5G MEC边缘云组网方案与业务案例分析

1 MEC概念

MEC 边缘云（ Multi-Access Edge Cloud ）是在靠近人、物或数据源头的网络边缘侧部署云资源池和云平台，它在 5G 时代将扮演重要的角色。 MEC 边缘云的优势在于，一方面它实现了在更靠近数据源所在的本地网内运算，尽可能地不用将数据回传到云端，减少数据往返云端的等待时间和网络成本，大幅度降低了对运营商核心网和传输网的拥塞与负担，减缓网络带宽压力。另一方面， MEC 边缘云作为一个能力开放平台，不仅提供基本的云资源，同时提供丰富的平台能力。通过开放网络能力与大数据、云计算平台结合，使得第三方应用部署到网络边缘，提升用户业务体验和指标。目前 3GPP 协议在23.501和23.502中已经明确将 5G 网络支持边缘计算特性作为标准规范，未来在 5G 网络建设中，将考虑支持相关业务及设备部署。

2 运营商5G MEC边缘云组网架构

2.1 5G NSA架构下MEC边缘云组网

由于国内运营商将首先部署 5G NSA 组网，因此针对不同的组网架构需要考虑不同的 MEC 边缘云组网方案。国内运营商 NSA 架构采用 Option3 系列组网方案中的 Option3x 方案。

该系列 NSA 组网架构中，核心网采用 EPC+ ，是 4G EPC 的演进。 LTE eNB 和 5G NR 同 EPC+ 的接口为 S1 接口， S1-C 为控制面接口， S1-U 为用户面接口。所有的 Option3 系列组网方案中， S1-C 控制面信令均走 LTE eNB 锚点。根据用户面锚点的情况， Option3 中仅用 LTE eNB 作为用户面锚点， Option3a 中 LTE eNB 和 NR 均提供用户面路径到 EPC+ ，而 Option3x 用 NR 作为唯一的用户面路径。 NSA 架构下，终端通过双连接同时接入 4G 和 5G 网络。 NSA 模式下，要求 5G/4G 设备同厂商。

图1为 5G NSA Option3x MEC 边缘云组网架构， eNB 和 gNB 分别作为控制面和用户面的锚点， MEC 边缘云需要将 S1-U 和 S1-C 全部连接。 Option3x 方案中，由于 eNB 和 gNB 的建设位置很可能不是同机房部署，因此，需要新建设备连接。 Option3x 的方式施工成本最大，新增 MEC 边缘云同无线设备的连接无法避免，仅在 4G 和 5G 共 BBU 的时候可以节约建设成本。

图2展示了 5G NSA 架构下， MEC 边缘云作为独立网元同其他网元之间的连接。目前建设初期， MEC 边缘云仅处理基本的数据分流、基站信息开放等功能。

如图3、图4所示，由于 5G NSA 沿袭了 4G 的大部分 EPC 架构，导致 MEC 边缘云的部署仍然无法解决计费、合法监听等问题。解决方法是将 MEC 边缘云演进到增强型边缘云， MEC 边缘云具备处理控制面信令的能力，还支持同其他 4G 核心网网元的对接，包括 CG （ Charging GW ，计费）、 P-GW 、 LIG （ Lawful Interception Gateway ，警用监听中心）等，以实现对计费、合法监听等功能的支持。业务的支持同 4G 完全一致，通过对应的 Tracking Area 指向 MEC 边缘云，本地流量直接转发到本地应用，非本地流量则与上级机房的 PGW 通过 S5 接口对接，不需分流的业务通过 S5 接口上送，只需要对 MEC 边缘云配置好分流规则即可。计费功能：通过与上级机房的 CG 通过 Ga 接口对接，实现分流业务的计费；合法监听：通过与上级机房的 LIG 通过 Xn（X1/X2/X3） 接口对接，实现合法监听。

最后，考虑 CUPS （ Control and User Plane Separation ，控制/用户面分离）架构，将网络的控制面 CP 和用户面 UP 分离，目的是让网络用户面功能摆脱“中心化”的囚禁，使其既可灵活部署于核心网（中心数据中心），也可部署于接入网（边缘数据中心），最终实现可分布式部署。基于 CUPS 架构的 MEC 组网如图5所示。

2.2 5G SA架构下MEC边缘云组网

如图6所示，独立组网 SA 架构采用 Option 2 组网方案，核心网采用全新的 5GC ， 5G gNB 和 5GC 连接进行 5G 独立组网，终端通过切换或回落等互操作到 4G 网络。该架构使用全新的 NR 和 5GC ，能够实现全部的 5G 新特性，能够支持 5G 网络引入的所有相关新功能和新业务，适用于 5G 系统的目标架构和最终形态，适合在整个 5G 商用周期内进行部署。

