面向5G网络的MEC关键技术与实现分析

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面向5G网络的MEC关键技术与实现分析

陈　强

（中国电信股份有限公司上海分公司，上海 200122）

摘要：移动边缘计算（Mobile Edge Computing， MEC）将在未来移动通信网络的业务服务中发挥重要的作用。随着物

联网、人工智能、云计算等产业技术的发展，业务对网络的更多需求也随之而来。现有的分组核心（Evolved Packet Core，

EPC） 网络难以满足网络的更多需求，主要是因为EPC架构不支持本地分流，端到端时延偏大，这样促使5G MEC解决方

案应运而生。通过在移动网络的边缘节点处部署具备计算、存储和通信能力的业务平台，MEC能够有效处理终端用户的业

务需求，并解决核心网络的数据流量瓶颈等相关问题。从当前在5G大趋势下MEC的驱动力分析，并给出一些建设性的方案。

关键词：5G；移动边缘计算；上行分流器；专网隔离

doi：10.3969/.1672-7274.2021.05.003

中图分类号：TN929.53 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2021）05-0005-04

MEC Key Technology and Implementation Analysis for 5G Network

CHEN Qiang

(Shanghai Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Shanghai 200122, China)

Abstract

：Multi-access Edge Computing (MEC) will play an important role in the service of mobile communication network

in the future. With the development of Internet of Things, artificial intelligence, cloud computing and other industrial technologies,

more business needs for the network. The existing Evolved Packet Core (EPC) network is difficult to meet more requirements of

the network, mainly because the EPC architecture does not support local streaming and the end-to-end delay is too large, which

makes 5G MEC solution emerge as the times require. By deploying service platforms with computing, storage and communication

capabilities at the edge nodes of mobile networks, MEC can effectively handle the business needs of end users and solve the data

flow bottleneck and other related problems of the core network. This paper analyzes the driving force of MEC in the current 5g trend,

and gives some constructive solutions.

Keywords

：5G; MEC; uplink classifier; private network isolation

0 引言

5G的出现为网络演进提供新的方向：基于软件定义

网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）进行虚拟化，

进行扁平化扩展与增强，核心网用户面功能下沉到基站。

移动边缘计算（MEC）旨在通过将移动网服务环境与云

计算在边缘节点相结合，改善组网环境，是向5G过渡

的关键技术

[1][2]

。MEC将云数据中心的服务和功能转移

到网络的边缘节点，在网络边缘提供计算、存储、网络

和通信资源。MEC以“云网融合，云网协同”为目标，

将网络边缘的虚拟（云）化资源与核心网络的资源相结

合，提供公有云、私有云及混合云三位一体的服务

[3]

。

MEC技术通过为移动网边缘提供强大的云计算能力，满

足了本地化业务、近距离部署的功能要求，极大地提高

了用户体验。同时，通过MEC技术，移动网络运营商

可以将更多的网络信息和网络拥塞控制功能开放给第三

方开发者，并允许其提供给用户更多的应用和服务

[4]

。

运营商运用各种技术是为了不断提升用户的业务体

验。高质量流媒体带来高流量，不仅增加运营厂商的运

营成本，也给运营商骨干网带来巨大压力

[5]

。从网络侧

来看，用户访问所需时间越少则业务体验也越好。例

如，中国区某局点实测结果显示，视频业务的时延减少

10ms~15ms，对应的vMOS值可以提升0.1~0.2。减少业

务时延的最简单的方法便是将平台服务器部署到靠近终

端的位置。距离变短，相应地就可以缩短用户访问业务

的时延，从而提升用户的业务体验。

当前主流内容分发网络（Content Del iver y Network，

CDN）厂商的节点已经大量下移，部署位置在发达地区

已经下移到地市，比核心网网关的部署位置更低。如果

要让移动用户也能够就近访问本地的CDN业务服务器，

则要求网关用户面的部署也要下移部署，或者支持用户

面的本地分流能力。这样便可以降低用户的访问掩饰，

提示用户体验。

1 MEC驱动力

1.1 业务体验提升

1.2 业务本地闭环

在企业园区、工厂、港口、场馆，以及工业互联网

等场景，通常都在本地部署了业务服务器，为本地单位

作者简介：陈 强（1979-） ，男，高级工程师，毕业于复旦大学，博士，主要研究方向为5G技术、智慧家庭、人工智能等。

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的专用设备、员工提供服务。这些业务有一个特点，就（Uplink Classifier）功能，即上行分流器。ULCL是对上

