1、 5G MEC IP 网络白皮书 前言 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 ii 前言前言 全球已经掀起行业数字化转型的浪潮，数字化是基础，网络化是支撑，智能化是目 标。智能技术已经率先在制造、电力、交通、医疗、农业等行业开始应用，行业智能 时代已经来临。 边缘计算（MEC）是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应 用核心能力的分布式开放平台（架构） ，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏 捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。预测 到 2022 年，超过 50%的企业生成数据将在数据中心或云之外的边缘进行

2、创建和处理。 5G 为边缘计算产业的落地和发展提供了良好的网络基础，主要体现在三大场景 （eMBB， uRLLC 和 mMTC）的支持、核心网用户面功能的灵活部署以及 5G 网络能 力开放等方面。 “5G + MEC + AI” 是 5G 在网络边缘更好使能各行各业的关键；是运营商助力垂直行 业数字化和智能化的新模式；是运营商进入垂直行业的触点和重点场景；也是 5G 应用 是否成功的一个重要标志。 5G MEC 将云计算和 5G 核心网带到网络边缘，带来了新的流量模型和部署模型。如果 运营商还继续采用 4G 移动承载网的设计思路，在 5G 时代，运营商网络将面临边缘计 算的困局。如何破局，建设

3、一个“5G MEC Ready”的网络？是运营商网络规划必须解 决的一个问题。 本文深入分析了 5G MEC 给网络带来的四大新挑战，提出了 5G MEC 网络规划的六大 关键点和建议，以及网络参考模型。 5G MEC IP 网络白皮书 目 录 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 iii 目目 录录 前言前言 . ii 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 . 1 1.1 行业智能时代的边缘计算 . 1 1.2 边缘计算的设备形态和价值 . 1 1.2.1 边缘计算的设备形态 . 1 1.2.2 边缘计算的 CROSS 价值

4、和特性 . 2 1.3 MEC 是运营商进入垂直行业的新触点和重点场景 . 3 2 运营商网络的边缘计算困局运营商网络的边缘计算困局 . 6 2.1 5G MEC 网络不是 4G 网络的简单升级 . 6 2.2 5G MEC 网络的四大新挑战 . 7 2.2.1 现场 MEC 新场景 . 7 2.2.2 5G 核心网下移 . 8 2.2.3 云边协同通信 . 9 2.2.4 MEC 的无缝 FMC 业务 . 10 3 运营商网络的边缘计算破局关键点运营商网络的边缘计算破局关键点 . 12 3.1 ECNI 的边缘计算网络模型 . 12 3.2 运营商网络的边缘计算破局关键点 . 13 3.2.

5、1 ECA：最短路径 . 13 3.2.2 ECA 和 ECI：低延迟切片 . 14 3.2.3 ECI：灵活多点通信 . 15 3.2.4 ECN：集成网络架构 . 16 3.2.5 运营商网和企业网：MEC 安全和互通 . 17 3.2.6 网络支持云边协同 . 18 3.3 5G MEC 网络规划建议和网络架构参考模型 . 19 4 结束语结束语 . 22 A 缩略语表缩略语表 . 23 B 参考文献参考文献 . 26 5G MEC IP 网络白皮书 插图目录 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 iv 插图目录插图目录 图 1-1 边缘计算的三种落地形态

6、 . 2 图 1-2 5G 核心网架构：CUPS 和层次化 UPF . 4 图 1-3 现场 MEC：5G 应用的新场景 . 5 图 2-1 4G 核心网集中式部署和 5G MEC 的 UPF 分布式部署 . 7 图 2-2 大型企业的现场 MEC 场景 . 8 图 2-3 5G MEC 的核心网网元间接口 . 9 图 2-4 5G MEC 的边云协同和边边协同通信 . 10 图 2-5 MEC 的 FMC 业务 . 11 图 3-1 ECNI 的边缘计算网络抽象模型 . 13 图 3-2 MEC 需要无绕行，低延迟接入网 . 14 图 3-3 ECA 和 ECI 的低延迟切片 . 14 图

7、3-4 ECI 的多点通信网络 . 15 图 3-5 ECN 参考模型 . 16 图 3-6 运营商和企业网在 MEC 上的安全互通 . 18 图 3-7 网络支持业务自动部署和云边协同的参考模型 . 19 图 3-8 MEC 视角的运营商网络架构参考模型 . 20 图 4-1 5G MEC 对运营商网络的四大挑战和六大关键 . 22 5G MEC IP 网络白皮书 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 1 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 1.1 行业智能时代的边缘计算 全球已经掀

