《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于NFV MANO的邊緣計算多種智能化部署方案研究
2019年電子技術(shù)應(yīng)用第10期
王旭亮1,劉增義1,胡雅婕2,李童瑤2
1.中國電信股份有限公司研究院,北京102209; 2.北京郵電大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院 信息光子學(xué)與光通信研究院,北京100035
摘要: 為了解決邊緣計算業(yè)務(wù)部署時所需的管理編排組件與電信云中NFV MANO組件之間的高效協(xié)同等問題,首先,分析對比了兩種主要部署方案中邊緣計算與NFV的管理編排組件之間的職責(zé)分工與交互流程。其次,基于深度學(xué)習(xí)方法和模型分別給出了提高兩種方案中電信云虛擬網(wǎng)元和基礎(chǔ)設(shè)施和邊緣計算應(yīng)用之間的管理編排效率的解決方案。最后,對未來該領(lǐng)域需要關(guān)注的主要問題和方向進(jìn)行了展望。
中圖分類號: TN929.5
文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.190988
中文引用格式: 王旭亮,劉增義,胡雅婕,等. 基于NFV MANO的邊緣計算多種智能化部署方案研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2019,45(10):19-24,28.
英文引用格式: Wang Xuliang,Liu Zengyi,Hu Yajie,et al. Research of various intelligent multi-access edge computing deployment solutions based on NFV MANO[J]. Application of Electronic Technique,2019,45(10):19-24,28.
Research of various intelligent multi-access edge computing deployment solutions based on NFV MANO
Wang Xuliang1,Liu Zengyi1,Hu Yajie2,Li Tongyao2
1.China Telecommunication Research Institute,Beijing 102209,China; 2.Institute of Information Photonics and Optical Communications,School of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100035,China
Abstract: In order to solve the problems of the efficient synergy between the management orchestration components required for the deployment of the edge computing business and the NFV MANO components in the telecommunications cloud, this paper firstly analyzes the division of responsibilities and interaction processes between the management orchestration components of edge computing and telecommunications cloud. Secondly, based on the deep learning method and model, a solution is given to improve the management orchestration efficiency between the virtual network elements of the telecommunications cloud and the edge computing applications. Finally, the main issues and directions in this area are prospected.
Key words : 5G;MEC;NFV;NFV MANO

0 引言

    科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步需要技術(shù)和商業(yè)需求的雙輪驅(qū)動。在過去的4年多時間里,國內(nèi)運(yùn)營商以SDN/NFV/AI技術(shù)為代表持續(xù)推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)轉(zhuǎn)型。但是隨著改革的深入,缺乏明確業(yè)務(wù)需求支撐開始讓決策者變得猶豫和觀望[1-2]。以5G邊緣計算為代表的多種新型業(yè)務(wù)的出現(xiàn)正好補(bǔ)足了雙輪驅(qū)動中的商業(yè)需求。但是其對網(wǎng)絡(luò)和管理的較高要求也同樣為相關(guān)業(yè)務(wù)的部署落地蒙了一層陰影。

    以SDN/NFV技術(shù)為代表的網(wǎng)絡(luò)云化過程中,網(wǎng)絡(luò)的控制器、業(yè)務(wù)的編排器以及云資源的管理器都在向集約控制的邏輯上演進(jìn)。隨著典型邊緣計算業(yè)務(wù)對低時延、大帶寬以及業(yè)務(wù)內(nèi)容本地化等要求的不斷具體化,為這些業(yè)務(wù)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)以及云資源都需要逐步從核心集約的部署原則向核心集約、邊緣按需、云邊協(xié)同的部署原則,在核心DC和邊緣DC上邊緣計算業(yè)務(wù)所需的各類資源的模式轉(zhuǎn)變。在此原則下,對網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)以及云資源的管理提出了更高的要求。因此需要重新去考慮在邊緣DC(多級)和核心DC如何部署SDN/NFV/MEC相關(guān)的管理組件。本文因為篇幅問題,在接下來的篇幅中主要討論NFV與MEC的管理組件之間的交互與協(xié)同。