是业务的提供方和消费方都在一个区域范围内，相关业行业务数据分流，并对分流后的下行数据聚合的一个处

务流包括工业生产、企业运营等敏感数据，希望能够就理节点

[6]

。

近本地访问，本地闭环，提升访问效率的同时还可以保

UPF有两种形态，一种是UPF PDU Session Anchor

证安全可信。

后续简称为UPF PSA，另一种是UPF Uplink Classifier

在没有MEC解决方案的情况下，这类场景的业务，

后续简称为UPF ULCL。

企业通常都是通过有线网络或者自建Wi-Fi网络来实现，

ULCL分流方案通过动态分流策略实现，以URL/

但是Wi-Fi网络固有的不足，如覆盖范围小、不可靠传

输、移动性差、安全性较差等，都导致企业不愿意选择

Wi-Fi技术建网，甚至已经选择Wi-Fi建网的企业，也在

寻求切换到4G/5G接入的方案。

1.3 园区专网

园区业务场景，对本地闭环的数据安全性要求更高，

如政企、党政军、电力、港口等，要求数据不出园区的。

这样如果采用公网接入的方式，无法满足其对数据安全

可信的严格要求的，这时就需要采用园区专网的建网方

案。

园区专网建网时，新建专用核心网，无线网络频谱

可以新建独享，也可以与大网共享。MEC在业务园区单

独部署网络的架构如图1所示。

场景一：园区与公网之间。频谱独享方案为： 园区

网频谱独立于公网，小区和TA相互独立；频谱共享方

案为：园区PLMN独立，基站基于PLMN配置园区和

公网的资源占比。

场景二：园区之间。频谱独享方案为：每个园区独

立频谱，小区和TA相互独立；频谱共享方案为：各园

区基站独立，但可与公网基站共站或园区间共享基站，

要求不同园区的PLMN独立。

园区专网通过专用的无线网络和核心网，以及核心

网就近部署，支持业务本地分流和数据不出园区，实现

安全、可信、高效的园区网络。

图1 MEC在业务园区单独部署网络示意图

2 建设性解决方案概述

2.1 ULCL本地分流

3GPP针对于5G用户面的数据分流定义了ULCL

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UE位置/目的IP端口为分流维度实现业务分流

[7]

