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    科學技術論文

    5G時代運營商邊緣算力部署淺析

    時間:2020年11月10日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

    【摘要】 本文主要是對5G時代運營商邊緣算力的部署情況進行了討論,分別從智能社會需要邊緣算力,運營商可持續發展需要邊緣算力進行了分析,并分析了運營商邊緣算力部署的挑戰。 最后就運營商邊緣算力節點、網絡、業務模型的部署進行了探討。 【關鍵詞】 邊

      【摘要】 本文主要是對5G時代運營商邊緣算力的部署情況進行了討論,分別從智能社會需要邊緣算力,運營商可持續發展需要邊緣算力進行了分析,并分析了運營商邊緣算力部署的挑戰‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 最后就運營商邊緣算力節點、網絡、業務模型的部署進行了探討‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

      【關鍵詞】 邊緣算力 算力網絡 5G

    通信學報

      一、概述

      算力就是指計算機的計算能力,是智能社會的基礎平臺,由大量的計算設備組成‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 隨著5G、AI、大數據等技術的發展,數據的處理成為社會發展的重要生產力,甚至一個城市的GDP發展與算力發展成正比。 5G智能時代,需要大量算力,而且只靠終端+數據中心兩級算力架構已經無法滿足全社會各行各業對算力的迫切需求,算力必然會從云和端向邊緣進行擴散,出現云邊端三級架構。 尤其是隨著運營商5G網絡的全面建設,其大帶寬和低時延的特征,將加速算力需求從端、云向邊緣的延伸。 邊緣算力未來幾年將高速增長,成為運營商重要的信息基礎設施和戰略性業務,更是運營商未來的核心競爭力。

      1.1 5G智能社會需要邊緣算力

      5G智能社會,海量數據都在終端形成,特別是視頻數據。 如果在端上進行計算,會消耗大量的終端算力,對終端的性能要求很高且耗電量很大。 如果將計算放在云計算中心,又面臨高昂的視頻傳輸成本。 這時候,終端算力上移、云端算力下沉,在邊緣形成算力融合,云-邊-端三體協同的架構將會發揮重要的作用。 將數據傳送到云端,進行大數據分析和算法訓練,將訓練結果再下發到邊緣,在邊緣部署算力,形成算力疊加,未來將有超過75%的數據通過邊緣算力進行處理,將大大提高處理效率,減輕云端的算力壓力,為客戶提供最合適、最經濟的“上車點”以及流量卸載點。 所以,5G智能社會需要運營商部署邊緣算力。

      1.2 運營商可持續發展需要邊緣算力

      隨著運營商內部云化的加速,即所有的網絡設備SDN化,所有的網元NFV化,網絡轉型正如火如荼的進行。 邊緣算力將計算、存儲和應用下沉到離數據源更近的地方,是5G網絡的核心特征。 邊緣算力既可部署于運營商的匯聚、接入機房,也可部署于客戶的園區、機房等,以聯接和計算為切入點,不僅可大幅縮短網絡時延,減少網絡回傳負荷,保護本地數據的安全性和隱私性,使能豐富多彩的5G業務,為網絡注入了算力和平臺能力,也是承載5G高價值業務的載體和運營商發展2B/2C高價值業務的核心抓手,更是運營商可持續、高質量發展的重要戰略。

      二、邊緣算力部署的挑戰

      運營商邊緣算力部署中面臨著各種挑戰,如機房資源受限、運維成本高、硬件異構以及云邊端無法協同、無法滿足高可靠性業務需求等。 這些挑戰的解決需要運營商提高自身對于邊緣算力的規、建、維、研、營一體化能力,更需要運營商聯合各設備廠商改進和提高技術實現邊緣計算的彈性、協同。

      2.1 技術挑戰

      邊緣算力為客戶提供更近、更優的服務,但是算力下沉會遇到很多技術挑戰。 網絡是邊緣算力的核心能力之一,也是邊緣算力部署最大的技術挑戰。 云邊端的網絡需要協同,實現中心云、邊緣算力以及終端的連接和計算力的彈性調度,發揮云中心規;、邊緣計算本地化與低成本、智能終端感知等各方面的優勢。 云邊網絡主要有兩個關鍵點:虛實結合、動態選路。 邊邊網絡要保障上層應用使用的邊緣節點之間數據傳輸透明且安全。 端邊網絡更注重智能調度和安全接入,本身與應用場景高度相關。 邊緣算力部署的技術挑戰還有安全和災備,邊緣節點跨節點災備系統面臨更大挑戰。

      2.2運營挑戰

      將算力打造成產品進行運營同樣面臨著挑戰。 首先是成本。 運營商邊緣算力的部署分為布局類和現場節點類,布局類的算力一般部署在地市核心機房和匯聚機房,機房環境基本上可以滿足條件,但是現場節點類的算力部署需要在傳統的邊緣機房改造,存在很多困難,比如電源擴容、空調新建、承重加固等都存在很多問題,成本投入很大,使得邊緣算力節點在單位建設成本上要遠高于集中建設的云計算節點。 其次是運維。 如何做好大規模資源平臺的運維支撐,將復雜度、穩定性等問題封裝,盡量實現上層業務透明化對邊緣算力來講也十分重要。