    邊緣技術(shù)的管理組件(MEAO、MEPM)的定位是有效管理邊緣計算業(yè)務(wù)能力平臺(Mutil-Access Edge Computing Platform,MEP)上的各種支撐邊緣計算業(yè)務(wù)(Multi-Access Edge Application,ME-App)的原子化能力以及在邊緣計算業(yè)務(wù)能力平臺上部署各類邊緣計算的業(yè)務(wù)。邊緣計算業(yè)務(wù)中更多的是面向企業(yè)場景的業(yè)務(wù),不同于運(yùn)營網(wǎng)面向大眾消費(fèi)者業(yè)務(wù)的建設(shè)模式,這些業(yè)務(wù)按需部署在靠近企業(yè)的邊緣計算節(jié)點(diǎn)上。雖然很多觀點(diǎn)認(rèn)為邊緣計算業(yè)務(wù)不一定需要部署在邊緣云基礎(chǔ)設(shè)施上,但是運(yùn)營商多接入網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)需要下沉到相應(yīng)的邊緣計算節(jié)點(diǎn)上。根據(jù)全球運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)戰(zhàn)略,運(yùn)營商的多接入網(wǎng)關(guān)為了降低成本和提高對多種新型業(yè)務(wù)的靈活支撐能力,需要進(jìn)行虛擬化或云化的重構(gòu)然后部署在電信級云平臺上,例如從CPE到vCPE、從BRAS到vBRAS,同時5G的接入網(wǎng)關(guān)UPF大多也是基于虛擬機(jī)來部署的??偨Y(jié)起來,為了滿足邊緣計算低時延、大帶寬和低成本的業(yè)務(wù)需求,運(yùn)營商提供的邊緣計算方案必須包括多種接入網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)以及MEP。這就決定了對邊緣計算業(yè)務(wù)的有效管理的前提是虛擬化的多接入網(wǎng)關(guān)所需的NFV MANO與邊緣計算業(yè)務(wù)所需的管理組件需要深入融合和互通。

    目前,針對在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化環(huán)境,如何對邊緣計算系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行部署,ETSI給出了兩種方案。兩種方案的主要差別在于MEC架構(gòu)與NFV MANO組件的耦合程度不同:低耦合度的部署方案以MEC架構(gòu)為基礎(chǔ),MEC管理體系與NFV管理體系分設(shè),未進(jìn)行融合,僅通過MEAO與NFVO之間的接口進(jìn)行管理層面的協(xié)調(diào)[3];高耦合度的部署方案根據(jù)文獻(xiàn)[4]中描述,以NFV架構(gòu)為基礎(chǔ),增加MEC組件,使在NFV上可以承載MEC業(yè)務(wù)。該方案的原則是將已有的NFV架構(gòu)網(wǎng)元部分盡可能地重用,增加新的接口并適當(dāng)調(diào)整MEC組件,使得兩者能夠更高效地進(jìn)行管理。

    本研究的主要貢獻(xiàn)包括:介紹現(xiàn)有EIST標(biāo)準(zhǔn)中的NFV和MEC研究進(jìn)展和系統(tǒng)框架;對當(dāng)前基于NFV MANO的邊緣計算部署方案的架構(gòu)體系進(jìn)行介紹;歸納各融合部署方案的NFV MEC組件部署以及組件之間的交互方式;分析各部署方案中由于系統(tǒng)交互融合帶來的各種問題;根據(jù)多種部署方案中存在的問題,基于人工智能的算法和模型提出智能化的MEC與NFV管理面的高效協(xié)同編排方法與設(shè)計。

1 相關(guān)研究

    NFV經(jīng)過長時間的發(fā)展,目前已經(jīng)發(fā)展部署比較完善。MEC則是近幾年新發(fā)展起來的技術(shù)。如果大范圍部署MEC設(shè)備,則是一項耗時耗力的方案,所以,在現(xiàn)有NFV設(shè)備的基礎(chǔ)上部署MEC設(shè)備,對于運(yùn)營商或廠商來說都是一種更可取的辦法。且NFV技術(shù)專注于將軟件硬件解耦,使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不再依賴于專用硬件,資源可以靈活共享,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速開發(fā)和部署[5]。隨著5G商業(yè)化的普及,越來越多的新型業(yè)務(wù)也在快速發(fā)展,對傳統(tǒng)業(yè)務(wù)也提出了更高的要求。將現(xiàn)有NFV技術(shù)與新興MEC技術(shù)相互融合,共同發(fā)揮各自的優(yōu)勢已經(jīng)迫在眉睫。

