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5G 与 MEC 边缘计算

MSC（Mobile Switching Center，移动交换中心）

缩写	---
MSC	Mobile Switching Center，移动交换中心
NFV	Network Functions Virtualization(网络功能虚拟化) NF：Net Function网络功能； VNF： Virtual NF虚拟网元
OSS	Operations Support System 操作支撑系统；Object Storage Service 对象存储服务‘；
SBI	Service Based Interface，基于服务的接口
EC	Edge Computing，边缘计算
MEC	Mobile Edge Computing 移动边缘计算（最早有Nokia和IBM提出）； 后续扩展为 Multi-Access Edge Computing
CDN	Content Delivery Network 网络内容分发服务。本质属于边缘计算
RAN	无线接入网
UE	User-Endpoint 用户终端
CFS	Customer-Facing Service 面向用户的服务
CRD	Custom Resource Definitions大约在两年前引入，作为使用定制资源扩展Kubernetes API的主要方法。
云原生	使命是改变世界如何构建软件，其主要由微服务架构、DevOps 和以容器为代表的敏捷基础架构几部分组成，目标是实现交付的弹性、可重复性和可靠性。（关键词 敏捷、微服务、容器、DevOps）

2G

3G

4G

SGSN演变成 MME(Mobility Management Entity); GGSN演变成SGW/PGW (Serving Gateway服务网关；PDN Gateway，PDN网关)

MME（移动性管理实体）的主要功能是支持 NAS（非接入层）信令及其安全、跟踪区域（TA）列表的管理、PGW 和 SGW 的选择、跨 MME 切换时进行 MME 的选择、在向 2G/3G 接入系统切换过程中进行 SGSN 的选择、用户的鉴权、漫游控制以及承载管理、3GPP 不同接入网络的核心网络节点之间的移动性管理（终结于 S3 节点），以及 UE 在 ECM_IDLE 状态下可达性管理（包括寻呼重发的控制和执行）。

5G

5G 是一个端到端的生态系统，它将打造一个全移动和全连接的社会。5G 主要包括三方面：生态、客户和商业模式。它交付始终如一的服务体验，通过现有的和新的用例，以及可持续发展的商业模式，为客户和合作伙伴创造价值。

1. 更好的使用者传输速率体验（User Experienced Data Rate）：100 Mb/s 以上
2. 更高的峰值传输速率（Peak Data Rate）：20Gb/s
3. 单位面积在单位时间内更高的传输数据量（Traffic Capacity）：10~100Mb/s/m2
4. 更高的频谱使用率（Spectrum Effiency）：3 倍以上
5. 更快的移动速度（Mobility）：500km/h
6. 更低的延迟（Latency）：1ms 以下
7. 更高密度的装置联机（Connection Dencity）：100 万 devices/km2
8. 更低的耗能（Network Energy Efficiency）：电力消耗为 1/100 以下

