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本文主要讲解了 MEC的需求分析、MEC对工业的价值、MEC平台架构、MEC建设部署策略、工业企业与MEC的适配等内容。
本文来自于百家号，由火龙果软件Anna编辑推荐。 |
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5G网络的建设可以为工业类设备、终端提供更高速率和更低时延的网络接入能力，协同制造平台的建设，可以为工业企业提供基础的平台软件能力、研发设计协同能力、数据采集能力，而基础共性能力（边缘计算能力、大数据分析能力、AI能力）的建设有利于协同制造平台在边缘或则云端实现快速部署，并借助公共组件能力实现对AI等新技术的使用，降低企业开发成本。
多接入边缘计算技术通过将计算存储能力与业务服务能力向网络边缘迁移，使应用、服务和内容可以实现本地化、近距离、分布式部署，从而一定程度解决了5G
eMBB、uRLLC、以及mMTC等技术场景的业务需求。同时MEC通过充分挖掘移动网络数据和信息，实现移动网络上下文信息的感知和分析并开放给第三方业务应用，有效提升了移动网络的智能化水平，促进网络和业务的深度融合。
（一）MEC的需求分析
通过对2019年第二届“绽放杯”之智慧工业101个工业案例的分析，从5G及典型技术角度统计分析，边缘计算MEC出现频度最高，达到34次（次数占比达到25%），AI技术出现频度达到21次，大数据技术出现频度16次，而作为5G典型特性之一的网络切片技术出现频度2次。通过分析说明工业企业对5G网络的边缘计算需求较为强烈，5G用户面下沉的网络架构决定其边缘计算能力可以部署于企业园区，可以满足工业企业数据不出工厂的需求。
基于ETSI对MEC典型业务场景定义，MEC能力主要包含以下三个：
近距离：本地化（分流）、低时延，就近接入合作伙伴网络，或就近提供服务，满足低时延、高带宽的业务需求；
云服务：包括云计算能力、云存储能力等；
感知能力：业务感知、网络感知、位置感知、用户感知。
根据业务场景和MEC可以提供的能力，分析如下：
（二）MEC对工业的价值
从工业上云或基础平台能力的角度，MEC可以可以为企业提供数据本地化的基础，满足企业各类制造设备数据、视频监控数据、工业视觉数据、虚拟局域网数据等在本地化部署，能够实现弹性的本地私有云能力，为企业提供各类公共组件和边云协同能力，满足工业上云的同时，又能够尽可能减少因网络传输带来的时延。示意如下图：
从工业应用的角度，MEC可以为企业带来如下价值：
| 联接的海量与异构
ü 设备数量剧增
ü 网络运维管理、灵活扩展、可靠性巨大挑战
ü 异构总线联接、多制式工业以太网并存
| 业务的实时性
ü 工业系统检测
ü 工业控制
ü 工业执行
| 数据的优化
ü 多样化的异构数据
ü 数据聚合
ü 数据统一呈现与开放
| 应用的智能性
ü 业务流程优化
ü 运维自动化
ü 业务驱动创新
ü 边缘侧智能效率成本优势
| 安全与隐私保护
ü 设备安全
ü 网络安全
ü 数据安全
ü 应用安全
从工业应用或则平台建设角度，目前MEC可以实现如下工业类应用或平台的部署：
| 基于MEC的工业互联网平台部署
| 基于MEC的工业视觉平台部署
| 基于MEC的工业数据采集平台部署
| 基于MEC的工业AGV平台部署
| 基于MEC的智慧园区平台部署
| 基于MEC的企业办公、研发网络部署
| ……
（三）MEC平台架构
MEC平台根据其应用相关信息（应用标识、IP地址+Port端口等）通过5G控制面应用功能（AF）直接或者间接地传递给PCF，从而影响SMF进行UPF的选择/重选以及PDU会话的建立，主要包括根据用户/应用的位置、LADN等信息选择边缘的UPF，以及在已有PDU会话的场景下选择合适的边缘UPF并进行UL
CL/IPv6多归属分流方案的激活，从而满足UPF分布式下沉部署，灵活路由的需求，将业务数据流根据需求转发至本地网络或者MEC主机。同时，MEC平台也可以作为AF的本地代理，在一定规则约束下将本地数据流过滤规则直接下发至UPF，进行UPF数据流转发以及数据流过滤规则的配置。
MEC平台通过Mp1接口实现MEC平台服务对运营商/第三方MEC应用的开放，加强网络与业务的深度融合。在MEC资源管理编排方面则主要由MEC编排器，MEC平台管理以及VIM管理等负责，具体可以与5G网络管理编排器进行联合考虑，满足MEC平台以及MEC应用资源编排、生命周期等管理。MEC架构如下图示：
在上图中有MEC的边缘主机（MEC host）和MEC管理等部分组成，具体如下：
| VI（Virtualization infrastructure）
ü 为ME应用提供计算、存储和网络资源
ü 为ME应用提供持续的存储和时间相关的信息，包含一个数据转发平面，来为从ME平台接收到的数据执行转发规则，并在各种应用、服务和网络之间进行流量的路由。
| MEP(Multi-access edge platform)
ü 为APP应用提供服务能力（发布、发现、订阅、消费）
ü 接收MEPM下发的流量规则配置，并通过Mp2下发给数据平面，接收DNS策略
ü MEC Service提供APP基础服务能力，包括开放API GW功能
| ME APP(Multi-access edge APP)
ü 运行在MEC主机上的容量或VM虚机中
ü 通过Mp1接口与MEP平台完成生命周期、服务治理、流量规则等相关交互
ü APP自身可为其他APP提供服务
| 接口Mp1