1.1 NFV系統(tǒng)框架

    ETSI NFV組在2014年12月發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)ETSI GS NFV 002[6],該標(biāo)準(zhǔn)主要介紹了NFV參考體系結(jié)構(gòu)框架。NFV實(shí)現(xiàn)了底層物理設(shè)備,虛擬化操作系統(tǒng)和虛擬化網(wǎng)元功能單元的解耦,NFV引入NFV管理與編排(NFV Management and Orchestration,MANO),MANO主要包括NFV編排器(NFV Orchestrator,NFVO)、VNFM(VNF Manager)以及虛擬資源管理(Virtualised Infrastructure Manager,VIM)3個功能實(shí)體。其中,NFVO是MANO框架中的控制中心,負(fù)責(zé)NFV基礎(chǔ)設(shè)施和軟件資源的協(xié)調(diào)和管理;VNFM負(fù)責(zé)VNF生命周期管理,例如VNF的實(shí)例化、更新、查詢、縮放、終止;VIM在NFV架構(gòu)中主要用于實(shí)現(xiàn)對虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施的管理。MANO提供了可控、可管、可運(yùn)維的服務(wù)交付環(huán)境,有利于基礎(chǔ)資源的調(diào)度,以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的高效管理和彈性調(diào)度。

1.2 MEC系統(tǒng)框架

    ETSI MEC組在2016年2月發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)003[3],該標(biāo)準(zhǔn)主要介紹了MEC框架和參考架構(gòu)。MEC 架構(gòu)中主要的管理組件包括移動邊緣編排(Mobile Edge Orchestrator,MEO)、移動邊緣平臺管理(Mobile Edge Platform Manager,MEPM)以及虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理器(VIM)。其中,MEO是MEC系統(tǒng)級管理的核心功能實(shí)體,主要負(fù)責(zé)維護(hù)MEC框架的整體視圖,提供邊緣計算應(yīng)用程序的實(shí)例化、檢查、記錄、終止以及重定位;MEPM用于邊緣計算應(yīng)用程序的生命周期管理,為MEP提供管理功能,接收VIM的虛擬化資源性能報告;VIM在MEC架構(gòu)中主要負(fù)責(zé)管理虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化資源。

1.3 MEC in NFV系統(tǒng)框架

    ETSI MEC組在2018年2月發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)ETSI GR MEC 017[4],該標(biāo)準(zhǔn)主要介紹了在NFV架構(gòu)中承載MEC架構(gòu)的方法。該文獻(xiàn)指出,假設(shè)移動邊緣平臺部署為虛擬網(wǎng)絡(luò)功能(Virtualised Network Function,VNF),虛擬化資源由VIM管理,ME應(yīng)用程序在NFV MANO組件中被看作VNFs,則在NFV環(huán)境中部署MEC架構(gòu)后,原MEC的MEPM更新為移動邊緣平臺管理-NFV(Mobile Edge Platform Manager-NFV,MEPM-V),原MEPM管理應(yīng)用程序生命周期,更新后的MEPM-V不再承載此功能,而是將此功能委托給VNFM;MEO轉(zhuǎn)換為更適應(yīng)此架構(gòu)的MEAO,使用NFVO進(jìn)行資源編排,并將ME應(yīng)用VNFS集作為一個或多個NFV網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行編排。MEPM-V將充當(dāng)ME平臺VNF的元素管理器。MEC和NFV由運(yùn)營支持系統(tǒng)(Operations Support System,OSS)統(tǒng)一管理。該方案可以將NFV和MEC進(jìn)行深度融合,但是在實(shí)際部署過程中仍存在一些問題有待解決。

2 關(guān)鍵技術(shù)

    目前在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化架構(gòu)中,部署邊緣計算的建議方案根據(jù)NFV MANO管理框架與MEC系統(tǒng)框架的耦合程度,分為兩種部署方案:其一是低耦合度的基于NFV MANO管理框架的MEC架構(gòu),MEC管理體系與NFV管理體系分設(shè),兩個管理系統(tǒng)之間不做融合,僅涉及MEO與NFVO組件之間交互;其二是高耦合度的基于NFV框架的MEC部署方案,該方案中MEC管理體系與NFV管理體系深度融合,將MEC的功能分解,業(yè)務(wù)配置部分由MEC管理體系完成,資源管理部分由NFV體系完成。以下將從部署方案的框架及組件交互方式、部署方案的特點(diǎn)、方案在實(shí)際部署時的適用場景三方面對兩種方案進(jìn)行對比分析。