为了应对这这样的技术挑战，5G 网络设计原则为：

• 从集中化向分布式发展
• 从专用系统向虚拟系统发展
• 从闭源向开源发展

5G网络逻辑架构

三大关键技术：

1. SBA 基于服务的架构

2. 微服务化

3. SBI 基于服务的接口

MEC边缘计算

ETSI（欧洲电信标准化协会）的 MEC(多接入边缘计算)架构

【ESTI GS MEC 003】【ESTI GS MEC 011】

• ME 主机（移动边缘主机） 由 ME 平台、ME 应用和虚拟化基础设施组成。虚拟化基础设施可以为 ME 应用提供计算、存储和网络资源，并且可以为 ME 应用提供持续的存储和时间相关的信息，它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。
• ME 平台（移动边缘平台，MEP） 从 ME 平台管理器、ME 应用或 ME 服务处接收流量转发规则，并且基于转发规则向转发平面下发指令。另外，ME 平台还支持本地域名系统（DNS）、代理服务器的配置，可以将数据流量重定向到对应的应用和服务。ME 平台还可以通过 Mp3 参考点与其他的 ME 平台进行通信，在分布式 MEC 系统的协作机制中，Mp3 参考点可以作为不同 ME 平台互联的基础。
• ME 应用（移动边缘应用，ME APP） 是运行在 ME 虚拟化基础设施上的虚拟机实例，这些应用通过 Mp1 参考点与 ME 平台相互通信。Mp1 参考点还可提供标识应用可用性、发生 ME 切换时为用户准备或重定位应用状态等额外功能。
• ME 平台管理器（ME platform manager，移动边缘平台管理器，MEPM） 具有 ME 平台元素管理、ME 应用生命周期管理以及 ME 应用规则和需求管理等功能。ME 平台和 MEPM 之间使用 Mm5 参考点，该参考点实现平台和流量过滤规则的配置，并且负责管理应用的重定位和支持应用的生命周期程序。Mm2 是操作支持系统（OSS）和 MEPM 之间的参考点，负责 ME 平台的配置和性能管理。Mm3 是 MEO 和 MEPM 之间的参考点，负责为应用的生命周期管理和应用相关的策略提供支持，同时为 ME 的可用服务提供时间相关的信息。
  • ME 应用生命周期管理包括 ME 应用程序的创建和终止，并且为 ME 编排器（ME orchestrator，MEO，移动边缘编排器）提供应用相关事件的指示消息。
  • ME 应用规则和需求管理包括认证、流量规则、DNS 配置和冲突协调等。
• ME 编排器（ME orchestrator，MEO，移动边缘编排器） 是 ME 提供的核心功能，MEO 宏观掌控 ME 网络的资源和容量，包括所有已经部署好的 ME 主机和服务、每个主机中的可用资源、已经被实例化的应用以及网络的拓扑等。在为用户选择接入的目标 ME 主机时，MEO 衡量用户需求和每个主机的可用资源，为其选择最为合适的 ME 主机，如果用户需要进行 ME 主机的切换，则由 MEO 来触发切换程序。MEO 与OSS 之间通过 Mm1 参考点来触发 ME 应用的实例化和终止。MEO 与虚拟化基础设施管理器（VIM）之间通过 Mm4 参考点来管理虚拟化资源和应用的虚拟机映像，同时维持可用资源的状态信息。
• 从 ME 系统的角度来看，OSS（Operations Support System 操作支持系统） 是支持系统运行的最高水平的管理实体。OSS 从面向用户服务（Customer-Facing Service，CFS）门户和用户终端（UE）接收实例化或终止 ME 应用的请求，检查应用数据分组和请求的完整性和授权信息。经过 OSS 认证授权的请求数据分组会通过 Mm1 参考点被转发到 MEO 进行进一步处理。
• 面向用户服务门户（Customer-Facing Service Portal，CFS Portal） 实体相当于第三方接入点，开发商使用该接口将自己开发的各种应用接入运营商的 ME 系统中，企业或者个人用户也可以通过该接口选择其感兴趣的应用，并指定其使用的时间和地点。CFS 通过 Mx1 参考点与 OSS 实现通信。
• 用户终端应用（User app，UEAPP）
• 用户应用生命周期代理（user app LCM proxy，UEAPPLCM proxy） 是供 ME 用户使用来请求应用相关的实例化和终止等服务的实体。该实体可以实现外部云和 ME 系统之间的应用重定位，负责对所有来自外部云的请求进行认证，然后分别通过 Mm8 和 Mm9 参考点发送给 OSS 和 MEO 做进一步处理。值得注意的是，LCM 只能通过移动网络接入，Mx2 参考点提供了 UE 与 LCM 相互通信的基础。
• 虚拟化基础设施管理器（VIM） 用于管理 ME 应用的虚拟资源，管理任务包括虚拟计算、存储和网络资源的分配和释放，软件映像也可以存储在 VIM 上以供应用的快速实例化。同时，VIM 还负责收集虚拟资源的信息，并通过 Mm4 参考点和 Mm6 参考点分别上报给MEO 和 MEPM 等上层管理实体。

MEC设计原则

• 网络开放：MEC 可提供平台开放能力，在服务平台上集成第三方应用或在云端部署第三方应用。
• 能力开放（APIs 经济）：通过公开 API 的方式为运行在 MEC 平台主机上的第三方 MEC 应用提供包括无线网络信息、位置信息等多种服务。能力开放子系统从功能角度可以分为能力开放信息、API 和接口。API 支持的网络能力开放主要包括网络及用户信息开放、业务及资源控制功能开放。
• 资源开放：资源开放系统主要包括 IT 基础资源的管理（如 CPU、GPU、计算能力、存储及网络等），能力开放控制以及路由策略控制。
• 管理开放：平台管理系统通过对路由控制模块进行路由策略设置，可针对不同用户、设备或者第三方应用需求，实现对移动网络数据平面的控制。
• 本地转发：MEC 可以对需要本地处理的数据流进行本地转发和路由。
• 移动性：终端在基站之间移动，在小区之间移动，跨 MEC 平台的移动。
• 计费和安全。