1.2 引爆风口：5G商业化的关键基础设施

1.2.1 从1G到5G的移动通信发展历程

移动通信技术的快速发展深刻地影响了人们的日常生活与工作。4G网络的普及使人们的社交、订餐、导航、看影视剧、打车和支付等需求得到了极大的满足。现在，5G商业化应用已经上路。为了充分挖掘5G的商业价值，我们有必要回顾一下通信技术的发展历程，具体如图1-4所示。

G是“Generation”的缩写，意思是“代”。1G是指第一代通信技术，2G是指第二代通信技术，依此类推，5G是指第五代通信技术。通信技术的更新迭代涉及速率、业务类型、时延和可靠性等多种因素的变化。

◆ 1G：移动通信的起源

1987年，广东省为迎接第六届全运会，建立了国内首个移动通信网络，拉开了国内1G时代的序幕。1G是一种基于模拟技术的蜂窝无线电话系统，包含高级移动电话系统、北欧移动电话系统和全入网通信系统等多种系统，仅支持语音流量传输，网络容量受到了较大的限制。

◆ 2G：移动网络的开始

1G虽然解决了部分通信问题，但它的缺点较为突出，如串号（接通者的电话号码并非拨打的电话号码）和盗号等。1995年，新的通信技术日渐成熟，我国开始进入2G时代（1G网络于1999年正式停用）。2G以数字语音传输技术为核心，从1G到2G实现了从模拟调制到数字调制的转变，系统容量、通话语音质量和抗干扰能力等都得到了一定程度的提升。

2G不仅支持语音通信，还支持收发短信及接入互联网。在2G时代，诺基亚是手机领域的领军者。2G系统主要使用全球移动通信系统、时分多址接入系统和码分多址接入系统等多种系统。

◆ 3G：移动通信新纪元

事实上，在1G和2G时代，对于什么是1G、什么是2G，国际范围内并没有达成一致，相关标准由各国通信行业的标准化组织自主制定。进入3G时代之后，国际电信联盟提出了3G技术的国际通用标准，即IMT-2000。

与2G相比，3G进一步拓展了频谱，传输速率明显提升，这为发展互联网业务奠定了良好的基础。在3G的发展过程中，各种多址方式实现了融合应用，再加上调制技术、编码技术、多载波捆绑和多输入多输出系统等技术的支持，3G的性能得以大幅度提升。

得益于3G网络提供的更为丰富的带宽资源和相对稳定的传输能力，视频通话等大规模数据传输得以普及，移动通信应用愈发个性化、多元化。

◆ 4G：速度的革命

从2013年开始，4G在国内多个城市得到推广普及。4G的传输速度、带宽、通信灵活度与兼容性等均实现了大幅度提升，为网络服务创新提供了更加广阔的发展空间。在4G的支持下，智能手机在人们的日常生活与工作中扮演的角色愈发重要。

◆ 5G：物联网时代来临

随着生活水平的不断提高，科技的快速发展，人们对移动通信的要求越来越高。在智慧工厂、远程手术和无人驾驶汽车等场景中，4G已无法满足需求，在这种情况下，5G应运而生。

AR、VR、IoT和AI等技术的发展推动着移动通信技术革新升级。移动互联网和IoT是5G的两大应用场景。在IoT场景中，设备之间能实时交互，车联网和工业互联网的建设等都需要5G的大力支持。

2018年8月15日，三星宣布推出Exynos Modem 5100基带，这是全球首款完全兼容3GPPRelease 15规范的基带产品。该产品支持2G、3G、4G和5G等多种移动通信标准，可以实现“多模模式”。三星官方公布的数据显示，Exynos Modem 5100基带支持在5G通信环境6GHz以下的低频段内实现最高2Gbps的下载速度，在毫米波频段下的下载速度最高可达6Gbps，能够充分满足无人驾驶汽车等IoT场景的需求。

1.2.2 5G技术引爆万亿级市场

随着5G网络建设进程日渐加快，未来将有更多应用落地。智能家居、无人驾驶汽车和工业互联网等将在5G的支持下实现快速发展。中国信息通信研究院（以下简称“中国信通院”）发布的《5G经济社会影响白皮书》指出，在直接产值方面，以2020年5G全面商用为起点，预计到2020年，5G将带动的直接产值约为4840亿元；到2025年，5G带动的直接产值将增长至3.3万亿元；到2030年，5G带动的直接产值将增长至6.3万亿元。从总体来看，2020年—2030年，5G带动的直接产值的年均复合增长率将达到29%。

