为什么5G需要边缘计算？

本文来自微信公众号：无线深海（ID：wuxian_shenhai），作者：蜉蝣采采，题图来自：视觉中国

边缘计算，从4G时代已经开始萌芽，到了5G时代，它完全融入了网络的基础架构，成为了不折不扣的标配，甚至是业务扩展的利器。

那么到底什么是边缘计算呢？本文将要探讨这个问题。

为什么需要边缘计算？

说到“边缘”二字，跟“中央”的意思相反，暗含着“等级低”“不重要”“靠边站”的意味。既然如此，大搞“中央计算”就行了，还研究什么“边缘计算”？

其实，在信息网络中，“中央”和“边缘”的地位跟我们直观的认知是相反的。中央存在的价值，就是更好地为边缘服务。

从上图可以看出，网络的中央节点是由接入，承载，交换等复杂架构以及各种服务器组成的一朵云，它存在的价值，就是为了满足网络边缘处不同终端形形色色的需求：个人通信，游戏娱乐，智能家居，工业控制等等。

技术的发展，就是在人类这些不断膨胀的需求所驱动之下完成的。

5G的三大应用场景，正是这些需求的总结：增强型移动宽带（eMBB）针对高清视频等系列应用，大规模机器类型通信（mMTC）针对像智慧城市这样的海量物联网系列应用，超高可靠性低延时通信（uRLLC）则针对像工业控制或者远程驾驶之类的专业领域应用。

这些应用要求大带宽，低时延，高算力，个个实现起来都不简单。

一个最行之有效的方法就是缩短数据传输的距离，把提供服务的节点从中央下放到网络边缘，离用户更近。这样一来，无论是带宽，时延，还是算力，解决起来就容易了许多。

这样的解决方案就叫做“边缘计算”。

边缘计算最常用的比喻就是章鱼的神经系统。它的大脑作为中央节点只处理40%的信息，主要负责总体协同，剩余的60%的信息则由8条触手（相当于边缘节点）就近处理。

也就是说，章鱼可以使用“腿”来思考，并就地解决问题！这种灵活高效的信息处理方式，成就了这种无脊椎动物的智力巅峰。

边缘计算，可以说承载了5G时代万物互联的梦想。

什么是MEC？

我们平时使用的4G和5G都属于移动通信，在移动网络下的边缘计算，也就理所当然地被称作“移动边缘计算（Mobile Edge Computing）”，缩写作MEC。

MEC的概念最早源于卡内基梅隆大学在2009年所研发的一个叫做Cloudlet的计算平台。这个平台将云服务器上的功能下放到边缘服务器，以减少带宽和时延，又被称为“小朵云”。

2014年，欧洲电信标准协会（ETSI）正式定义了MEC的基本概念并成立了MEC规范工作组，开始启动相关标准化工作。

2016年，ETSI把MEC的概念扩展为Muti-access Edge Computing，意为“多接入边缘计算”，并将移动蜂窝网络中的边缘计算应用推广至像Wi-Fi这样的其他无线接入方式。

在ETSI的推动下 ，3GPP以及其他标准化组织也相继投入到了MEC的标准研究工作中。目前，MEC已经发展演进为5G移动通信系统的重要技术之一。

要理解MEC，首先需要了解MEC中涉及到的4个基本概念：云，边，网，端。

云，边，网，端，形成了一个协同的有机整体

云：云计算以及用以支撑云计算的基础设施及资源，也被称作云端，是提供服务的中心节点。

边：边缘，也就是边缘计算节点，本文的主角，离终端最近的服务节点。

网：云端和边缘，以及边缘和用户之间的网络，默默无闻但非常重要的底层工作者。

端：也就是终端，是云，边，网服务的对象，包含手机，平板，电视等一切可以联网的设备，其位置在网络的最外围，是各种数据的消费者，也成了内容的生产者（如短视频，直播等）。

如果还用章鱼来比喻的话，“云”就像大脑，“边”就像触手，“网”就像连接大脑和触手的肌肉，“端”则就是章鱼要捕获的食物。云边网端协同，构成了MEC系统的有机体，让信息更快更好地得以流动。