2.1 部署方案的框架及組件交互方式對比

    高、低耦合的都是以MEC架構(gòu)和NFV架構(gòu)為基礎(chǔ)。由于MEC架構(gòu)與NFV架構(gòu)整體框架有一定的相似性,因此只需分析NFV與MEC交互部分的組件和管理方式。

2.1.1 低耦合方案

    首先分析低耦合的基于NFV MANO的邊緣計算部署方案,如圖1所示。MEC部分主要由MEO、MEPM、VIM、MEP(MEC平臺)、MECAPP(MEC應(yīng)用)以及虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施組成。其中,虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施可以為MEC應(yīng)用提供計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源,并具有數(shù)據(jù)面功能,用于執(zhí)行來自MEP的流量規(guī)則,MEC應(yīng)用是運(yùn)行在虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用實(shí)例;MEP提供MEC應(yīng)用程序和MEC服務(wù),并從MEPM應(yīng)用上接收流量規(guī)則等,并指示相應(yīng)的數(shù)據(jù)平面[3]。NFV MANO框架包括3個主要的功能實(shí)體:NFVO、VNFM和VIM。

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    在低耦合的基于NFV MANO的邊緣計算部署方案中,MEC管理體系與NFV管理體系分立,使用統(tǒng)一VIM創(chuàng)建所需的MAC APP和VNF,分別由MEO和NFVO進(jìn)行管理,兩個管理系統(tǒng)之間不做融合,僅通過MEO和NFVO之間的接口管理網(wǎng)絡(luò)切片(Network Slice,NS),協(xié)調(diào)多個MEC APP和VNF。

    在低耦合的基于NFV MANO的邊緣計算部署方案中,MEC管理體系和NFV管理體系是根據(jù)所管理的業(yè)務(wù)類型進(jìn)行劃分的,即MEC管理體系負(fù)責(zé)邊緣應(yīng)用的資源管理和業(yè)務(wù)管理,NFV管理體系負(fù)責(zé)虛擬網(wǎng)元的資源管理和業(yè)務(wù)配置。在這種模式下,兩套管理體系在功能上具有一定的重復(fù)性,尤其是虛擬機(jī)形式部署的邊緣應(yīng)用,它們對VIM的需求和調(diào)用與虛擬網(wǎng)元并無本質(zhì)區(qū)別。但是由于邊緣應(yīng)用和虛擬網(wǎng)元的供應(yīng)商不同、標(biāo)準(zhǔn)尚未融合等原因,這種低耦合的部署方式可以實(shí)現(xiàn)MEC體系的快速部署上線,以管理和維護(hù)的成本換取部署時的復(fù)雜度。在實(shí)際的邊緣應(yīng)用部署中,先由NFV管體系準(zhǔn)備好虛擬網(wǎng)元,之后再由MEC管理體系進(jìn)行邊緣應(yīng)用的創(chuàng)建和配置,具體交互流程如下:

    (1)MEO向NFVO發(fā)出請求,查詢虛擬網(wǎng)元(UPF、vCPE等)是否準(zhǔn)備就緒;

    (2)如果NFVO事先已部署虛擬網(wǎng)元,則監(jiān)測虛擬網(wǎng)元運(yùn)行狀態(tài)是否正常;

    (3)如果NFVO事先沒有部署虛擬網(wǎng)元,則觸發(fā)創(chuàng)建網(wǎng)元條件,通過MEO向NFVO發(fā)送具體虛擬網(wǎng)元參數(shù),進(jìn)行虛擬網(wǎng)元部署;

    (4)虛擬網(wǎng)元部署完成后,NFVO向MEO發(fā)送通知,并傳遞網(wǎng)元相關(guān)參數(shù);

    (5)MEO發(fā)起ME APP部署流程,將業(yè)務(wù)請求和虛擬網(wǎng)元信息發(fā)送給MEPM進(jìn)行處理;

    (6)MEPM進(jìn)行ME APP資源創(chuàng)建和業(yè)務(wù)配置,生成虛擬網(wǎng)元路由規(guī)則;