在间接产值方面，预计到2020年，5G带动的间接产值将达到1.2万亿元；到2025年，5G带动的间接产值将达到6.3万亿元；到2030年，5G带动的间接产值将达到10.6万亿元。从总体来看，2020年—2030年，5G带动的间接产值的年均复合增长率将达到24%。5G商用产值预测如图1-5所示。

在5G时代，边缘计算将进入快速发展阶段。IoT应用多元化将进一步推动边缘计算的发展，5G通信运营商、设备供应商和技术服务商等将因此获得广阔的发展空间。

边缘计算将促使网络架构实现颠覆性变革，并对网络建设和运维链条产生深远影响。边缘计算为IoT业务落地提供了良好的技术条件，并可以让IoT系统的智能应用、实时业务和安全保障等需求得到极大的满足。

3GPP定义了5G支持的增强型移动宽带（Enhance Mobile Broadband, eMBB）、海量机器类通信（Massive Machine Type Communications,mMTC）和超可靠低时延通信（Ultra Reliable Low Latency Communications,uRLLC）三大应用场景，它们所需的网络性能存在一定的差异。在无线端，一系列新技术的出现为满足差异化的应用场景需求提供了有力的支持。而在传输网络端，硬件技术很难在短时间内实现突破式发展。在此情况下，要想满足实际应用场景的需求，就必须创新网络架构。

5G网络采用了资源池云化、控制面/用户面分离等全新的网络架构，可以使传输网络端的应用场景需求得到有效满足。边缘计算正是5G网络架构革新的重要支撑性技术。

为了确保传统网络架构中的网元功能完整，需要对所有网元进行单独配置，这对网元之间的协同配合产生了一定的影响。具体来说，5G网络架构对网络功能进行解耦，控制面保留在核心网中，回传网、城域网和接入侧前传网的网元负责用户面的数据传输与处理工作，系统可以通过对网元资源进行灵活配置来提供多元化的网络功能。

5G的eMBB场景将推动超清视频、AR和VR等应用的落地；mMTC场景将进一步加快智能家居、智慧城市和广域IoT等应用的发展进程；uRLLC场景将使能源互联网、自动驾驶汽车和工业互联网等走向成熟。随着网络底层技术的创新，全新的产业应用和商业模式随之而来，这对网络性能提出了更高的要求。传统的网络架构主要通过核心网中的数据中心机房处理数据，即：边缘节点先将数据传输到核心网，核心网对其进行处理后再向边缘节点发布各种指令。

5G网络架构通过应用边缘计算技术，在靠近数据源一端的边缘节点部署网关、基站和服务器等设备，并赋予其数据处理与存储的能力，将局域性数据、低时延业务和敏感性数据等放在边缘端进行处理，无需将这些数据传输到核心网，从而提高了服务响应速度，保证了数据安全，为用户提供了良好的体验。

未来，设备商将不断提升底层网络节点的计算和传输能力；运营商将持续推动组网架构创新，使边缘计算能力实现快速提高。边缘计算具备良好的兼容性，既支持5G网络，也支持4G网络，这将有助于网络运营商在现有网络架构的基础上革新升级，有计划、有重点地部署边缘节点。具体来看，网络运营商可以通过以下几步推进边缘计算的全面商用。

（1）以4G网络为主导的阶段。网络运营商可以逐步在边缘端增加边缘计算节点，对业务数据进行分流。例如，网络运营商可以在基站接入端部署边缘计算，利用边缘计算节点将本地业务分流至本地服务器，以此降低网络传输负载。随着基带处理单元（Building Base band Unit,BBU）池化成为主流发展趋势，网络运营商可以在BBU池机房部署边缘计算，以提高边缘计算业务的复用率，降低设备资源的占用率。

（2）5G商业化初级阶段。得益于网络虚拟化技术的日益成熟，网络运营商可以对5G接入机房进行虚拟化改造，通过基站BBU虚拟化建立CloudBBU，并将其部署到机房数据中心；将核心网元的控制功能与转发功能分离，将网关节点拆解为SGW-C、PGW-C、TDF-C等控制面网元（部署在核心网机房）和SGW-U、PGW-U、TDF-U等转发面网元（部署在接入机房），然后将边缘计算节点、转发面网元和Cloud-BBU共同部署到接入机房数据中心。