8、起行业数字化转型的浪潮，数字化是基础，网络化是支撑，智能化是目 标。通过对人、物、环境、过程等对象进行数字化产生数据，通过网络化实现数据的 价值流动，以数据为生产要素，通过智能化为各行业创造经济和社会价值。智能化是 以数据的智能分析为基础，从而实现智能决策和智能操作，并通过闭环实现业务流程 的持续智能优化。 以大数据、机器学习、深度学习为代表的智能技术已经在语音识别、图像识别、用户 画像等方面得到应用，在算法、模型、架构等方面取得了较大的进展。智能技术已经 率先在制造、电力、交通、医疗、农业等行业开始应用，行业智能时代已经来临。 边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、

9、应用核心能 力的分布式开放平台（架构） ，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷联接、 实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。它可以作为联 接物理和数字世界的桥梁，使能智能资产、智能网关、智能系统和智能服务。 边缘计算被认为是 5G 与工业互联网、物联网等系统的重要结合点，有望带来更多的 颠覆性业务模式。预计到 2022 年，超过 50%的企业生成数据将在数据中心或云之外进 行创建和处理，20%的新工业控制系统将拥有分析和 AI 边缘推理能力，至少 50%的高 端工业物联网网关将提供可选的 5G 模块。欧洲电信标准研究所（ETSI）在 2014 年成 立 MEC 工

10、业专业组，关注运营商边缘计算的标准和工业使能，并且在 2016 年，将 MEC 的定义从移动边缘计算（Mobile Edge Computing）改为外延更广的多接入边缘计 算（Multi-Access Edge Computing） ；在运营商领域，MEC 一般被用来指代边缘计算系 统。在 5G 时代，MEC 是运营商助力垂直行业数字化和智能化的新应用模式。 1.2 边缘计算的设备形态和价值 1.2.1 边缘计算的设备形态 边缘计算的业务本质是云计算在数据中心之外边缘节点的延伸和演进，以“边云协 同”和“边缘智能”为核心能力发展方向；软件平台需要考虑导入云理念、云架构、 云技术，提供端到端实

11、时和协同式智能、可信赖、可动态重置等能力；硬件平台需要 考虑异构计算能力，如鲲鹏、昇腾、ARM、X86、GPU、NPU、FPGA 等。 5G MEC IP 网络白皮书 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 2 边缘计算产业联盟（ECC）1将边缘计算系统的落地形态归纳为以下三种：云边缘，边 缘云，边缘网关（见图 1-1） ： 云边缘：云边缘形态的边缘计算，是云服务在边缘侧的延伸，逻辑上仍是云服 务，主要的能力提供依赖于云服务或需要与云服务紧密协同。主要应用在公有云 场景，如华为云提供的 IEF 解决方案、AWS 提供的 Gr

12、eengrass 解决方案等均属 于此类。 边缘云：边缘云形态的边缘计算，是在边缘侧构建中小规模云服务能力，边缘服 务能力主要由边缘云提供；边缘云的管理调度能力由部署在中心云的系统完成。 如运营商 MEC、CDN 等均属于此类。 边缘网关：边缘网关形态的边缘计算，以云化技术与能力重构原有嵌入式网关系 统，边缘网关在边缘侧提供协议/接口转换、边缘计算等能力，部署在云侧的控制 器提供边缘节点的资源调度、应用管理与业务编排等能力。边缘网关主要应用在 工业联网和车联网等场景中。 图1-1 边缘计算的三种落地形态 1.2.2 边缘计算的 CROSS 价值和特性 联接的海量(Connection) 网络是

13、系统互联与数据采集传输的基石。伴随联接设备数量的剧增，网络灵活扩 展、低成本运维和可靠性保障面临巨大挑战。 业务的实时性 (Real-time) 工业系统检测、控制、执行，新兴的 VR/AR 等应用的实时性高，部分场景实时性 要求在 10ms 以内甚至更低，如果数据分析和处理全部在云端实现，难以满足业务 的实时性要求，严重影响终端客户的业务体验。 数据的优化 (Optimization) 5G MEC IP 网络白皮书 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 3 当前工业现场与物联网末端存在大量的多样化异构数据，需要通过数据