    (7)ME APP創(chuàng)建完成后,MEPM下發(fā)路由規(guī)則,通知MEO部署完成,進(jìn)行業(yè)務(wù)上線。

2.1.2 高耦合方案

    高耦合的基于NFV MANO的邊緣計算部署方案,即在NFV中部署MEC框架,如圖2所示。

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    在高耦合的基于NFV MANO的邊緣計算部署方案中,MEC管理體系和NFV管理體系根據(jù)系統(tǒng)功能進(jìn)行了融合,即MEC管理體系負(fù)責(zé)邊緣應(yīng)用的業(yè)務(wù)配置,NFV管理體系負(fù)責(zé)虛擬網(wǎng)元、MEP以及MEC APP的資源管理。由于MEC中的資源管理與NFV中的資源管理類似,在VIM上增強(qiáng)對容器的納管和編排就能基本滿足MEC資源管理的需求,因此這種部署方式可以充分利用NFV的現(xiàn)有系統(tǒng)功能。從圖2中分析,這種部署方式減少了縱向系統(tǒng)的對接,即編排層可以使用統(tǒng)一的NFVO和MEAO融合系統(tǒng),資源管理層復(fù)用原NFV系統(tǒng)中的接口,增加對容器資源的管理功能;相對地,這種部署方式增加了橫向系統(tǒng)交互的復(fù)雜性,邊緣應(yīng)用的部署被拆分成資源部署和業(yè)務(wù)配置兩部分,在實(shí)際的邊緣應(yīng)用部署中,每一步都需要兩套管理體系協(xié)同進(jìn)行,具體交互流程如下:

    (1)MEAO向NFVO發(fā)出請求,查詢虛擬網(wǎng)元(UPF、vCPE等)和MEP是否準(zhǔn)備就緒;

    (2)如果NFVO事先已部署虛擬網(wǎng)元和MEP,則監(jiān)測虛擬網(wǎng)元和MEP運(yùn)行狀態(tài)是否正常;

    (3)如果NFVO事先沒有部署虛擬網(wǎng)元和MEP,則觸發(fā)創(chuàng)建網(wǎng)元條件,通過MEAO向NFVO發(fā)送具體參數(shù),進(jìn)行虛擬網(wǎng)元和MEP的部署;

    (4)虛擬網(wǎng)元和MEP部署完成后,由NFVO向MEAO發(fā)送通知,并傳遞虛擬網(wǎng)元和MEP相關(guān)參數(shù),MEAO通知MEPM-V對MEP平臺進(jìn)行納管;

    (5)MEO發(fā)起ME APP部署流程,向NFVO發(fā)送業(yè)務(wù)資源需求,由NFVO進(jìn)行ME APP資源創(chuàng)建;

    (6)NFVO完成ME APP資源創(chuàng)建后,通知MEAO,并傳遞參數(shù)配置;

    (7)MEAO將業(yè)務(wù)請求、虛擬網(wǎng)元信息、ME APP資源信息發(fā)送至MEPM-V,MEPM-V進(jìn)行ME APP的業(yè)務(wù)配置,生成虛擬網(wǎng)元路由規(guī)則;

    (8)ME APP創(chuàng)建完成后,MEPM-V下發(fā)路由規(guī)則,通知MEAO部署完成,進(jìn)行業(yè)務(wù)上線。

2.2 部署方案現(xiàn)有問題對比

    在低耦合度的基于NFV MANO管理框架的MEC架構(gòu)中,由于MEC管理體系與NFV管理體系分設(shè),MEC和NFV的管理組件(即MEO和NFVO)分別對ME APP和VNF進(jìn)行管理,兩種管理體系之間沒有深入融合,僅涉及MEO與NFVO組件之間交互,需要考慮在MEO與NFVO之間如何通過交互接口,協(xié)調(diào)多個MEC APP和VNF,使其能夠部署在同一虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施中執(zhí)行而不相互干擾。另外,由于該方案耦合度低,導(dǎo)致MEC和NFV管理體系中存在大量冗余,且兩個管理體系相互獨(dú)立,相當(dāng)于需要對兩個管理系統(tǒng)分別進(jìn)行維護(hù),增加了運(yùn)維難度。