（3）5G全面商业化阶段。数据中心是5G网络架构的关键基础设施，而云平台则是5G网络的基础平台。云平台包括边缘云、核心云、汇聚云和接入云四大云中心。依托5G网络架构，边缘计算将借助5G用户面功能（User Plane Function,UPF）和策略控制功能（Policy Control Function,PCF）进行分流，控制分流策略。

具体来说，5G网络利用PCF为会话管理功能（Session Management Function,SMF）配置分流策略，然后由SMF将分流策略传输至基站和UPF，从而帮助UPF完成分流，最后将业务分流至移动边缘计算（Mobile Edge Computing,MEC）服务器。在5G网络的作用下，UPF和PCF这两个新网元明确了边缘计算的计费方式和应用策略，为边缘计算的商业化应用奠定了良好的基础。

1.2.3 构建基于5G场景的边缘计算

5G业务场景比较复杂，而且不同业务场景对数据处理、存储和传输等的要求存在一定的差异。因此，边缘计算需要同时在多种网络层次部署，以便为多元化的5G业务提供支持。在5G网络中，用户根据实际需要可以在接入云、边缘云和汇聚云部署边缘计算节点。在部署边缘计算节点时，需要注意以下几个方面。

（1）针对时延要求较高的场景，可以在集中单元（Centralized Unit，CU）机房部署边缘计算节点。5G基站接入分布式单元（Distributed Unit, DU）或CU机房。其中，DU主要面向物理层、转发层等业务层；CU则主要面向较高层级的网络协议。在靠近基站一端就近部署边缘计算节点后，可以实现本地业务的快速处理，使用户获得延时在4毫秒以内的极致服务体验。

需要指出的是，边缘计算节点业务覆盖范围有限，若采用在CU机房部署边缘计算节点的部署策略，则难以为无人驾驶汽车等高速移动应用场景提供支持，但在AR和VR等移动性较低、对时延要求较高的领域却有绝佳表现。

（2）针对移动性、时延性要求较高的业务以及大流量业务，可以在边缘云机房部署边缘计算节点。具体部署策略为，利用接入环将边缘计算节点和CU连接，或者将边缘计算节点和CU同时部署在边缘云机房，然后利用中传网络和DU实现连接。5G回传网包括CU与DU两个组成部分，初期可以采用CU和DU合设方式，后期可以采用CU与DU离设方式（将CU部署在靠近汇聚层位置，将DU部署在靠近接入侧位置）。

将边缘计算节点部署在边缘云机房后，便可以对更大范围的基站网络资源进行整合与配置，对时延拥有较强的控制能力。这将为车联网业务创造广阔的应用空间。

（3）针对流量大、覆盖范围广的业务，可以将边缘计算节点部署在汇聚层机房。在部署过程中，需要将边缘计算节点和核心网转发面UPF同时部署在汇聚层，在确保较大的业务覆盖范围的同时，也能利用低层次网络为本地业务提供支持，以减轻传输网带宽的负担。

电信运营商是移动边缘计算产业的核心参与主体，它们主要负责底层网络建设和机房部署，为边缘计算提供设备支持。在具体的边缘计算业务中，电信运营商作为主导者，既可以向电信设备商提供5G网络和边缘计算平台端口，也可以和第三方厂商合作开展联合运营。

① 电信运营商。电信运营商是5G基础网络资源的核心提供者，可以结合具体的应用场景提供定制化的边缘计算解决方案和部署策略。边缘计算在业务流程的各个环节都能发挥一定的作用，但电信运营商却缺乏可供借鉴的行业应用案例，这给部署工作带来了一定的挑战。为了解决这一问题，电信运营商可以自行开发网络端口，或者与第三方联合部署并运营边缘计算平台。

② 电信设备商。边缘计算对专用服务器、网关等设备的性能提出了一定的要求。与传统的数据中心机房相比，部署边缘计算节点的机房分散度较高、单体规模相对较小，所需要的服务器、网关和光模块等必须具有更高的可靠性、更低的功耗，这给电信设备商带来了极大的挑战。

③ 第三方厂商。目前，边缘计算和5G都处于初级发展阶段，电信运营商缺乏足够的行业应用经验，引入第三方厂商可以整合更多的优质资源，降低成本，减少风险。第三方厂商要把握住这一机遇，在自身擅长的领域精耕细作，在技术、模式和管理等方面构建核心竞争力。

1.2.4 边缘计算在5G时代的五大应用场景

在5G诸多的应用场景中，边缘计算在流量本地化服务质量（Quality of Service,QoS）优化、AR/VR、视频监控与智能分析、车联网和工业互联网等场景中的应用尤其值得期待，这五大应用场景如图1-6所示。

