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摘要：在業界雲邊協同應用場景和雲邊協同通用參考框架基礎上提出移動邊緣計算（MEC）雲邊協同參考架構，分析了狹義 MEC 與廣義 MEC 的雲邊協同不同點，具體給出MEC邊緣網絡服務、邊緣運營管理、雲邊平臺服務、雲邊業務應用 4 大類的協同，爲運營商的5G MEC雲邊協同發展提供參考。
關鍵詞：多接入邊緣計算；雲邊協同；邊緣計算；Kubernetes
隨着 5G獨立組網（SA）的正式建設，作爲5G SA 核心能力之一的移動邊緣計算（MEC）[1]也正式啓動商業部署和運營。雖然 MEC 試點已開展較多，但其作爲一個 IT 和 CT 融合平臺，存在多重挑戰[2]。充滿不確定性但似乎又有無限可能，這既是 MEC讓人困惑之處，也是MEC被寄予厚望之處。
全球電信運營商對 MEC 的技術選擇與商業運營思路並不完全相同，對於將雲計算作爲戰略型業務發展的主導運營商來說，MEC 不僅僅是 5G 邊緣計算平臺，還普遍被認爲是雲戰略的重要差異化優勢之一。MEC 與中心雲協同爲客戶提供雲網邊一體化服務成爲必然選擇。
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雲邊協同應用場景
除了少數在邊緣節點終結處理的業務（如部分園區私有云業務）外，對於大部分邊緣計算業務來說，雲邊協同的業務需求普遍存在。邊緣計算產業聯盟和雲計算開源產業聯盟總結了內容分發網絡（CDN）、工業互聯網、能源、智能家庭、智慧交通、安防監控、農業生產、醫療保健、雲遊戲等雲邊協同應用場景[3-4]。
其中，有的是因爲業務低時延需求，在業務系統雲端部署的同時將部分時延敏感實時處理任務下沉到邊緣，如工業大數據在雲端綜合分析處理時可編程邏輯控制器（PLC）採集數據在邊緣實時分析處理與控制設備；有的是着眼於降低雲端計算壓力和網絡帶寬成本，如CDN應用場景在邊緣部署緩存和計算服務，提供邊緣加速或作爲CDN的進一步下沉節點，以在降低總體成本的同時提升用戶的就近服務體驗；
有的則綜合時延、成本、性能、可靠性等，以實現系統架構的優化並充分發揮雲與邊的不同優勢，如視頻安防監控中涉及到視頻人工智能（AI）的應用處理，它通過在邊緣的視頻預分析和AI推理執行，實現視頻監控場景實時異常事件的感知及快速處理，在雲端則發揮雲端算力、開發工具的優勢，完成AI模型的訓練以及AI分析應用的開發並按需下發給邊緣部署。
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雲邊協同參考框架
邊緣計算產業聯盟認爲雲邊協同包含雲端與邊端基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS）的多種協同[3]，邊端邊緣計算（EC）-IaaS 與雲端 IaaS 應可實現對網絡、虛擬化資源等的資源協同；邊端 EC-PaaS 與雲端 PaaS 應可實現數據協同、智能協同、應用編排協同、業務管理協同；邊端 EC-SaaS 與雲端 SaaS 應可實現應用服務協同。
雲計算開源產業聯盟則進一步提出在 IaaS資源、PaaS平臺、SaaS應用的協同基礎上面還需要考慮計費、運維、安全等方面的協同[4]。
華爲作爲信息與通信技術（ICT）產業的設備與服務提供商，在邊緣計算領域的佈局涉及“雲、管、邊、端、芯”。其中，華爲雲提出基於 Kubernetes 擴展的雲邊協同開源項目——KubeEdge[5]，並將其貢獻給雲原生計算基金會（CNCF）。作爲一個智能邊緣平臺，KubeEdge包含了邊端的計算節點部分和雲端的管理控制部分，其雲邊協同體現在：
1）基於WebSocket 和 Quic 協議構建了可靠、高效的雲邊消息通信，並作爲雲邊控制協同、數據協同的通信基礎；
2）擴展了 Kubernetes，實現雲邊協同編排管理，包括基於雲端的邊緣控制器 EdgeController等控制 Kubernetes 應用程序編程接口（API）服務器與邊緣節點、應用和配置的狀態同步，支持直接通過 kubectl命令行在雲端管理邊緣節點、設備和應用；