    在高耦合度的基于NFV MANO管理框架的MEC架構(gòu)中,由于是在原有的NFV架構(gòu)中部署MEC組件,因此,需要根據(jù)NFV的管理體系對MEC管理組件進(jìn)行一定的更改,便于NFV管理體系實(shí)現(xiàn)對NFV組件和MEC組件的同一管理。但是該部署方案在實(shí)際部署中同樣存在一些問題:(1)在NFV中部署MEC后,MEPM被分成MEC特定部分和負(fù)責(zé)管理ME app VNF實(shí)例生命周期的VNFM,MEPM-V需要能夠與VNFM通信,以跟蹤由NFVO發(fā)起的生命周期管理操作, VNFM與MEPM-V組件之間如何通信還有待明確;(2)在NFV架構(gòu)中的VNF包中需要攜帶特定的MEC文件,那么如何在不干擾包內(nèi)容的情況下,在VNF包中攜帶特定于MEC的文件,并且MEP和MEAO如何識別這些文件也是有待解決問題之一;(3)NFV定義了VNFD(Virtualised Network Function Descriptor),其中的某些部分與MEC定義的MEC AppD(Application Descriptor)相互重合,這兩者之間的映射在實(shí)際部署中同樣有待解決。

2.3 部署方案適用場景對比

    通過前兩節(jié)對高、低耦合的基于NFV MANO管理框架的邊緣計算部署方案的分析,進(jìn)一步明確兩種方案在實(shí)際部署時適用的場景。下面針對兩種部署方案的優(yōu)勢和不足進(jìn)行分析,并給出兩者在實(shí)際部署時的建議。

    低耦合的基于NFV MANO管理框架的邊緣計算部署方案中,MEC管理體系與NFV管理體系分設(shè),分別管理MEC APP和虛擬網(wǎng)元(VNF),兩個系統(tǒng)之間未進(jìn)行融合,這種方案的優(yōu)勢在于MEC APP部署與NFV體系無關(guān),不具備NFV能力的MEC APP廠家也可以部署;另外MEC管理系統(tǒng)與VNF系統(tǒng)交互較少,便于方案的快速部署上線。但是,由于兩個管理體系分立,該部署方案需要功能復(fù)雜的MEPM,既能管理業(yè)務(wù)配置,又能對業(yè)務(wù)進(jìn)行生命周期管理;同時,MEC與NFV管理體系分立,需要多維護(hù)一整套的管理系統(tǒng),增加了運(yùn)維管理的難度;此外,OSS與VIM都需要對接MEC和NFV兩套系統(tǒng),增加了大量異廠家對接的功能。因此,該部署方案適用于不具備NFV架構(gòu)能力的MEC廠家,僅需要加入NFV MANO組件,就可以實(shí)現(xiàn)邊緣計算的部署,由于兩種框架之間沒有過多的交互,因此架構(gòu)中的各組件可以采用不同廠家的產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)方案的靈活部署,如圖3所示。

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    高耦合的基于NFV MANO管理架構(gòu)的邊緣計算部署方案中,MEC管理體系與NFV管理體系深度融合,首先,組件角度進(jìn)行分析,MEC組件在NFV環(huán)境中部署需要進(jìn)行一定程度上的重構(gòu),并大量新增重構(gòu)后MEC管理組件與NFV管理組件之間用于管理的交互接口,MEC組件重構(gòu)且引入大量接口會導(dǎo)致部署難度的增加,因此,出于上述兩點(diǎn)的考慮,傾向于采用同廠家系統(tǒng),對系統(tǒng)進(jìn)行整體部署,以避免大量異廠家在對接時工作量大幅增加的問題,如圖4所示。

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3 邊緣計算多種智能化部署

3.1 低耦合的基于SVM深度學(xué)習(xí)算法的智能邊緣計算部署方案

    對于低耦合度的基于NFV MANO管理架構(gòu)的邊緣計算部署方案中,由于MEC管理與NFV管理體系分立,未進(jìn)行融合,即MEC管理組件負(fù)責(zé)邊緣應(yīng)用的資源管理和業(yè)務(wù)管理,而NFV管理組件負(fù)責(zé)虛擬網(wǎng)元的資源管理和業(yè)務(wù)配置,這就導(dǎo)致二者對在管理方面復(fù)雜度增加、無法對資源進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和部署。因此,在現(xiàn)有整體部署架構(gòu)下,采用最優(yōu)化的虛擬化資源調(diào)度策略和業(yè)務(wù)管理策略,是現(xiàn)階段需要重點(diǎn)解決的問題。