      三、運營商邊緣算力部署

      目前,5G基建正在如火如荼的進行,5G核心網網元將全部云化,同時為了滿足5G低時延的場景需求,網元需要下沉,尤其是用戶平面。 以此為契機,充分發揮5G邊緣云的價值,部署邊緣算力,實現高價值5G行業用戶的快速落地。

      3.1邊緣節點部署

      邊緣節點是分布式的ICT基礎設施,它根據不同的業務需求,廣泛部署于運營商的地市核心機房、匯聚機房、綜合接入機房,也可以部署于行業客戶的機房。 算力平臺部署層級越高,機房整體條件越好,硬件資源相對更加豐富、維護力量也更加完備,因此可以為客戶提供更好的業務保障。 比如,針對網絡時延要求不太高及本地化要求不強烈的業務,邊緣節點可部署于地市核心機房; 針對網絡時延要求更高的業務,邊緣節點需進一步下沉至匯聚、接入機房。 如果業務不但對網絡時延要求高,而且對數據的安全性和隱私性要求嚴苛,邊緣節點將部署于客戶現場側的機房。

      3.2邊緣算力網絡部署

      算力網三要素是高吞吐、敏捷連接、均衡隨選。 算力網絡是通過網絡、存儲、算力等多維度資源的統一管理和協同調度,使海量的應用能夠按需、實時調用不同地方的計算資源,實現連接和算力在網絡的全局優化,提供一致的用戶體驗。 算力網絡技術可以有效的解決由于單個站點算力資源有限而導致的可擴展和調度性能差的問題。 當邊緣業務無法及時處理時,可根據業務的優先級,通過算力網絡將時延不敏感的業務調度到其它空閑節點進行計算,以確保本地的高優先級業務得到及時處理。

      邊緣算力一般部署在靠近基站的接入環、接入匯聚環等位置,使得內容源最大程度的靠近終端用戶,甚至可以使終端能夠在本地直接訪問到內容源,從數據傳輸路徑上降低了端到端業務響應時延。 例如,AR/VR 業務要求端到端時延需小于20ms,以消除用戶的眩暈感,車聯網更是需求1ms的端到端時延來支撐自動駕駛。 邊緣算力通過將對應的網絡功能部署在最靠近用戶的邊緣位置,使業務達到極致的體驗。 總體來說,邊緣算力網絡需要滿足:固網和移動網絡訪問邊緣算力的需求、靈活的業務分流能力、精準的業務調度、可靠性、網絡能力開放、云邊端協同等。

      3.3 5G邊緣算力業務部署模式

      3.3.1 分流共享+平臺共享型部署模式(模式1)

      模式1下,分流網元UPF/GW-U及平臺均部署在匯聚或地市核心層機房。 分流網元共享、為不同客戶配置不同的分流策略; 平臺采用多租戶模式、為不同客戶分配邏輯隔離的基礎資源和業務資源。

      在客戶對時延及本地化要求不強烈時,推薦采用模式1。

      3.3.2 分流專享+平臺專享型部署模式(模式2)

      模式2下,分流網元UPF/GW-U及平臺均部署在客戶側接入機房或現場級客戶機房,分流網元、平臺均為某個客戶專享。 對于需要本地分流的業務,分流網元將流量分流至本地平臺,本地為客戶提供服務。

      對于時延及本地化要求強烈的行業客戶,推薦采用模式2

      5G邊緣算力只是運營商邊緣算力部署的一個很重要的方面,隨著智能AI社會的發展,邊緣算力還會進一步滲透,如何將邊緣算力打造成一款可運營的產品還有很長的路要走,這就需要運營商充分發揮自身優勢的基礎上,進一步加快轉型,實現云網一體化,能夠靈活、彈性的調度算力資源‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

      通信論文投稿刊物:通信學報主要讀者對象是通信及相關技術領哉的科研機構的研究人員、大專院校通信及相關專業的教師和研究生。以中國通信學會和人民郵電出版社為后盾,本早在發展作者群、選擇審稿專家、保證讀者的針對性以及出版質量等方面都有著得天獨厚的優勢,在國內通信領域具有相當高的知名度,是國內通信領域專業人士發表學術論文首選的專業媒體之一,在歷年修訂的《中文核心期刊要目總覽》中,《通信學報》都入選無線電電子學、電信技術類核心期刊,且名列前5位。

      四、結論

      運營商擁有大量機房局點,隨著PSTN 退網,機房空間出現閑置,可以確保邊緣算力部署的空間資源需求。 反過來,邊緣算力部署為運營商提供了服務升級的可行路徑:盤活大量機房局點資源,避免粗放、低層次的出租空間方式,基于算力網絡為各行業中對帶寬、時延有要求的高價值客戶,提供可信、有保障的算網一體的綜合服務。 算力作為一種新型服務,與網絡時延、帶寬成本、公眾可信力都存在密切聯系,這三點運營商都具備明顯的資源和能力優勢。

      參 考 文 獻:

      [1] 運營商邊緣計算網絡技術白皮書(2019年).邊緣計算產業聯盟(ECC)與網絡 5.0 產業和技術創新聯盟(N5A)聯合發布.2019年11月

      [2] 網絡 5.0 技術白皮書(2019). 網絡 5.0 產業和技術創新聯盟,2019 年 6月

      [3] 黃韜等 . 確定性網絡研究綜述 .《通信學報》,2019.06

      作者:劉偉 (1979.12)

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