在 5G SA 架构中，采用全新的 5GC 核心网， MEC 边缘云的部署同 UPF 下沉网元关系密切。由于 UPF 网元负责 5G 系统中所有用户面相关的工作，包括流量转发、计费、数据包解析等，因此通过 UPF 网元不仅可以完全实现 4G 网络中的分流功能，还能够实时对 MEC 边缘云相关业务的计费和监听，所以建议部署 MEC 边缘云的位置都配套部署 UPF 下沉网元。

在 5G 网络架构下，整个 MEC 边缘云不仅部署 MEP ，同时还部署 5G 虚拟化网元。结合 NFV 技术， MEP 以虚拟化方式部署，并集成各类平台能力。 MEP 的管理与编排网元可以跟随 MEP 部署，也可以通过集中化拉远方式在控制面统一部署。

5G SA MEC 边缘云部署与网元关系如图7所示：

3 MEC边缘云应用场景和案例分析

3.1 本地分流

目前产业界应用最为广泛的是 MEC 边缘云的分流技术，即本地分流（ LBO, Local Break Out ）。如图8所示，本地分流的作用在于流量不出园区，可以将符合分流规则的流量分流到本地网，节约了流量回传（回传网、核心网、 Internet ）造成的时延，同时也能够降低对骨干网的流量压力。

在 MEC 边缘云侧配置分流规则，通常采用 IP 五元组法和基于 DNS 域名解析的分流规则。基于 IT 五元组的分流规则： IP 地址+端口号；基于 DNS 响应的分流规则： DNS 目标域名。 MEC 对所有 eNB 覆盖区域流量进行拆包检测，符合分流规则的访问流量直接分流至本地网，不符合分流规则的按照原有路径访问 Internet 。 MEC 部署层级决定了可接入基站数和覆盖面积；可以接入基站数决定了 MEC 需要处理的流量数。 MEC 的部署位置属于串接，如果 MEC 故障，则流量完全透传，仅无法实现分流，不影响业务。

3.2 安防监控

目前安防监控领域，从部署安装角度，一般传统的监控部署采用有线方式，有线网络覆盖全部的摄像头，布线成本高，效率低，占用大量有线资源。采用 Wi-Fi 回传的方式也广泛应用，经济便捷，但是 Wi-Fi 稳定性较差，覆盖范围较小，需要补充大量 AP 点以保证覆盖和稳定性。

安防监控领域 “端-网-边”格局如图9所示。

基于上述诉求，可以将监控数据分流到边缘云业务平台，从而有效降低网络传输压力和业务端到端时延。图10为基于边缘云的边缘业务平台的 AI 视频分析系统协同架构。边缘云对 4G 摄像头采集的视频进行本地分流，降低对核心网及骨干网传输带宽资源的占用，缩短端到端时延。集中云计算中心执行AI的 Training 任务，边缘云执行 AI 的 Inference ，二者协同可实现本地决策、实时响应，可实现表情识别、行为检测、轨迹跟踪、热点管理、体态属性识别等多种本地AI典型应用。此外，有线摄像头亦可以接入边缘云智能分析平台。

3.3 工业互联网

面向工业互联网的边缘计算体系架构可以从多种角度进行描述，其中，从部署的角度看，在产线、车间和工厂内均能够部署边缘计算节点设备。这些节点设备均能够提供网络、计算、存储等 ICT 资源，但设备形态可以分为边缘控制器，边缘网关和边缘云。

中国联通联合合作伙伴，共同推出 5G+MEC 边缘云工业行业智能一体化解决方案。该解决方案在工厂园区内部搭建 LTE/5G-MEC-IoT 无线专网，实现工业园区本地分流，保证业务低时延。基于 MEC 边缘云技术，本地提供云计算能力并搭载 AI 机器视觉能力，面向制衣厂进行印花检测和布料检测。

边缘云在工业互联网智能制造中的应用如图11所示。

4 结论

作为一项新的 ICT 融合技术， MEC 边缘云可以整合电信运营商的各类资源，为 5G 时代业务的快速部署和运行提供丰富的平台能力。由本文分析可知，短期内，运营商将快速实现 5G NSA 商用，因此整体 MEC 边缘云组网架构将不发生改变，仅接入侧实现 4G 和 5G 基站多接入，但是需要考虑 MEC 边缘云设备是否有必要演进成支持计费、合法监听、 CUPS 等功能的形态。 5G SA 架构是最为理想的 MEC 边缘云组网架构， UPF 按需下沉， MEC 边缘云部署在 UPF 之后，有助于实现广覆盖和区域覆盖，分流计费等问题也将完全由UPF解决。 MEC 边缘云的商业模式比较多样化，目前应用的场景和行业也非常广泛。未来需要丰富平台能力，赋能更多场景，快速孵化解决方案和产品，实现 MEC 边缘云全产业链条的快速发展。