14、优化实现 数据的聚合、数据的统一呈现与开放，以灵活高效地服务于边缘应用的智能。 应用的智能性 (Smart) 业务流程优化、运维自动化与业务创新驱动应用走向智能，边缘侧智能能够带来 显著的效率与成本优势。 安全与隐私保护 (Security) 安全跨越云计算和边缘计算之间的纵深，需要实施端到端防护。网络边缘侧由于 更贴近万物互联的设备，访问控制与威胁防护的广度和难度因此大幅提升。边缘 侧安全主要包含设备安全、网络安全、数据安全与应用安全。此外，关键数据的 完整性、保密性，大量生产或人身隐私数据的保护也是安全领域需要重点关注的 内容。 1.3 MEC 是运营商进入垂直行业的新触点和重点场景 ME

15、C 使能运营商在网络边缘分流业务，通过端到端整体方案为客户提供更低时延、更 高带宽、更低成本的业务体验，快速响应用户请求并提升服务质量。MEC 使运营商能 更加贴近用户提供高质量的服务，甚至深入到企业园区里面，进一步促进运营商通信 网络和企业业务的深度融合，提升网络的价值。 5G 为边缘计算产业的落地和发展提供了良好的网络基础，主要体现在三大场景的支 持、用户面功能的灵活部署以及网络能力开放等方面。 5G 三大典型场景都与边缘计算密切相关。uRLLC 超高可靠低时延、eMBB（特别是 超级上行技术） 增强移动带宽以及 mMTC 海量机器类通信，可以分别支持不同需求 的边缘计算场景。例如，对于时

16、延要求极高的工业控制，对于带宽要求较高的 AR/VR、直播，对于海量连接需求高的 IoT 设备接入等新兴业务。此外，对于移动业 务的连续性要求，5G 网络引入了三种业务与会话连续性模式来保证用户的体验，例如 车联网等。 5G 用户面 UPF（User Plane Function）的 下沉和灵活部署实现了数据流量本地卸载。 可以将边缘计算节点灵活部署在不同的网络位置来满足对时延、带宽有不同需求的边 缘计算业务。5G 核心网采用控制面（SMF：Session Management Function）和用户面 UPF 分离的 CUPS（Control and User Plane Separati

17、on ）架构2；即 5G 控制面集中部 署，一个控制面（SMF）可以同时管理很多个 UPF 而不影响 5G 核心网的性能；5G 用 户面分散部署，UPF 可以按需灵活分布部署，部署到网络边缘支持边缘计算。 另外， 不同于 4G 核心网，5G 核心网的用户面 UPF 可以分层部署， UPF 节点具备基于流的 分层路由能力；在用户面可以按需动态地插入 UL CL(Uplink Classifier)进行业务分流处 理，业务流量被本地分流或被导送到锚点 UPF，UE 并不感知业务分流。部署在边缘的 UPF 可以是一个轻型和专业的 UPF。 如图 1-2 所示，CUPS 和 UPF 分层架构为 5G

18、支 持边缘计算带来了灵活性和强大的通信能力支持，UE 的不同业务，可以引导到本地 UPF（比如企业应用） ，或直接引导到锚点 UPF（普通的上网业务） ，中间可以动态插 入 UL CL 进行按需动态分流。因此，在企业园区里面的基站，是可以同时支持本地企 业应用和个人普通上网应用。 5G MEC IP 网络白皮书 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 4 图1-2 5G 核心网架构：CUPS 和层次化UPF 5G 支持将网络能力开放给边缘应用。无线网络信息服务、位置服务、QoS 服务等网 络能力，可以封装成边缘计算 PaaS

19、 平台的 API，开放给应用。 5G 与边缘计算结合，是运营商使能边缘计算的新核心竞争力和最大独特优势。同时， 边缘计算也成为 5G 服务垂直行业，充分发挥 5G 新网络特性的重要利器之一。 具体而言，5G 新架构功能特性结合边缘计算，给运营商使能企业数字化和智能化应用 带来了以下新优势： 1. 核心网 UPF 下移到企业园区（现场 MEC 场景，一般是面向大型企业，图 1-3）， 可以保证关键业务数据不出园区，更易提供低延迟承载方案；运营商可以为每个 用户配置单独的 UPF，给企业用户定制 5G 服务。 2. 运营商以 API 模式开放的 5G 通信服务可编程能力（如定位，无线通信能力，带

