）都存在互聯(lián)互通的合作關系。

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

4 邊緣計算節(jié)點共享實現(xiàn)的方法

在5G網(wǎng)絡共建共享場景下，對于某些特定地理區(qū)域內的計算節(jié)點實現(xiàn)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(wǎng)絡，推動網(wǎng)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(tǒng)架構和業(yè)務流程兩方面對該方法進行詳細說明。

4.1 邊緣計算節(jié)點共享系統(tǒng)架構

目前已經(jīng)有研究機構提出了MEC 接入不同電信運營商核心網(wǎng)的方案，但是這些方案僅僅考慮了MEC 網(wǎng)絡（用戶面功能）如何接入不同的電信運營商核心網(wǎng)，還沒有涉及MEC業(yè)務系統(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)絡互聯(lián)互通，第二層是邊緣計算節(jié)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(wǎng)絡下MEC共建共享

第一層，邊緣計算網(wǎng)絡互聯(lián)互通是MEC共建共享的網(wǎng)絡基礎。邊緣網(wǎng)絡存在的問題包括：存在單集群節(jié)點跨地域，節(jié)點位于 NAT（Network Address Translation，網(wǎng)絡地址轉換）網(wǎng)絡內無法實現(xiàn)雙向直接連接，云邊網(wǎng)絡不可靠等。目前業(yè)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(wǎng)絡，支持邊緣網(wǎng)絡東西向互聯(lián)互通，一體實現(xiàn)網(wǎng)絡、計算和存儲等資源的動態(tài)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(jié)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(lián)互通在5G網(wǎng)絡共建共享場景下，不僅MEC網(wǎng)絡（用戶面功能）需要同時接入不同電信運營商的核心網(wǎng)，還需要實現(xiàn)同一個MEC系統(tǒng)在不同電信運營商業(yè)務系統(tǒng)之間的共享，或者MEC系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，以支持在不同電信運營商網(wǎng)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(tǒng)級的控制面引入新的運營支撐系統(tǒng)聯(lián)盟（OSS-Federation）網(wǎng)元，用于完成與不同電信運營商的OSS分別互連，并且繼續(xù)使用ETSI和3GPP已經(jīng)定義的N4、MP2、Mm1、Mm2接口與MEC系統(tǒng)的MEO和MEPM進行交互，如圖3所示。在5G網(wǎng)絡共建共享場景下，不僅MEC網(wǎng)絡（用戶面功能）需要同時接入不同電信運營商的核心網(wǎng)，還需要實現(xiàn)同一個MEC系統(tǒng)在不同電信運營商業(yè)務系統(tǒng)之間的共享，以支持在不同電信運營商網(wǎng)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(jié)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(yōu)點。

在5G網(wǎng)絡共建共享場景下，假設電信運營商1是5G共建共享網(wǎng)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(wǎng)元（OSS-Federation）實現(xiàn)了對于共建共享MEC系統(tǒng)的控制管理，例如OSS-Federation通過第三方業(yè)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(jù)每個電信運營商業(yè)務經(jīng)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(fā)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(jié)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(fā)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(jù)雙方簽署的邊緣應用協(xié)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(wǎng)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(guī)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(wǎng)絡配置信息傳遞給電信運營商1的OSS，然后再發(fā)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(wǎng)絡配置信息以及自己的網(wǎng)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(guī)范定義的應用實例化流程一致，唯一區(qū)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(jīng)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(jù)共享邊緣計算節(jié)點由誰承建來將相應的電信運營商劃分為邊緣計算節(jié)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(jié)點的承建方和共享方。但是根據(jù)上述流程步驟的描述，我們可以發(fā)現(xiàn)該邊緣計算節(jié)點共享方法無需區(qū)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(qū)別，例如這里雖然是以電信運營商1（承建方）為發(fā)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(fā)起方，此時是電信運營商2 通過自己的門戶或應用發(fā)出邊緣應用布署請求給OSS-Federation。

算力已經(jīng)是繼熱力、電力之后的新的關鍵生產力。

5 結束語

國家發(fā)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(jīng)是繼熱力、電力之后的新的關鍵生產力，未來算力將驅動數(shù)字產業(yè)化發(fā)展進程，助力產業(yè)數(shù)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(yè)協(xié)同開放合作。我們理解邊緣計算產業(yè)的協(xié)同開放合作包括了邊緣計算節(jié)點共建共享、互聯(lián)互通。而且，目前業(yè)界很多企業(yè)已經(jīng)在開展相關工作，例如亞信科技在5G專網(wǎng)布署中，共享了行業(yè)客戶自己布署的服務器（計算節(jié)點），實現(xiàn)網(wǎng)和算的真正融合。從基礎設施的發(fā)展趨勢來看，算力基礎設施未來發(fā)展目標不僅需要實現(xiàn)“云邊端”算力統(tǒng)籌供給和協(xié)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(jié)點接入，才能夠成為類似水網(wǎng)、電網(wǎng)、路網(wǎng)的社會化公共基礎設施。

同時國家也出臺了一系列產業(yè)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(fā)改委提出推動各行業(yè)數(shù)據(jù)中心加強一體化聯(lián)通調度，促進多云之間、云和數(shù)據(jù)中心之間、云和網(wǎng)絡之間的資源聯(lián)動，構建算力服務資源池。在統(tǒng)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(wǎng)絡，使邊緣網(wǎng)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(jié)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(wǎng)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(yè)的協(xié)同開放合作包括了邊緣計算節(jié)點共建共享、互聯(lián)互通。