◆ 流量本地化QoS优化

CDN向移动端和边缘端转移是主流趋势。传统移动网络的数据传输管道与数据之间的交互性较弱，用户可以获得的空口资源有限，而且无线信道质量不稳定，不能通过对应用层参数进行动态调整来满足用户需求。如果将边缘计算节点部署在接入层和传输层之间，就能同时获得接入侧无线信道数据和业务层传输控制协议（Transmission Control Protocol,TCP）数据，这有助于实现双向跨层优化，为用户提供更好的体验。而且，边缘节点被部署在靠近数据源一端，这有效地减轻了回传网的带宽负担，更有利于利用域名系统协议（Domain Name System,DNS）在控制面为边缘CDN节点配置流量。

◆ AR/VR

AR/VR技术的崛起，使人们与虚拟世界的交互方式发生了巨大改变。在AR/VR应用场景中，为了给用户提供良好的体验，需要对AR/VR图像进行实时渲染。相关研究发现，利用边缘计算服务器或移动设备处理AR/VR计算任务，能够有效提高任务处理效率。

在提供沉浸式体验的AR/VR场景中，如果时延较高，就会让用户产生眩晕感，所以，降低时延尤为关键。同时，终端设备往往需要通过安装大型App来增强场景感染力，这就对终端设备的内存和续航等提出了更高的要求，不利于终端设备的推广普及。

将边缘计算节点部署在接入端后，系统就可以根据用户的需求为其提供个性化的AR/VR内容，降低终端设备的存储要求，并提高服务响应速度。而且，边缘计算节点可以对用户进行精准定位，分析用户在特定场景中的需求，从而为探索广告和内容电商等商业模式提供巨大的想象空间。

在边缘计算服务器中搭建支持多用户的VR程序处理框架MUVR后，可以实现VR图像渲染处理本地化，还可以通过重复利用VR图像帧来减轻边缘计算服务器的计算与通信负担。在移动端搭建VR框架Furion后，可以实现对VR负载的分类，即前景交互VR负载和背景环境VR负载。其中，前景交互VR负载由云端处理，而背景环境VR负载则由移动端处理，用户可以在移动设备中体验更加优质的VR应用。

◆ 视频监控与智能分析

回传流量大且大部分监控画面价值低是视频监控的两大特征，这决定了对监控数据进行本地存储或实时回传的价值相对较低。边缘计算平台可以对视频数据进行分析和处理，过滤掉那些低价值甚至没有价值的数据，将高价值数据回传至核心网数据中心进行存储与利用，减少对带宽和存储资源的占用，提升数据的处理效率。

◆ 车联网

车联网业务涉及5G应用场景中的uRLLC场景。需要说明的是，车辆对外界的信息交换时延应该控制在20毫秒以内，而自动驾驶对时延的要求更高，必须控制在5毫秒以内。边缘计算为车联网实现超低时延提供了有效的解决方案。考虑到车辆的高速移动特性，必须通过多基站协同来确保车联网的持续性和稳定性。

5G网络连续性会话业务模式包括传统模式、先建后断模式和先断后建模式。为保证边缘计算业务的连续性，运营商可以结合网络环境来合理设置实现策略，并结合本地配置、应用请求和签约信息等采用个性化的应用服务模式。边缘计算节点只有与运营商网络架构、业务模式等相匹配，才能为5G应用提供有力的支持。

◆ 工业互联网

在工业4.0时代，工业领域的无线需求非常旺盛。运用蜂窝网络建立应用边缘计算技术的本地化工业云平台，对设备、流水线和车间等相关数据进行实时处理和本地分流，能够大幅度提高生产效率，降低人力和物力成本。

随着5G商业化进程日渐加快，一系列全新的应用将密集落地。边缘计算是5G业务落地的基础平台之一。目前，运营商和科技企业等都在积极推进5G发展，边缘计算产业将因此获得长足的发展。

中国信通院指出，我国移动数据流量增速高于全球平均水平，预计2010年—2020年将增长300倍以上，2010年—2030年将增长4万多倍。其中，发达城市及热点地区的移动数据流量增速更快，预计2010年—2020年，上海市移动数据流量将增长600倍，北京市热点地区的移动数据流量将增长1000倍。在这种背景下，IoT设备将进入快速增长阶段，并驱动流量和应用规模爆发式增长。