5G时代运营商边缘算力部署浅析

　　【摘要】 本文主要是对5G时代运营商边缘算力的部署情况进行了讨论，分别从智能社会需要边缘算力，运营商可持续发展需要边缘算力进行了分析，并分析了运营商边缘算力部署的挑战‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 最后就运营商边缘算力节点、网络、业务模型的部署进行了探讨‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

　　【关键词】 边缘算力 算力网络 5G

　　一、概述

　　算力就是指计算机的计算能力，是智能社会的基础平台，由大量的计算设备组成‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 随着5G、AI、大数据等技术的发展，数据的处理成为社会发展的重要生产力，甚至一个城市的GDP发展与算力发展成正比。 5G智能时代，需要大量算力，而且只靠终端+数据中心两级算力架构已经无法满足全社会各行各业对算力的迫切需求，算力必然会从云和端向边缘进行扩散，出现云边端三级架构。 尤其是随着运营商5G网络的全面建设，其大带宽和低时延的特征，将加速算力需求从端、云向边缘的延伸。 边缘算力未来几年将高速增长，成为运营商重要的信息基础设施和战略性业务，更是运营商未来的核心竞争力。

　　1.1 5G智能社会需要边缘算力

　　5G智能社会，海量数据都在终端形成，特别是视频数据。 如果在端上进行计算，会消耗大量的终端算力，对终端的性能要求很高且耗电量很大。 如果将计算放在云计算中心，又面临高昂的视频传输成本。 这时候，终端算力上移、云端算力下沉，在边缘形成算力融合，云-边-端三体协同的架构将会发挥重要的作用。 将数据传送到云端，进行大数据分析和算法训练，将训练结果再下发到边缘，在边缘部署算力，形成算力叠加，未来将有超过75%的数据通过边缘算力进行处理，将大大提高处理效率，减轻云端的算力压力，为客户提供最合适、最经济的“上车点”以及流量卸载点。 所以，5G智能社会需要运营商部署边缘算力。

　　1.2 运营商可持续发展需要边缘算力

　　随着运营商内部云化的加速，即所有的网络设备SDN化，所有的网元NFV化，网络转型正如火如荼的进行。 边缘算力将计算、存储和应用下沉到离数据源更近的地方，是5G网络的核心特征。 边缘算力既可部署于运营商的汇聚、接入机房，也可部署于客户的园区、机房等，以联接和计算为切入点，不仅可大幅缩短网络时延，减少网络回传负荷，保护本地数据的安全性和隐私性，使能丰富多彩的5G业务，为网络注入了算力和平台能力，也是承载5G高价值业务的载体和运营商发展2B/2C高价值业务的核心抓手，更是运营商可持续、高质量发展的重要战略。

　　二、边缘算力部署的挑战

　　运营商边缘算力部署中面临着各种挑战，如机房资源受限、运维成本高、硬件异构以及云边端无法协同、无法满足高可靠性业务需求等。 这些挑战的解决需要运营商提高自身对于边缘算力的规、建、维、研、营一体化能力，更需要运营商联合各设备厂商改进和提高技术实现边缘计算的弹性、协同。

　　2.1 技术挑战

　　边缘算力为客户提供更近、更优的服务，但是算力下沉会遇到很多技术挑战。 网络是边缘算力的核心能力之一，也是边缘算力部署最大的技术挑战。 云边端的网络需要协同，实现中心云、边缘算力以及终端的连接和计算力的弹性调度，发挥云中心规模化、边缘计算本地化与低成本、智能终端感知等各方面的优势。 云边网络主要有两个关键点：虚实结合、动态选路。 边边网络要保障上层应用使用的边缘节点之间数据传输透明且安全。 端边网络更注重智能调度和安全接入，本身与应用场景高度相关。 边缘算力部署的技术挑战还有安全和灾备,边缘节点跨节点灾备系统面临更大挑战。

　　2.2运营挑战

　　将算力打造成产品进行运营同样面临着挑战。 首先是成本。 运营商边缘算力的部署分为布局类和现场节点类，布局类的算力一般部署在地市核心机房和汇聚机房，机房环境基本上可以满足条件，但是现场节点类的算力部署需要在传统的边缘机房改造，存在很多困难，比如电源扩容、空调新建、承重加固等都存在很多问题，成本投入很大，使得边缘算力节点在单位建设成本上要远高于集中建设的云计算节点。 其次是运维。 如何做好大规模资源平台的运维支撑，将复杂度、稳定性等问题封装，尽量实现上层业务透明化对边缘算力来讲也十分重要。

　　三、运营商边缘算力部署

　　目前，5G基建正在如火如荼的进行，5G核心网网元将全部云化，同时为了满足5G低时延的场景需求，网元需要下沉，尤其是用户平面。 以此为契机，充分发挥5G边缘云的价值，部署边缘算力，实现高价值5G行业用户的快速落地。