20、宽管理等），可以集成到企业生产业务系统中，企业可以定制自己的 5G 创新应 用。 3. 下沉的 5G MEC 系统和企业网直接互联互通，使分布在企业和运营商两个网络系 统上的业务系统可以实时地集成拉通，加上 5G 新的面向行业应用的通信功能（低 延迟 uRLLC、物联网 mMTC、无线超级上行和业务连续性等），各行业可以做出 很多创新应用。 5G MEC IP 网络白皮书 1 边缘计算助力垂直行业数字化和智能化 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 5 图1-3 现场MEC：5G 应用的新场景 5G MEC 给运营商进入垂直行业带来了新的业务场景和商业模式。 运

21、营商一般是用代 建代维方式，将 5G MEC 部署到企业园区，提供边缘云计算服务，包括 IaaS， PaaS （即 MEP 平台） ，以及 SaaS（结合运营商的云计算服务）等更多的增值服务，收益从 管道转向软件和服务。 这样，运营商能深入垂直行业的 ICT 系统及应用领域，更好地 为企业数字化、网络化和智能化提供全套的 ICT 服务和云计算应用，提供的业务比传 统的企业专线业务，更深入全面和有客户粘性。 这就是为什么运营商都在积极拓展 5G MEC 企业业务的原因，得 5G MEC 服务者得企业客户。 5G MEC IP 网络白皮书 2 运营商网络的边缘计算困局 文档版本 01 (2020-

22、04-29) 版权所有 华为技术有限公司 6 2 运营商网络的边缘计算困局运营商网络的边缘计算困局 2.1 5G MEC 网络不是 4G 网络的简单升级 4G 核心网是集中部署模式，一般是一个省（或大区）部署一个 4G 核心网，所以 4G 承载网的流量模型是南北向为主，运营商倾向于采用比较简单的接入网设计，如很多 运营商采用 L2（VPN）+L3（VPN）组网模式，即接入网采用相对简单的 L2 VPN 网 络。 5G 核心网是 CUPS 架构，控制面集中部署，一般是一个省或一个大区部署一个，而 UPF 是分布式部署的，一般一个城市会部署一个锚点 UPF（Anchor UPF）和很多 MEC U

23、PF。5G MEC 可以部署在运营商的边缘机房或企业园区的企业机房中（参见图 2- 1） 。 5G UPF 在移动承载网上的分布式部署，改变了 4G 时代承载网的数据模型和承载 方式；在 4G 时代，这些无线核心网流量是在 IP 骨干网上而不是在移动承载网上来承 载的。而且 5G MEC 经常连接到接入网（如现场 MEC） ，增加了对 5G 移动承载网接入 网的功能要求，具体的 UPF 业务流需求分析详见 2.2.2 5G 核心网下移。5G MEC 网络 需要一个功能更强大、支持企业业务的网络架构和方案，不能是 4G 现有移动承载网架 构的简单带宽升级。 5G MEC IP 网络白皮书 2 运

24、营商网络的边缘计算困局 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 7 图2-1 4G 核心网集中式部署和5G MEC 的UPF分布式部署 2.2 5G MEC 网络的四大新挑战 5G MEC 带来了新的应用场景和通信需求。5G 时代，运营商网络的边缘计算困局主要 来自以下四大新挑战。 2.2.1 现场 MEC 新场景 现场 MEC（部署在企业园区）是 5G MEC 带来的一个新应用场景，如图 2-2 所示，5G MEC 位于企业园区机房里面，一般为运营商代建和代维。 企业借助 5G MEC 系统进 行生产控制、远程监控、物流管理和智慧安防等生产活动。 很多生产业务对

25、延迟有严 格要求，如远程塔吊控制信息流的端到端延迟要小于 18ms，即生产设备（塔吊等）通 过无线基站，IP RAN 网络，5G MEC 系统到企业应用系统（远程控制）的端到端通信 要保证低延迟。对运营商网络的要求是，企业园区内的 5G 基站和 5G MEC 系统之间 的网络，以及 5G MEC 到企业网的连接都要保证低时延。 5G MEC IP 网络白皮书 2 运营商网络的边缘计算困局 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 8 图2-2 大型企业的现场MEC 场景 另外，由于数据安全原因，企业重要业务数据要求不能出园区，在 MEC 项目试点中， 绝大多数企业都