。一

个典型的ULCL会话框图如图2所示。

图2 ULCL会话框图

UPF ULCL作为分流器，针对（R）AN通过N3 接

口上送的上行GTP隧道里的IP报文，做L34（IP 地址

+端口号）的规则匹配，或针对DNS报文进行L7 （DNS

域名）规则匹配。对于规则匹配成功的业务流，将通过

N9接口传递到UPF PSA2（UPF ULCL 和PSA2可以分

设或合设），再通过N6接口访问到本地DN（N6接口上

通常需要NAT处理，下同）。

对于未匹配规则的业务流，则通过N9接口传递到

UPF PSA1主锚点，之后经过主锚点的N6接口访问到中

心DN（一般情况下是互联网）。

2.2 专网隔离

典型的企业网隔离框图如图3所示。

图3 企业网隔离示意图

（1）无线网络隔离：在园区业务部署初期，各园区

和公网资源在无线侧完全共享，不隔离。随着园区业务

的发展，为避免公网业务以及园区间业务的相互影响，

很多大型企业要求自身的无线资源独占。这要求无线频

谱独享或者共享频谱下的无线处理资源独占。共享频谱

的场景下，基站可以通过PLMN、切片来配置不同园区

的资源占比，实现无线资源独占。

对于PLMN申请受限但有多余频谱的运营商，为保

证园区无线资源独占，在PLMN共享的前提下，园区的

频谱/TAI/Cell独立于公网。频谱共享： 对于无多余频谱

的运营商，园区和公网频谱资源共享，对于园区大网规

划一个统一的园区PLMN。对于同时服务于公网和园区

的基站，支持基于PLMN灵活配置园区和专网不同资源

占比，实现园区资源独立于公网资源。基站支持根据园

区切片配置不同切片的无线资源占比，实现园区的无线

资源独占。

（2）核心网络隔离：园区和公网业务的业务模式

不同，建议园区网单独建设UDM/PCF；不同园区的

SMF&UPF可以根据隔离性要求按需共享部署，不同园

区可以根据切片隔离。但为了避免海量无线对接，园区

与公网的AMF建议统一建设，有利于未来既有园区属

性又有公网属性用户的接入管理。除非在某些高隔离性

且成本不敏感的场景，才做AMF独立建设。

2.3 三方APP集成部署

在ETSI MEC01002规范中，对各个管理接口以及

APP生命周期管理的流程做了清晰定义包含应用包上传、

应用实例化和应用终结。一个典型的MEC参考架构如

图4所示。

图4 MEC参考架构

在应用实例化前，应用包需要上线到MEAO，使

用Mm1接口，流程如下：①OSS系统向MEAO发送

应用包上传请求，MEAO对应用包的合法性做检查；

②MEAO响应请求消息，并将应用包存放在软件仓库中，

确认应用包在边缘侧上线可用；MEAO支持对应用包的

管理，支持应用包信息查询，注销应用包，激活应用包，

删除应用包。

应用包可用后，应用的实例化流程如下：①OSS系

统发送应用请求到MEAO（Mm1接口）；②MEAO检查

应用实例配置信息并授权，MEAO 将实例化请求下发给

ME PM（Mm3 接口）；③MEPM发送资源（CPU、存储

和网络资源）请求到VIM；④VIM分配相应资源，如

果当前应用镜像可用，则会拉起应用。并给MEAO回

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复响应消息；⑤MEPM下发应用的业务配置到MEP平

台（Mm5 接口），包含：流量规则、DNS规则以及应用

所需的其他可选服务；⑥MEP将流量规则、DNS规则

等配置到应用实例上，待实例正常运行后激活流量规则

和DNS规则（Mp1接口）；⑦MEP平台回复响应消息

给MEPM；⑧MEPM回复响应消息给MEAO，并反馈

应用实例相关信息；⑨MEAO回复OSS应用实例化响

应消息给OSS。

应用的终结流程如下：①OSS向MEAO发送应用

实例终结请求，消息中包含具体应用信息；②MEAO

授权请求，并确认请求实例存在，并将实例终结请求

发送给MEPM；③

MEPM发送实例终结请求给MEP；

④MEP终结应用实例；⑤MEP回复应用实例终结响

应消息给MEPM；⑥MEPM向VIM请求资源释放；

⑦VIM释放资源；⑧MEPM回复响应消息给MEAO；

⑨MEAO回复响应消息给OSS。

2.4 典型应用场景

（1）视频优化：在边缘部署无线分析应用，辅助

TCP拥塞控制和码率适配，提升视频业务的传输效率。

（2）视频流分析：在边缘部署视频分析应用，识别

视频中的人、物、事件等，业务本地闭环，减少发往核

心网的数据量。

（3）企业分流：通过部署支持边缘分流的网关，对

企业本地业务流精准分流，同时支持Internet业务访问

的能力。

（4）车联网：V2X服务器部署到边缘，通过收集车

辆和路侧传感器的数据，并将相关数据及时传递给周边

车辆。车联网应以是典型的低时延应用，对低时延的要

求非常高。

（5）物联网：及时发现和处理各种设备产生的信息。

（6）增强现实：边缘应用快速处理用户位置和摄像

头图像，给用户提供实时的辅助信息。

（7）辅助敏感计算：辅助时延敏感的数据计算，提

供稳定、高性能的计算。

[8]

2.5 MEC独特价值

在使用七大场景，满足更多业务诉求，MEC解决方

案有如下的独特价值

[9]

：

（1）提升业务体验：内容源下移部署，就近访问，

时延更短，业务体验更好。

（2）数据本地闭环：用户面支持本地分流特性，本

地数据边缘闭环，同时兼顾Internet数据访问。

（3）专网专用：支持专用无线网络和专用核心网，

提供更高的安全、可信网络服务。

（4）三方APP集成：支持第三方APP快速集成上车，

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研究

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丰富本地业务，缩短TTM。

（5）构建本地生态：支持服务治理和API开放能力，

在本地构建生态环境。

[2] 马洪源，肖子玉，卜忠贵，赵远.5G边缘计算技术及应用展望[J].电信科

学，2019，35（6）：114-123.

