多场景MEC用户面部署与加速 赋能5G边缘云

Mec（multi-access edge computing）可以定义为部署在网络边缘的系统，通过一种或多种方式访问，为用户提供ICT业务环境和云计算能力。MEC的部署和建设正在全面展开。根据ECC（edge computing consortium）的统计数据，中国40多个城市正在实施100多个MEC项目。中兴通讯致力于运营商数字化转型的设计与建设，结合当前运营商的网络架构和5g技术的发展趋势，创新性地提出了“4C”公共边缘MEC部署与建设理念：“云”、“计算”、“连接”、“能力”。将云部署、统一运维、专有硬件、异构加速、多系统、集成接入、开放平台、生态共建等理念融入MEC部署解决方案，为MEC的部署提供了商业化的解决方案，极大地促进了运营商MEC网络的部署。本文将从MEC用户界面部署和硬件加速两个方面介绍中兴通讯的通用边缘特征方案，实现5g边缘云。

图 1  MEC网络的部署机房位置

MEC用户面临部署挑战

“超带宽”、“超多连接”、“超低延迟”的特点将开启物联网时代，新的数字服务将不断涌现，实现行业数字化、生活数字化，互联互通、数据无处不在。GSMA预测，从2018年到2025年，中国运营商将投资2000多亿美元部署新的5g网络，5g将与以云为代表的新兴技术一起形成智能基础设施，使未来的智能社会成为可能。

新网络需要支持多址、快速处理、低延迟等特点。传统的机房部署模式明显不能满足新网络的要求，核心机房的计算能力成为一种趋势。基于中心直流、区域直流和边缘直流的分层驱动直流机房布局模式已成为5g网络直流布局的主流演进模式

“超带宽”、“超多连接”、“超低延迟”的特点将开启物联网时代，新的数字服务将不断涌现，实现行业数字化、生活数字化，互联互通、数据无处不在。GSMA预测，从2018年到2025年，中国运营商将投资2000多亿美元部署新的5g网络，5g将与以云为代表的新兴技术一起形成智能基础设施，使未来的智能社会成为可能。

新网络需要支持多址、快速处理、低延迟等特点。传统的机房部署模式明显不能满足新网络的要求，核心机房的计算能力成为一种趋势。基于中心直流、区域直流和边缘直流的分层驱动直流机房布局模式已成为5g网络直流布局的主流演进模式

根据时延和计算能力的需要，可在车站机房和边缘DC部署MEC，实现B2C向B2B、b2b2x的商业模式转变，满足车辆互联网/工控、AR/VR、超高清视频、智能园区等不同领域的业务需求，智能港口、智能采矿、智能交通。如何从更广泛的意义上把MEC融入5g网络投资建设，确定MEC用户界面的最佳部署模式，使行业协调下沉，提高媒体娱乐和智慧城市产业对MEC的关注度，已成为业界普遍关注的问题。

中兴通讯MEC用户面部署方案

中兴通讯MEC用户面GW-U/UPF产品设计伊始就秉承兼容并济的设计理念，在遵循3GPP R15的标准基础上，不断扩展外延，通过全融合的UPF，不仅满足在中心DC以及区域DC的用户面部署需求，同时可以满足边缘用户面的高带宽、低时延和灵活分流的能力。

根据运营商现有网络的不同形态，中兴通讯的Common Edge网络部署方案为4G/5G网络提供了灵活的分流策略，包括4G场景下的SGW+LBO (SGW Local Break Out) ，以及 5G场景下的LADN (Local Area Data Network)、UL-CL (Uplink Classifier)、Multi-home。并针对以上不同场景，推出了一系列定制化的分流策略，满足不同垂直行业客户的定制化业务需求。

SGW+LBO方案

图 2  MEC在EPC网络中部署SGW+LBO

对于目前已经大规模商用部署的4G网络，中兴通讯创新性地提出了本地流量卸载解决方案，通过SGW-U与LBO功能合设（SGW-U功能增强），实现将SGW-U分流出的数据，卸载到运营商本地的数据网络中，将本地下行数据流封装到对应承载设备上，并以GTP-U隧道包的形式传递给SGW-U。该方式还可以通过与上级机房的CG互通，为运营商提供灵活的计费功能。中兴通讯SGW-LBO解决方案，帮助运营商充分挖掘4G网络存量价值，创造的价值增长点。

5G UPF分流方案

图 3  MEC在5G SA的部署

中兴通讯积极探索，不但推出了针对4G网络的SGW-LBO边缘计算方案，还引入了Rel-16第二阶段定义的I-SMF和I-UPF，通过ETSUN（Enhancing Topology of SMF and UPF in 5G Networks）来保障用户在大范围移动场景下的业务连续性。对于现网已经部署了UPF的5G网络场景， 可直接在边缘侧部署边缘UPF网络功能，通过运营商上级DC的SMF选择策略，选择边缘UPF。对于非本地的流量，可依靠边缘UPF通过N9发送给本地UPF，甚至是中心/核心DC的UPF

图 4  5G UPF的三种分流方式

在5G SA场景下，中兴通讯UPF可实现三种不同的分流方式：LADN、UL_CL和Multi-home。应对未来5G MEC多元化的应用场景，中兴通讯三种UPF分流方案，为运营商及第三方行业客户提供更加定制化的边缘云解决方案。

通过以上MEC的部署方案，可以使用户面下沉到靠近用户的边缘进行部署，有效降低传输时延，但如何实现更高效率的转发能力成为另一个亟待解决的难题。

MEC的用户面转发性能挑战

目前业界主流的用户面加速方案主要还是集中在软件层面，例如通过SR-IOV、DPDK、NUMA绑核、OS优化、巨页等软件技术来实现。但是随着5G网络对带宽的要求越来越高，仅靠软件加速技术难以满足5G应用的发展需要，为此中兴通讯在软件加速的基础上，在业界率先推出了基于FPGA智能网卡的硬件加速方案，满足边缘侧的高性价比的转发需求。

中兴通讯边缘UPF硬件加速方案

中兴通讯针对MEC应用场景，通过智能调度分流技术，在用户端卸载GPRS隧道协议中的用户平面部分gtpu（user plane part of GPRS Tunneling Protocol）流量，降低了CPU负载。卸载后，流量由服务器上的FPGA和智能网卡高速转发。该方法可以有效减少用户面转发处理流程，消除内存瓶颈，提高单服务器性能密度，并将转发容量提高数倍，从而完全满足MEC应用场景对高速转发的技术要求。

中兴通讯针对不同场景下MEC用户的人脸部署和软硬件加速的创新解决方案，使5g边缘云的建设成为可能，极大地推动了5g MEC的商业化部署。中兴面向边缘的UPF，秉承开放、简单、高效的设计理念，致力于为运营商打造一站式即插即用的通用边缘解决方案。中兴通讯将与更多行业合作伙伴共同探讨5g MEC建设，推动5g MEC在运营商、工业互联网、企业物联网等价值领域的规模化商用，开启5g云时代。