3）提供了DeviceTwin 模塊，實現邊緣計算節點下掛的邊緣設備與雲端設備管理之間的同步和控制。
作爲雲服務提供商，阿里雲也進軍了邊緣計算領域，並積極佈局雲邊協同：
1）發佈了邊緣節點服務（ENS）[6]。ENS 當前主要提供邊緣IaaS服務，但其目標是建立大規模分佈式邊緣算力融合調度平臺，融合虛機、容器、函數、流式計算等計算形態，屏蔽分佈在各個邊緣數據中心（DC）硬件環境與網絡環境的異構差異，無縫支持各類邊緣資源，爲規模覆蓋的雲邊一體化計算提供底座能力支持。
2）與華爲類似，基於“雲端統一管控，邊緣適度定製”的理念，阿里雲將 Kubernetes 容器服務拓展至邊緣，推出邊緣容器產品——阿里雲容器服務Kubernetes 版ACK Edge Kubernetes[6]，並提供了雲邊協同通道——EdgeTunnel，實現雲端管控與邊緣worker 節點之間的消息交互。同時，阿里雲還重點考慮了邊緣節點日誌監控運維、邊緣應用編排管控的雲邊協同等需求。ACK Edge Kubernetes 可以認爲是邊緣PaaS服務。
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MEC的雲邊協同
行業聯盟的邊緣計算雲邊協同參考框架是針對業界各種邊緣計算的一個總體參考，而邊緣計算卻存在多種形態。華爲和阿里在各種邊緣計算產品中也給出了針對性的雲邊協同設計與研發實現。對於MEC，其雲邊協同架構總體符合業界的參考框架，同時也有自身需要重點關注的問題。
目前，MEC 有廣義和狹義之分。
狹義的MEC 指遵循 ETSI 標準架構的多接入邊緣計算平臺[1]，該平臺一般基於網絡功能虛擬化（NFV）和管理編排技術構建，5G用戶面功能（UPF）被納入 MEC 系統中統一考慮。
廣義的 MEC 則指運營商在網絡邊緣部署邊緣計算平臺，特別是對於自身提供公有云和 CDN 服務的運營商，可以基於自身的公有云和CDN資源延伸打造 MEC 平臺（不一定命名爲 MEC 平臺），該平臺一般與 UPF 分離部署。
在邊緣雲技術層面，該平臺雖然與網絡功能虛擬化基礎設施解決方案（NFVI）有共通之處，但其並不完全遵循 NFV 的架構和標準，而是有一套互聯網化的邊緣計算平臺。綜上所述，MEC 雲邊協同參考架構如圖1所示，分爲 4 個層面的雲邊協同。
5GC：5G 核心網
AI：人工智能
AR：增強現實
CDN：內容分發網絡
CG：計算機圖形
DT：數據服務
IaaS：基礎設施即服務
IoT：物聯網
MEC：移動邊緣計算
PaaS：平臺即服務
SD-WAN：軟件定義的廣域網
V2X：車用無線通信技術
VR：虛擬現實
圖 1 MEC 的雲邊協同參考架構
3.1 MEC 邊緣網絡服務協同
1）邊緣承載網絡協同。MEC 的邊緣資源池與中心雲資源池之間的雲邊網絡互聯，主要基於城域網/移動承載網+IP 骨幹網承載（理想的狀態是基於軟件定義網絡/NFV 實現雲、邊之間的網絡資源統一調度）。近期，雲邊網絡互聯以跨網絡隧道技術爲出發點進行構建[8]，例如以軟件定義廣域網（SD-WAN）爲代表的 Overlay 方案和 SRv6爲代表的 Underlay 方案等。
這些方案均通過雲端集中部署的SD-WAN 控制器和網絡運營管理系統實現雲邊網絡之間Overlay與Underlay連接的資源調度，滿足雲邊業務應用協同等網絡需求。
2）5G核心網網絡協同。無論MEC 與 UPF 是否物理集成部署，兩者在運營層面需要統一打造“連接+計算”的對外服務。MEC 的雲邊協同連接包括 UPF 與 5G 核心網控制面的網元，特別是會話管理功能（SMF）與網絡開放功能（NEF）之間交互。
當前，UPF 與 SMF 之間仍然是廠商私有接口。中國移動提出“OpenUPF 合作伙伴計劃”[9]，面向垂直行業場景制定標準N4接口，打造開放的行業 UPF，以更好地支持企業現場等場景的 MEC/UPF 部署。
3.2 MEC 邊緣運營管理協同