[3] 龙飞霏.初识5G移动边缘计算MEC[J].广播电视网络，2020（1）：74-

76.

[4] 田辉，范绍帅，吕昕晨，等.面向5G需求的移动边缘计算[J].北京邮电

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[5] 果振波，彭加林.基于MEC的边缘CDN解决方案[J].电信科学， 2019（S2）：

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[6] 张建敏，谢伟良，杨峰义，等.移动边缘计算技术及其本地分流方案研究

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[7] 赵志斌，何力毅，刘广红，徐大伟.5G MEC行业应用部署方案研究[J].

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[8]

高伟，方德洲，倪淼.5G边缘计算节点部署方法研究[J].电信工程技术与

标准化，2020（1）：38-42.

[9] 陈志伟，郭宝，张阳.5G网络边缘计算MEC技术方案及应用分析[J]. 移

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[10] 刘学林，褚瑞娟.基于5G网络边缘计算MEC技术研究与应用[J].中国

新通信，2020，22（22）：96-97.

3 结束语

MEC作为5G的关键技术之一，通过将业务平台部

署到网络的边缘，为用户提供更低延时、更高带宽的数

据业务服务

[10]

。本文主要对MEC系统从业务体验提升、

本地业务闭环、园区专网三个层面进行阐述。随后，介

绍几个MEC技术的解决方案及应用场景体现MEC的独

特价值。相信MEC技术将会5G发展中的热点问题。

参考文献

[1] 马洪源，肖子玉，卜忠贵，赵远.面向5G的核心网演进[J].电信科学，

2019，35（9）：135-143.

（上接第2页）

存。

（5）参数设置：用户可设置频谱采集参数、可选择

用户分析模块、可设置用户关心频点或频点组及告警门

限。

4.4 通信资源融合管理子系统

对通信网内的程控交换系统、网络设备、数字端口

及防汛线路进行运行状况的实时监测，主要功能如下：

（1）性能监测：包括性能数据采集、性能图表显示、

数据统计报表生成等。

（2）告警监视：包括告警数据采集、地图显示、告

警类型和告警级别设置、告警数据过滤、告警历史信息

查询、告警定位、告警统计分析等。

（3）线路测试：利用语音线路自动呼叫到测试对方，

对线路信息进行分析查询。

（4）告警处理：对系统设备告警的解释和描述，提

供产生故障的原因并提供排除故障的方法，并将故障信

息以电话、短信方式通知维护人员。

（5）线缆管理：对光缆及线缆资源的管理，可输入

线缆有关资料，可用颜色指定线缆使用情况，可查询某

一指定线缆连接的设备及其路由信息。

（6）连接关系管理：包括通信网资源管理系统中各

资源之间的连接关系。主要有设备之间的关系、端口之

间的关系、端口和端子之间的关系、连接设备端子和线

缆线芯之间的关系、逻辑网元和物理端口之间关系、地

图和对象的关系等。

（7）通信线缆的自动实时监测：包括周期测试、手

动测试、实时告警测试等，发生故障时能够及时告警并

准确定位。

（8）通过对远程无人值守机房的温湿度、门禁、配电、

UPS、烟雾、漏水、空调等环境信息及视频信息进行集

中监视；并能够对摄像机云台、电源系统、空调、门禁

等进行远程控制。

（9）在业务申办及故障告警发生时，可自动生成工

单并流转，系统实时记录工单审核、处理、验收、回访、

考核等工作，并能生成不同维度的工单统计报表。

5 结束语

本设计方案根据当前水利部通信网络资源管理的实

际需求，设计了统一、图形化和智能化的水利部通信网

集中监控系统，可为水利部通信网络提供一个综合资源

管理平台，实现对水利通信网物理和逻辑资源科学合理

管理和对传输网的网络组织和优化，为水利部通信网络

的运行维护、线路规划、资源调配提供辅助决策依据。

参考文献

[1] 钱学龙.卫星通信集中监控系统设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，

2010.

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