ü 应用与MEP相互通信。Mp2：用于指示数据平面如何在应用程序，网络，服务等之间路由流量。Mp3：MEP与其他MEP进行通信。
| VIM(Virtualization infrastructure manager)
ü 分配、管理和发布虚拟化基础设施的虚拟化（计算，存储和网络）资源；
ü 准备虚拟化基础架构以运行软件映像，包括配置基础设施，并且可以包括接收和存储软件图像；
ü 如果支持，快速配置应用程序。
| MEO(Multi-access edge orchestrator)
ü 维护系统的总体视图：部署的主机、可用资源、可用服务、拓扑信息等
ü 应用包管理：软件仓库
ü APP部署主机选择
ü 触发APP应用部署实体化或终结
ü 触发APP应用部署位置迁移
| MEPM(MEP Manager)
ü APP应用实例生命周期管理，收集APP应用生命周期状态上报给MEO
ü 管理MEP网元，包括网元、服务部署等
ü 流量规则和DNS规则管理：包括接受配置以及在各个MEP分发
ü 收集各个MEC Host虚拟资源状态以及故障报告、性能统计结果等
（四）MEC平台与核心网协同组网方案
根据3GPP网络架构对于MEC不同的支持方案，目前主要存在如下两种不同的组网方案：
a）基于LADN的边缘网络接入
对于本地边缘网络而言，终端用户可以根据从核心网获取的本地网络信息（LADN）、以及用户自身的位置信息等，请求本地PDU会话的建立，SMF通过合适的本地边缘UPF的选择以及本地PDU会话建立，实现本地边缘网络接入和本地应用访问。
当网络发现终端用户移出LADN区域时，则根据网络规则断开原PDU会话连接。除此之外，当终端用户不在该LADN区域时，即使发起该LADN的会话建立请求，网络侧也会根据策略拒绝该会话的建立请求。
基于LADN（本地网络信息）的边缘网络接入
b）基于UL/CL 或者IPv6多归属方案的边缘网络接入
SMF也可以根据AF的请求及应用场景激活数据流的IPv6 Multi-Homing（IPv6多归属）方案或者数据流UL
CL（上行流量分类，Uplink Classifier）方案。上述两种方案可在终端用户原有PDU会话的基础上，通过增加Branching
Point（BP分支点）或者UL CL功能以及本地PDU会话锚点的方式实现在一个PDU会话的基础上实现本地边缘网络以及业务应用的接入和访问。
基于UL/CL 或者IPv6多归属方案的边缘网络接入
需要注意的是，同一个UPF可以同时支持UL CL或者BP以及PDU会话锚点的功能，并支持在SMF的控制下完成计费、合法监听等网络功能支持。对于一个PDU会话，SMF支持在其路径上同时引入多个UL
CL或者BP功能实体。其中UL CL根据数据流过滤规则（例如访问目标的IP地址、端口等）实现数据流的分流，可同时适用于IPv4或者IPv6。在IPv6多归属场景下，通过BP分支点可以实现终端用户采用不同的IPv6前缀通过不同PDU会话锚点对同一数据网络的进行访问，同时也支持不同数据网络的访问（本地边缘网络），仅支持PDU会话为IPv6的场景。
除此之外，会话和业务连续性可以实现UE和应用的移动性，同时PCF为路由到本地数据网络的流量提供QoS控制和计费策略。
以上两种方案，在示范阶段可以根据相关设备的能力支持情况进行选择。
（五）MEC建设部署策略
MEC部署位置比较灵活，可以根据不同的业务的时延的要求部署在本地边缘DC、本地接入级DC，甚至是直接将MEC功能部署在5G接入CU或者CU/DU一体化的基站上，将传统的多跳的网络转化为一跳网络，从而完全消除传输时延的影响，满足1ms极低时延的业务需求。在实际部署中，除了时延外，还需考虑业务应用服务的覆盖范围（例如工业园区、校园等），以及业务应用数据本地化的需求（出于数据安全性考虑），此时MEC则可根据需求部署在该覆盖范围基站的汇聚点，以汇聚网关的形式出现。
因此，5G MEC总的建设部署策略应根据业务应用的时延、服务覆盖范围等要求，同时结合网络设施的DC化改造趋势，将所需的MEC业务应用以及服务部署在相应层级的数据中心。MEC部署拓扑如下图示：
（六）工业企业与MEC的适配
MEC为企业解决应用本地和部署的问题，而本地化是一个相对的概念，并非所有企业均需要或则有必要把MEC部署于自己的工厂、办公楼内，在不同的条件、不同的需求、不同的规模情况下，应该合理选择MEC能力，因此，MEC可以有两种模式与工业企业的需求进行匹配：
模式1：主要面向特定地点的大中型工厂，其生产制造在固定地点，企业拥有自己的小型数据中心，企业移动办公、生产制造应用在其自有平台部署，其希望企业数据不出工厂，能够通过5G无线网络就近访问其应用，并且能够保证较低时延。该类企业需求可以借助5G灵活的网络架构，把UPF下沉至工业企业后，实现就近流量转发，而网络信令仍然可以在集中的核心网进行安全认证和控制，在实现传输时延降低的同时，可以保障企业数据在园区内。组网如下图所示：
模式:2：使用运营商公共网络模式，主要面向生产制造地点相对固定，对成本敏感的中小型企业，其通过运营商公共网络，使用低成本的网络切片或VPDN等技术，实现数据安全传输，应用部署于运营商边缘机房，并可以根据需要配置边缘计算节点的备份，在实现相对就近的业务访问同时，保障数据的备份和安全。组网如下图所示：
两种模式的对比分析和适用场景：
企业可以根据自身需要选择合适的组网模式，采购与自身需求和场景相匹配的边缘计算MEC服务能力，以使网络服务价值最大化。
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