多接入边缘计算框架与参考架构简介

1.  引言

在2014年,欧洲电信标准化协会(European Telecommunications Standards Institute, ETSI)将边缘计算与移动通信网络融合,提出了移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)的概念,其中,“M”代表英文单词“Mobile”,MEC特指移动通信网络中的边缘计算。MEC将原本位于云数据中心的服务和功能“下沉”到移动通信网络的边缘,通过在移动通信网络边缘部署计算、存储、网络和通信等资源,不仅减少了核心网络操作,还降低了服务交付时延,提升用户服务体验。同时,大幅增长的网络数据增加了回传链路和核心网链路的负载,MEC在移动通信网络边缘部署服务器后,可以在边缘对用户请求进行响应,降低了对回传网的带宽要求。随着用户接入方式的多样化,ETSI将“M”的定义扩展为“Multi-access”,旨在将边缘计算拓展到Wi-Fi等非3GPP接入场景中,MEC的定义逐渐过渡为“多接入边缘计算”(Multi-access Edge Computing, MEC)。本文将对多接入边缘计算的框架和参考架构进行详细介绍[1]

2.  多接入边缘计算框架

在多接入边缘计算系统中,MEC应用程序以纯软件实体形式运行在靠近网络边缘的虚拟化基础设施上。多接入边缘计算框架展示了系统所包含的各类实体,这些实体可被划分为System、Host和Networks三种级别。

如图 2‑1所示,多接入边缘计算框架主要包含以下实体(按自底向上顺序排列):

  • Networks级实体,如3GPP网络、局域网等。
  • MEC host,包括
    • 虚拟化基础设施;
    • MEC平台;
    • MEC应用;
  • MEC Host级管理;
  • MEC System级管理;

我们将在下一章节结合参考架构详细介绍上述实体的功能。

2‑1 多接入边缘计算框架

3.  多接入边缘计算通用参考架构

如图 3‑1所示,该通用参考架构展示了多接入边缘计算系统的功能模块以及模块间的参考点。其中,功能模块间的参考点可分为以下三类:

  1. Mp:与MEC平台功能相关的参考点;
  2. Mm:管理参考点;
  3. Mx:连接外部实体的参考点。
3‑1 多接入边缘计算系统参考架构

结合上述参考架构,我们自底向上逐一介绍各模块承载的具体功能。在图 2‑1中,由于Networks级实体主要涉及无线通信接入网相关领域知识,本文将不做重点介绍。

  • MEC Host:MEC Host主要由MEC平台和虚拟化基础设施构成,其中虚拟化基础设施提供计算、存储和网络资源,用于支撑MEC应用运行。
  • MEC 平台:MEC平台是一系列基本功能的集合,用于支撑MEC应用在虚拟化基础设施上运行并对外提供MEC服务。MEC平台也可以提供服务。
  • MEC应用:经MEC System级或Host级管理配置后,MEC应用以实例化形式运行在MEC Host的虚拟化基础设施上。

MEC管理包括MEC System级管理和MEC Host级管理。

  • MEC Host级管理:MEC Host级管理由MEC平台管理器和虚拟化基础设施管理器构成,用于管理MEC平台提供的基本功能和运行在虚拟化基础设施上的MEC应用。
  • MEC System级管理:作为MEC System级管理的核心组件,多接入边缘编排器(Multi-access Edge Orchestrator)能够收集整个MEC系统的状态信息。

4.  基于NFV的通用参考架构变体

网络功能虚拟化(Network Function Virtualization, NFV)通过x86等通用硬件以及虚拟化技术来承载网络功能的软件化处理,并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等[2]。通过软硬件解耦以及功能抽象,使网络设备功能不再依赖于专用硬件,从而降低了高昂的硬件设备成本,使得资源可以充分灵活共享并实现新业务的快速开发和部署。

4‑1 基于NFV的多接入边缘计算系统参考架构变体

图 4‑1是部署在NFV环境中的多接入边缘计算系统的通用参考架构变体,在通用参考架构基础上,该变体做了以下改进:

  • 虚拟化基础设施被部署为NFVI(Network Function Virtualization Infrastructure,网络功能虚拟化基础设施),并由VIM(Virtualization Infrastructure Manager,虚拟化基础设施管理)进行管理。
  • MEC平台和应用都被部署为VNF(Virtualized Network Function,虚拟化网络功能)。
  • MEC平台管理被MEC platform manager-NFV取代。
  • 多接入边缘编排器被MEC应用编排器取代,其中MEC应用编排器依赖于NFVO(Network Function Virtualization Orchestrator,网络功能虚拟化编排器)。

5.  总结

随着用户接入网络的方式不断发展,边缘计算不再局限于移动通信网络,在多种接入网的边缘处部署计算、存储、网络和通信资源成为边缘计算发展的新方向。本文根据ETSI制定的标准,介绍了多接入边缘计算的框架、参考架构及其在NFV环境中的变体,旨在引导读者进一步探索边缘计算的运行模式和原理,并在此基础上开展科学研究或工业实践。

参考文献

[1] ETSI GS MEC 003 V2.1.1, Multi-access Edge Computing (MEC); Framework and Reference Architecture

[2] NFV基本概述,https://blog.csdn.net/qq_38265137/java/article/details/80503533

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