7. 云化接入网（Cloudification of Access）

前几章以循序渐进的方式的方式介绍了5G相关内容。首先将5G分解为基本组件，然后展示如何以基于云的设计最佳实践将这些组件组装在一起，构建一个功能完整、符合3GPP规范的5G蜂窝网络。在这个过程中，我们很容易忽略蜂窝网络正在经历一场戏剧性变革这个大图景，而这才是5G的意义所在。最后，我们将对这一大趋势提供一些观察思考。

7.1. 多云部署（Multi-Cloud）

要理解将云技术应用于接入网的影响，首先要了解云。云计算从根本上改变了我们的计算方式，更重要的是，改变了创新的步伐。它通过以下组合来做到这一点：

• 分解（Disaggregation）：基于开放接口将垂直集成的系统分解成独立的组件。
• 虚拟化（Virtualization）：能够在通用硬件平台上运行这些组件的多个独立副本。
• 通用化（Commoditization）：能够根据工作负载的要求，在通用硬件上弹性伸缩这些虚拟组件。

同样的情况也会发生在接入网上，或者从另一个角度来看，云本质上就可以扩展到接入网。

图37从一个较高的角度展示了最终有可能会演进成怎样的架构，整个云跨越了边缘云、私有电信云和公有云，我们将这种云的集合称为“多云（multi-cloud）”。每个独立的云站点都可能属于不同的组织（包括蜂窝基站），因此，每个站点都可能是多租户的，能够为其他人和组织托管（和隔离）应用程序。这些应用程序将包括RAN和核心网服务（如本书前面所述）的组合，在公有云中常见的OTT（Over-the-Top）应用程序（现在也分布在边缘云上），以及新的电信管理应用程序（同样分布在中心和边缘位置上）。

最终，我们可以期待会有通用API出现，从而降低任何人（不仅仅是今天的网络运营商或云服务提供商）获取所需的存储、计算、网络和连接资源来跨多个站点部署应用程序的障碍。

7.2. 边缘云即服务（EdgeCloud-as-a-Service）

在上一节讨论的所有内容中，将支持5G的边缘云部署为集中管理的服务，正在获得越来越多的关注。如图38所示，其思想是在企业中部署边缘云，配置RAN和移动核心网的用户面组件（以及企业希望在本地运行的任何边缘服务），然后从中心云管理该边缘部署。中心云负责运行边缘云的管理门户，以及移动核心网的控制面。这类似于在5.2节中讨论的多云配置，只是增加了能够从单个中心位置管理多个边缘部署的特性。

这种部署的价值在于将5G无线网的优势引入企业，包括支持实时控制大量移动设备所需的可预测、低延迟通信。工厂自动化是这种边缘云的一个重要用例，对物联网的支持是ECaaS发展的重要动力。

可以想到，最近的很多商业活动都和这个方向有关。不过现在也有这方面的开源项目，Aether是一个典型，现在可供早期采用者评估和试验。Aether是ONF运营的ECaaS，支持4G和5G，由本书中说介绍的开源组件构建。Aether可以使用授权或者和非授权的频段（如CBRS），当然非授权频段可以让这样的部署更容易。图39描述了Aether的集中管理、多站点部署的早期架构。

请注意，图39中的每个边缘站点对应于第6章中描述的CORD POD，该POD经过重新配置，从而将移动核心网的运维接口和控制组件卸载到中心云上。

延伸阅读： 有关Aether的更多信息，请访问Aether官网^[1]。

7.3. 研究方向（Research Opportunities）

还有大量问题需要研究解决，才能让本章描述的场景成为现实，其中许多问题是由于接入网络和边缘云之间界限模糊的结果，我们将其称为接入边缘（access-edge），下面我们通过例举一些挑战和机遇的例子来总结这些问题：

• 多接入（Multi-Access）：接入边缘将需要支持多种接入技术（如WiFi、5G、光纤等），并允许用户在它们之间无缝移动。需要进行研究以打破现有技术壁垒，并为常见问题（如安全性、移动性、QoS等）设计融合解决方案。
• 异构性（Heterogeneity）：由于接入边缘将会被要求支持低延迟和高带宽连接，许多边缘功能将通过可编程白盒交换机实现，使用特定领域处理器（例如GPU、TPU等）也将更为普遍。需要研究如何调整边缘服务以利用异构资源，以及如何利用这些构建块的集合构建端到端应用程序。
• 虚拟化（Virtualization）：接入边缘将使用一系列技术将底层硬件资源虚拟化，从虚拟机到容器到无服务器架构，通过一系列L2、L3和L4/7虚拟网络互连，其中某些部分将由SDN控制应用程序管理。关于如何虚拟化计算、存储和网络资源，需要对云原生服务和面向接入的VNF（Virtualized Network Functions，虚拟化网络功能）的假设进行协调研究。
• 多租户（Multi-Tenancy）：接入边缘将支持多租户，可能有不同的相关方（运维人员、服务提供商、应用程序开发人员、企业等）负责管理不同的组件。由于不同的组件需要以不同的自治级别运行，因此不太可能在单个信任域中部署整个接入边缘。如何最小化租户隔离造成的额外开销，还需要进行研究。
• 定制化（Customization）：需要能够为不同类型的用户和应用程序提供差异化、定制的服务，才能最大程度提升接入边缘的变现价值。这被称为网络切片（参见第5.3节），涉及到在服务链粒度（代表支撑某些用户服务的功能组件）上支持性能隔离。需要进行研究以加强性能隔离，以保证服务质量。
• 近实时（Near-Real Time）：接入边缘将是一个高度动态的环境，具有不断适应移动性、工作负载和应用程序需求的能力。支持这样的环境需要严格的控制回路，控制软件将在边缘运行。需要研究和分析控制回路，定义基于分析的控制器，并设计动态适应机制。
• 数据规约（Data Reduction）：接入边缘将连接越来越多的设备（不仅仅是手机），所有这些设备都能够产生数据。支持数据规约将是至关重要的，这意味着在接入边缘需要消耗大量算力（可能包括特定领域处理器）。需要研究将应用程序重构为边缘规约和后端分析两个子组件的方法。
• 分布式服务（Distributed Services）：所有服务本质上都将是分布式的，一些功能运行在接入边缘，一些功能运行在数据中心，一些功能运行在本地或终端设备（例如车载设备）。支持这样的环境需要多云解决方案，从而与任何单一基础设施解耦。需要研究怎样以启发式方法进行功能布局。
• 可伸缩性（Scalability）：接入边缘可能会跨越数千甚至数万个边缘站点，与管理单个数据中心相比，远程协调许多边缘站点的能力（即使只是在基础设施级别）本质上是一个不同的挑战。需要研究怎样扩展边缘平台以及支持大规模部署的边缘服务。

延伸阅读： 想要更好的理解在接入边缘的研究机会，可以参考2019年4月发表于ACM SIGCOMM CCR的《民主化的网络边缘（Democratizing the Network Edge）》^[2]。

Reference:

[1] https://www.opennetworking.org/aether/

[2] https://ccronline.sigcomm.org/wp-content/uploads/2019/05/acmdl19-289.pdf