MEC 的邊緣運營管理主要包括邊緣雲資源管理、邊緣雲平臺管理、邊緣應用編排、邊緣業務運營管理，均是對邊端不同層面的集中雲端管控。狹義和廣義 MEC 的邊緣運營管理協同存在較大差異。
對於狹義 MEC，MEC/UPF 與邊緣編排和管理（MANO）實現雲邊協同管理交互。邊緣MANO 參考 NFV MANO 標準並基於邊緣特性進行定製和擴展[10]，實現雲端的應用編排和分發，並對邊端 MEC 平臺和應用實現集中化的資源管理和監控運維等。相比標準 MANO，邊緣 MANO 的主要定製化包括：
1）VIM優先採用輕量化 VIM，可與計算節點合設，以儘可能減少邊緣節點資源開銷；
2）提供單獨的移動邊緣應用編排（MEAO）系統，實現MEC應用編排。MEAO 提供全局統一的 MEC 資源管理、編排和調度，提供移動邊緣（ME）App應用軟件包管理及App生命週期管理，並可與 5G 核心網的NEF或PCF交互，實現分流規則的設置。
對於廣義MEC，基於Kubernetes 和容器提供邊緣容器集羣服務成爲主流選擇，邊緣容器集羣可以構建在輕量級Openstack 和虛機/裸金屬服務器之上。邊緣集羣形態分爲雲端管控集羣和邊緣分佈集羣兩類。
對於雲端管控集羣，Kubernetes master節點在雲端，node節點在邊緣端。雲端管控集羣適用於邊緣資源較少的情況，例如華爲 KubeEdge 以及阿里ACK Edge Kubernetes。
對於邊緣分佈集羣，kubernetes master 和 node 節點均在邊緣端，邊緣部署一個完整的 Kubernetes 簡化版本。邊緣分佈集羣中，雲端針對多集羣進行管控，適用於邊緣規模較大的情況，例如 Rancher K3S[11]。
無論是狹義還是廣義 MEC，我們都要考慮邊緣業務運營協同，包括在雲端提供邊緣應用開發測試環境（重點包括 MEC 能力的調用支持）、邊緣應用商城與鏡像倉庫、邊緣應用的安全認證、邊緣應用的能力調用計費日誌查詢等服務。在邊端，基於雲端編排調度加載邊緣應用軟件包並進行可信執行，從而對邊緣應用提供 MEC 能力和服務使用計費日誌服務。
3.3 MEC雲邊平臺服務協同
MEC雲邊平臺服務協同主要是指 MEC與公有云上的各種雲平臺服務與邊緣服務形成協同，包括爲邊緣應用提供雲端能力的調用交互，以及將雲端能力延伸下沉到邊緣雲，作爲一個服務在本地爲邊緣應用提供服務。這種本地服務可以根據場景按需部署，在雲邊協同場景中需求較多的雲邊平臺服務包括視頻類、AI 類、物聯網大數據類。
理想情況是，公有云的計算和存儲等雲計算基礎服務與 MEC 形成雲邊一體，即讓計算和數據在雲邊自由流動，雲端租戶虛擬機可以調度遷移至邊端，並基於業務需求、計算負載等實現雲邊算力的統一調度；
而云端存儲與邊端存儲可以基於策略統一調度，實現熱點數據的邊端存儲、全量數據和結構化分析數據的雲端上傳、保存等。對於狹義的 MEC，基於 NFV 的邊緣雲運營管理和公有云運營管理管理是兩套體系，雲邊協同需要兩個體系對接。
對於廣義上的 MEC，邊緣雲運營管理和公有云運營管理是一套體系，即 MEC 雲邊平臺服務協同真正形成一體，併爲上層業務應用屏蔽底層雲邊網絡與資源、能力的差異。其未來的技術發展目標是類似於無服務器（Serverless）的概念，MEC 雲邊協同爲應用提供無邊緣感知（Edgeless）平臺服務。這是狹義MEC 與廣義MEC的最大區別之一。
3.4 MEC雲邊業務應用協同
雲邊業務應用協同主要指業務應用自身的雲邊協同，具體包括業務應用部分處理任務作爲一個邊緣應用下沉到MEC；雲端業務應用從MEC邊緣雲IaaS 和 PaaS 獲取邊緣應用狀態及日誌等信息並進行集中分析，對邊緣應用實例、邊緣雲資源、邊緣平臺能力等進行策略調度。
MEC雲邊協同體系的最終是爲了支持上層業務應用實現計算的最佳分佈，MEC雲邊業務應用協同的理想狀況是雲端業務應用根據用戶請求分佈、自身算力負載以及業務需求體驗實現部分處理任務按需下沉到 MEC，對用戶終端訪問請求精準調度到MEC，並觸發邊緣雲和邊緣網絡資源的調度與保障，實現業務應用的計算效率、客戶體驗、網絡成本的最佳分佈組合。