26、对运营商提出了这个要求。 现场 MEC 场景对运营商的接入网提出了新的挑战，需要接入网提供低延迟 SLA 保证 和数据不出园区。 2.2.2 5G 核心网下移 UPF 随 MEC 下移，带动 UPF 相关业务端口下移（如 N4，N6，N9, 5GC OAM 等接 口）到 5G 移动承载网。如图 2-3 所示， MEC 中的 UPF，需要通过 N4 控制接口从 5GC 的 SMF 接受控制信息，通过 OAM 接口接受管理信息；N9 是 UPF 和 UPF 间的数 据接口，可以是 MEC UPF 到锚点 UPF 的数据接口，也可以是 MEC UPF 间的数据接 口；N6 是 UPF 的 Inter

27、net 数据出口，UPF 到企业网或 MEC 内应用的数据都是从 N6 出来的，UPF 到 Internet 的数据一般都是汇聚到一个统一出口，经过防火墙，传输到 Internet 网；MEC 间业务数据流，可以通过 N6 或 N9 接口互通，通过 N6 接口意味着 是本地 MEC 的 UPF 和对方 MEC 的应用层互通，通过 N9 接口意味着是本地 MEC 的 UPF 和对方 MEC 的 UPF 互通。 5G MEC IP 网络白皮书 2 运营商网络的边缘计算困局 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 9 图2-3 5G MEC 的核心网网元间接口 4G 核

28、心网是集中部署在省或国家骨干网上，4G 核心网网元间接口是由骨干网提供 VPN 来互通的，和 4G 移动承载网（IP RAN）没有关系。5G UPF 业务接口对外可靠通 信是 5G MEC 对移动承载网（IP RAN）的新要求。有些运营商采用 5GC 控制面集中 到大区域的部署方案，这导致一些业务接口（如 N4 和 5GC OAM 接口）通信需要跨越 移动承载网和骨干网两个网段。 由于 UPF 的大量分布式部署，以及 UPF 业务接口互通关系的复杂性，增加了 5G 移动 承载网的业务流量模型复杂度和多点通信的网络覆盖范围（基本上是全网范围） ，在 4G 时代的 L2+L3 网络设计是在汇聚层以

29、上提供多点通信能力的。同时，一些业务接口 有传输延迟要求，如 N6，N9 这样的数据接口， 这需要承载网提供 SLA 保证。 5G 核心网下移使无线核心网承载从骨干网延伸到移动承载网，对运营商 5G MEC 移动 承载网络提出了支持复杂多点通信和 SLA 保证的新挑战。 2.2.3 云边协同通信 5G MEC 包括下沉的 5G 核心网网元 UPF，和（云）计算应用。5G MEC 的 UPF 需要 和中心云里 5G 核心网的控制面和管理应用系统通信，如上节所述。部署在 5G MEC 中的应用，有的可能是中心云应用（运营商中心云，OTT 中心云等）的一部分，有的 可能需要和企业应用系统（云）或其它

30、 MEC 应用系统（云）协作，来完成一个完整的 5G MEC IP 网络白皮书 2 运营商网络的边缘计算困局 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 10 业务应用。这些通信连接有可能是按需实时建立，有些有 SLA 保证要求。 （参见图 2- 4） 图2-4 5G MEC 的边云协同和边边协同通信 这些通信需求是 5G MEC 下移带来的新需求，这对运营商网络提出支持边云协同和边 边协同通信的新挑战。 2.2.4 MEC 的无缝 FMC 业务 MEC 连接设备和应用系统的接入方式是多样的，可以是 5G 接入，也可以是固网接入 （包括 xPON，专线，WiFi 等）

31、 ，通信目标是连接所有相关应用部件，共同提供一个完 整的 MEC 应用，即提供无缝的 FMC（固移融合）业务应用。 （见图 2-5） 5G MEC IP 网络白皮书 2 运营商网络的边缘计算困局 文档版本 01 (2020-04-29) 版权所有 华为技术有限公司 11 图2-5 MEC 的 FMC 业务 这样，MEC 的接入网就可能包括移动承载网和固定承载网，需要连接两个城域网网络 平面。同时，MEC 和中心云（5GC，运营商云，第三方云）及相关业务云（可能部署 在固网 MAN 上）间的通信，有些会通过移动承载网，有些会通过固定承载网。MEC 网络不局限于移动承载网，MEC 网络连接可能会涉及移动承载和固网承载两个城域网 平面，以及 IP 骨干网。 MEC 对网络提出了 FMC 通信新挑战，特别对于拥有移动承载城域网和固定承载城域 网双平面的运营商，在网络架构和网络互通方面都提出了新挑战。中国三大运营商都 有两个城域网平面。 5G MEC IP 网络白皮书 3 运营商网络的边缘计算破局关键点 文档版本 01 (2020-04-29) 版权