    具體方案如圖5所示,MEPM對ME APP需要向VIM、MEC主機(jī)分別發(fā)送資源分配和業(yè)務(wù)配置信息,以生成應(yīng)用路由規(guī)則、完成業(yè)務(wù)上線和管理;VFNM對虛擬網(wǎng)元同樣需要向VIM和MEC主機(jī)發(fā)送虛擬網(wǎng)元的資源分配和業(yè)務(wù)配置信息。因此,為了降低NFV和MEC兩天系統(tǒng)之間協(xié)同工作的復(fù)雜度,并且對虛擬資源進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和部署,提高底層資源的利用率,可以將兩類資源分配和業(yè)務(wù)管理信息進(jìn)行特征標(biāo)記,利用支持向量機(jī)SVM的深度學(xué)習(xí)算法,生成統(tǒng)一的資源分配和業(yè)務(wù)配置策略,最大化利用虛擬基礎(chǔ)設(shè)施資源并提高業(yè)務(wù)部署效率。

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3.2 MEC in NFV架構(gòu)

    在高耦合度的NFV MANO管理架構(gòu)的邊緣計算部署方案中,MEC和NFV在資源管理、業(yè)務(wù)下發(fā)等多個步驟中具有緊密的聯(lián)系,導(dǎo)致MEAO在確定業(yè)務(wù)資源規(guī)劃時需要進(jìn)行復(fù)雜的人工設(shè)計,并且與業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)規(guī)模相關(guān),如人工智能相關(guān)的業(yè)務(wù)需要提供GPU加速的MEC資源、大流量業(yè)務(wù)需要FPGA加速的NFV資源等。為了解決業(yè)務(wù)部署時復(fù)雜的資源規(guī)劃問題,可以引入人工智能的方法讓分配的資源更加符合業(yè)務(wù)需求。

    在MEAO中增加智能業(yè)務(wù)需求分析模塊,根據(jù)MEC APP部署所需資源和性能表現(xiàn)的歷史信息,進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和特征提取,然后利用基于機(jī)器學(xué)習(xí)中的決策樹算法,對各類業(yè)務(wù)所需的虛擬資源進(jìn)行學(xué)習(xí)推理,進(jìn)而生成最優(yōu)的業(yè)務(wù)資源匹配策略,最大化提升邊緣計算業(yè)務(wù)的執(zhí)行效率,提高底層資源的利用率,方案如圖6所示。

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4 結(jié)束語

    邊緣計算業(yè)務(wù)與運(yùn)營商從技術(shù)上的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)戰(zhàn)略是相輔相成的關(guān)系。邊緣計算業(yè)務(wù)的快速興起,從業(yè)務(wù)發(fā)展需求的角度對網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的持續(xù)深耕提供強(qiáng)有力的推動和牽引作用。在邊緣計算業(yè)務(wù)規(guī)?;茝V過程中,如何簡潔高效地在NFV MANO基礎(chǔ)之上來部署邊緣計算方案,并提供更加完善的邊緣計算業(yè)務(wù)的端到端管控,從而加速實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的全面云化部署,是運(yùn)營商和相關(guān)產(chǎn)業(yè)界需要思考的一個重要課題。正如2019年7月初在可信云大會上發(fā)布的云計算與邊緣計算協(xié)同九大應(yīng)用場景[7]里描述的那樣,未來邊緣計算相關(guān)產(chǎn)業(yè)界需要在推動邊緣計算業(yè)務(wù)部署落地的同時,體系化地思考邊緣計算和云計算的有效協(xié)同將成為長遠(yuǎn)期推動邊緣計算不斷成熟的關(guān)鍵所在。

參考文獻(xiàn)

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[7] 云計算開源產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟.云計算與邊緣計算協(xié)同九大應(yīng)用場景[Z].2019.



作者信息:

王旭亮1,劉增義1,胡雅婕2,李童瑤2

(1.中國電信股份有限公司研究院,北京102209;

2.北京郵電大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院 信息光子學(xué)與光通信研究院,北京100035)

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