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結束語
雲邊協同是MEC發展過程中面臨的重要問題，不同運營商有不同的選擇。
在美國，主導運營商與公有云巨頭之間開展了5G雲邊協同的合作，如Verizon與AWS的合作——AWS Wavelength平臺，它提供了5G邊緣網絡和數據中心的基礎設施服務，而兩者主要進行邊緣網絡的協同。運營商與外部公有云服務提供商之間是多雲網合作。
同時，AWS也和Vodafone、SK Telecom 和 KDDI 等其他運營商進行合作，將 Wavelength區域擴展到更多地方。與美國不同的是，中國運營商正在大力發展自有的公有云業務，MEC雲邊協同的含義非常豐富。運營商的MEC雲邊協同策略有多種選擇，如何助力運營商進行雲網融合戰略同時又能夠實現產業共贏，將是運營商5G MEC成功與否的重要衡量標準之一。
參考文獻
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http://www.etsi.org/technologies-clusters/technologies/multi-access-edge-computing.
[2] 楊鑫,趙慧玲. 多接入邊緣計算 MEC 技術及業務發展策略[J].移動通信, 2019,43(1): 29-33. DOI: CNKI:SUN:YDTX.0.2019-01-007
[3] 邊緣計算產業聯盟. 邊緣計算與雲計算的協同白皮書[R].2018
[4] 雲計算開源產業聯盟. 雲計算與邊緣計算協同九大應用場景[R].2019
[5]CNCF.KubeEdge,An open platform to enable Edge computing [EB/OL].
[2020-05-20].https://kubeedge.io/
[6] 阿里雲. ENS 邊緣節點服務[EB/OL]. [2020-05-20].
https://help.aliyun.com/document_detail/63837.html?spm=5176.cnens.0.0.21a942fb72HwGf
&aly_as=niTfaW8BM
[7] 阿里雲. 邊緣容器 ACK EdgeKubernetes [EB/OL]. [2020-05-20].
https://developer.aliyun.com/article/703032
[8] 邊緣計算產業聯盟. 運營商邊緣計算網絡白皮書[R]. 2019
[9] 中國移動研究院. 5GOpenUPF 白皮書[R]. 2020
[10] ETSI. Mobile Edge Computing (MEC);Deployment of Mobile Edge Computing in an NFV
Environment: ETSI GR MEC 017 V1.1.1 [S].2018
[11] Rancher Labs. K3S[EB/OL].[2020-05-20]. https://k3s.io/
[12]AWS.Wavelength[EB/OL].[2020-05-20].https://aws.amazon.com/cn/wavelength/
作者簡介
楊鑫，中國電信雲計算分公司技術中臺部副總經理；主要研究領域爲 5G雲化網絡、雲原生、視頻雲等技術與業務平臺；已發表論文 20餘篇，授權專利10餘項。
趙慧玲，工業和信息化部通信科學技術委員會專職常委、信息通信網絡專家組組長、中國通信學會信息通信網絡技術專業委員會主任委員、中國通信標準協會網絡與業務能力技術工作委員會主席、中國電信科技委常委兼核心網組負責人、國際標準組織 MEF 顧問董事、SDN/NFV 產業聯盟技術委員會副主任。
關於《中興通訊技術》
《中興通訊技術》是一本學術和技術相結合的公開刊物，現爲中國科技核心期刊、中國百種重點期刊。本刊聚焦通信前沿技術，探討通信市場熱點，面向高端人羣。
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