　　3.1边缘节点部署

　　边缘节点是分布式的ICT基础设施，它根据不同的业务需求，广泛部署于运营商的地市核心机房、汇聚机房、综合接入机房，也可以部署于行业客户的机房。 算力平台部署层级越高，机房整体条件越好，硬件资源相对更加丰富、维护力量也更加完备，因此可以为客户提供更好的业务保障。 比如，针对网络时延要求不太高及本地化要求不强烈的业务，边缘节点可部署于地市核心机房; 针对网络时延要求更高的业务，边缘节点需进一步下沉至汇聚、接入机房。 如果业务不但对网络时延要求高，而且对数据的安全性和隐私性要求严苛，边缘节点将部署于客户现场侧的机房。

　　3.2边缘算力网络部署

　　算力网三要素是高吞吐、敏捷连接、均衡随选。 算力网络是通过网络、存储、算力等多维度资源的统一管理和协同调度，使海量的应用能够按需、实时调用不同地方的计算资源，实现连接和算力在网络的全局优化，提供一致的用户体验。 算力网络技术可以有效的解决由于单个站点算力资源有限而导致的可扩展和调度性能差的问题。 当边缘业务无法及时处理时，可根据业务的优先级，通过算力网络将时延不敏感的业务调度到其它空闲节点进行计算，以确保本地的高优先级业务得到及时处理。

　　边缘算力一般部署在靠近基站的接入环、接入汇聚环等位置，使得内容源最大程度的靠近终端用户，甚至可以使终端能够在本地直接访问到内容源，从数据传输路径上降低了端到端业务响应时延。 例如，AR/VR 业务要求端到端时延需小于20ms，以消除用户的眩晕感，车联网更是需求1ms的端到端时延来支撑自动驾驶。 边缘算力通过将对应的网络功能部署在最靠近用户的边缘位置，使业务达到极致的体验。 总体来说，边缘算力网络需要满足：固网和移动网络访问边缘算力的需求、灵活的业务分流能力、精准的业务调度、可靠性、网络能力开放、云边端协同等。

　　3.3 5G边缘算力业务部署模式

　　3.3.1 分流共享+平台共享型部署模式(模式1)

　　模式1下，分流网元UPF/GW-U及平台均部署在汇聚或地市核心层机房。 分流网元共享、为不同客户配置不同的分流策略; 平台采用多租户模式、为不同客户分配逻辑隔离的基础资源和业务资源。

　　在客户对时延及本地化要求不强烈时，推荐采用模式1。

　　3.3.2 分流专享+平台专享型部署模式(模式2)

　　模式2下，分流网元UPF/GW-U及平台均部署在客户侧接入机房或现场级客户机房，分流网元、平台均为某个客户专享。 对于需要本地分流的业务，分流网元将流量分流至本地平台，本地为客户提供服务。

　　对于时延及本地化要求强烈的行业客户，推荐采用模式2

　　5G边缘算力只是运营商边缘算力部署的一个很重要的方面，随着智能AI社会的发展，边缘算力还会进一步渗透，如何将边缘算力打造成一款可运营的产品还有很长的路要走，这就需要运营商充分发挥自身优势的基础上，进一步加快转型，实现云网一体化，能够灵活、弹性的调度算力资源‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

　　通信论文投稿刊物：通信学报主要读者对象是通信及相关技术领哉的科研机构的研究人员、大专院校通信及相关专业的教师和研究生。以中国通信学会和人民邮电出版社为后盾，本早在发展作者群、选择审稿专家、保证读者的针对性以及出版质量等方面都有着得天独厚的优势，在国内通信领域具有相当高的知名度，是国内通信领域专业人士发表学术论文首选的专业媒体之一，在历年修订的《中文核心期刊要目总览》中，《通信学报》都入选无线电电子学、电信技术类核心期刊，且名列前5位。

　　四、结论

　　运营商拥有大量机房局点，随着PSTN 退网，机房空间出现闲置，可以确保边缘算力部署的空间资源需求。 反过来，边缘算力部署为运营商提供了服务升级的可行路径：盘活大量机房局点资源，避免粗放、低层次的出租空间方式，基于算力网络为各行业中对带宽、时延有要求的高价值客户，提供可信、有保障的算网一体的综合服务。 算力作为一种新型服务，与网络时延、带宽成本、公众可信力都存在密切联系，这三点运营商都具备明显的资源和能力优势。

　　参 考 文 献：

　　[1] 运营商边缘计算网络技术白皮书(2019年).边缘计算产业联盟(ECC)与网络 5.0 产业和技术创新联盟(N5A)联合发布.2019年11月

　　[2] 网络 5.0 技术白皮书(2019). 网络 5.0 产业和技术创新联盟，2019 年 6月

　　[3] 黄韬等 . 确定性网络研究综述 .《通信学报》，2019.06

　　作者：刘伟 (1979.12)