怎样部署MEC？

目前在市场上，5G时代的MEC玩家主要有两类：互联网厂家，电信运营商。它们手中的资源不同，推出的边缘计算方案自然也有差异。

首先我们来看看ETSI定义的5G和MEC融合架构。

5G核心网最关键的网元：UPF（User Plane Function，用户面功能），是连接5G核心网和MEC的纽带，可提供数据分流及流量统计等功能。

如上图所示，左侧是5G网络，包含核心网（含AMF，SMF，PCF等一系列控制面网元，以及用户面网元UPF），接入网（RAN）以及终端（UE）。右侧则是MEC，包含MEC平台，管理编排域，以及多个提供服务的APP。

5G网络和MEC之间的结合点就是UPF。这个网元的全称是User Plane Function，顾名思义，就是处理核心网用户面功能的。所有的数据，必须经过UPF转发，才能流向外部网络。

也就是说，负责边缘计算的MEC设备，必须连接在5G核心网的UPF这个网元之后。

5G的核心网设计是十分灵活的，为了减少数据传输的迂回，UPF的部署位置也一般比控制面网元要靠下，这就叫做UPF下沉。

举例来说，中国移动的核心网在全国分为8个大区，每个大区管理数个省份，但在这些大区的机房中只部署有控制面网元，UPF则下沉到省中心，乃至地市，区县，方便实现本地数据本地消化。

这样的架构，就为MEC的贴近网络边缘部署提供了条件。

对于运营商来说，整个网络都是他们的，因此部署MEC的位置非常灵活，在边缘UPF的基础上增加MEC的功能，形成边缘一体化增强型UPF是最简洁的方案。

根据服务区域的大小和个性化需求，MEC可以跟核心网位于同一数据中心（下图中的4），还可以跟下沉的UPF一起位于汇聚节点（下图中的3），也可以和UPF一起集成在某个传输节点（下图中的2），甚至还能跟基站融合到一起（下图中的1），离用户近在咫尺。

1. MEC，UPF和基站融合到一起。

2. MEC跟下沉的UPF一起集成在某个传输节点。

3. MEC跟下沉的UPF一起位于汇聚节点。

4. MEC跟核心网部署于于同一数据中心。

对于互联网厂家来说，虽然也在积极推进边缘计算，但由于它们手中没有网络，只能通过和运营商的UPF对接这样的方式来支持MEC。

如下图所示，互联网厂家的边缘计算平台需要和各个运营商的UPF对接，通过UPF再连接到不同运营商的基站，从而把服务送达每个用户。

互联网厂家的边缘计算平台需要和运营商的UPF对接，把运营商的网络作为传输管道

因此可以这么说，互联网厂家“云”的能力较强，它们通过把能力从“云”向“网”拓展来支持“边”（MEC）；而运营商对“网”是全面掌控的，从而支持“边”是顺理成章的事情，但它们需要增强“云”的能力。

在MEC的支持下，云端算力下沉，终端算力上移，从而在边缘计算节点形成兼顾时延，成本和算力的汇聚点，这就是MEC存在的核心价值。

并且，在工业园区的网络还存在数据安全，以及内网访问的需求，MEC可以作为运营商和企业内网之间的桥梁，实现内网数据不出园区，本地流量本地消化的好处。

MEC和UPF联合起来可以进行灵活的数据分流，内网数据直接走内网通道，私密数据不出园区；外网数据也可直通互联网，并行不悖，两不耽误。

在5G时代，以行业应用为中心的2B业务，以及增强的2C业务都对网络提出的更高的要求，高带宽，低时延，高算力的需求不断激发着MEC更快地发展。

MEC，这棵在4G时代萌芽的幼苗，在5G时代的3大场景都被寄予厚望。如此根正苗红的种子选手，必将在不远的将来时代长为参天大树，全面赋能5G网络。

本文来自微信公众号：无线深海（ID：wuxian_shenhai），作者：蜉蝣采采

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