Chmury obliczeniowe zapewniają powszechny, wygodny dostęp do teoretycznie „nieograniczonych” zasobów obliczeniowych umożliwiających oferowanie nowych usług wykorzystujących nowe modele biznesowe bazujące na zasadzie „płać za użycie”. Jednakże, konieczność przesyłania danych pomiędzy użytkownikiem a centrum danych często zlokalizowanym w znacznej odległości, stanowi barierę dla rozwoju usług wymagających przetwarzania danych w czasie zbliżonym do czasu rzeczywistego, np. AR/VR, gier interaktywnych, czy 360 wideo. Nowym rozwiązaniem jest wykorzystanie zasobów obliczeniowych dostępnych poza chmurami obliczeniowymi, zgodnie z koncepcją tzw. „mgły obliczeniowej” (Fog computing), obejmującą zarówno zasoby obliczeniowe na brzegu sieci oferowane w ramach systemów MEC (Multi-Access Edge Computing) jak i zasoby urządzeń zlokalizowanych w otoczeniu użytkownika (mist computing). W ramach prezentacji zostaną przedstawione: i) założenia, koncepcja oraz różnice pomiędzy systemami Fog/Edge/MEC Computing, ii) architektura tych systemów, iii) przykłady nowych aplikacji i usług, które wykorzystują nowe możliwości oferowane przez systemy Fog/Edge/MEC, iv) stan rozwoju techniki przetwarzania na brzegu sieci, obejmujący zarówno stan standaryzacji (np. ETSI MEC), jak i kierunki prac badawczych. W szczególności, pokrótce zostaną omówione obecnie realizowane prace w ramach projektów międzynarodowych tworzących otwarte oprogramowanie oraz rozwiązanie obecnie opracowywane w kraju dla Systemu MEC oferującego usługi przetwarzania danych na brzegu sieci.

1. Techniki przetwarzania danych na brzegu
sieci (Fog/Edge/MEC Computing)
Dr hab. Andrzej Bęben
Politechnika Warszawska, Instytut Telekomunikacji
Instytut Łączności – Państwowy Instytut Badawczy
Bartosz Belter
Kierownik Działu Sieci Nowych Generacji, Poznańskie Centrum
Superkomputerowo Sieciowe

2. www.plnog.pl
Plan
1. Wprowadzenie
2. Czym jest Fog/Edge/MEC?
3. SyMEC - projektowany System MEC
4. Zaproszenie do współpracy
• Opracowanie wymagań
• Integracja SyMEC z infrastrukturą operatorów
• Środowisko testowe dla twórców aplikacji
6. Podsumowanie

3. www.plnog.pl
Wprowadzenie (1)
• W ostatnich latach obserwujemy znaczący rozwój technik chmur obliczeniowych
3

4. www.plnog.pl
Wprowadzenie (2)
• Techniki chmur obliczeniowych zmieniły sposób oferowania usług w Internecie:
• zapewniając powszechny, wygodny dostęp do „teoretycznie nieograniczonych” zasobów obliczeniowych
(mocy obliczeniowej, pamięci, składowania danych) oraz aplikacji i usług, które są udostępniane
„na żądanie”.
42016 2021

5. www.plnog.pl
Wprowadzenie (3)
Który model (XaaS) usług rozwija się najszybciej? (IaaS, PaaS, SaaS,..)
5

6. www.plnog.pl
Wprowadzenie (4)
• Dlaczego techniki chmurowe?
• Pros:
• Niższe koszty inwestycyjne/operacyjne (CAPEX/OPEX)
• Większa elastyczność we wdrażaniu usług
• Lepsze wykorzystanie zasobów ze względu na agregację
• Dostęp do wielu potencjalnych odbiorców, tj. użytkowników Internetu
• Cons:
• Istotne zwiększenie ruchu w sieci Internet
• Znaczne opóźnienie przekazu pakietów pomiędzy użytkownikiem
a centrum danych
• Ryzyko niedostępności lub utraty danych
• Bezpieczeństwo
6

7. www.plnog.pl
Wprowadzenie (5)
A może przenieść część aplikacji w otoczenie użytkownika, np. na brzeg sieci?
• istotne zmniejszenie opóźnienia przekazu pakietów(~ 1 ms)
• zredukowanie ruchu w sieci (zwłaszcza międzydomenowego)
• odciążenie terminali użytkownika vs. wykorzystanie obliczeń na urządzeniach
końcowych
• zwiększenie dostępności usług i ich bezpieczeństwa
7

8. www.plnog.pl
Fog Computing:
1. NIST: everything beyond a cloud is a
Fog
2. IoT: wykorzystanie mocy
obliczeniowej urządzeń końcowych
Edge Computing - wykorzystanie mocy
obliczeniowej urządzeń w sieci
1. ETSI MEC (Muliti-access Edge
Computing aka. Mobile Edge
Computing)
Fog/Edge/MEC Computing (1)

9. www.plnog.pl
1. Zwiększenie udziału operatorów w
świadczeniu usługi/aplikacji chmurowych
2. Lepsze wykorzystanie zasobów =>
1 krok w kierunku infrastruktury sieciowo-
obliczeniowej
3. Nowe aplikacje i nowe możliwości
• Aplikacje rozszerzonej /wirtualnej
rzeczywistości AR/VR
• Przemysł 4.0
• Autonomiczne samochody
• Internet Rzeczy/Wszystkiego
• …
4. Otwarcie na niezależnych twórców
aplikacji MEC
Potencjał technik Fog/Edge/MEC Computing

10. www.plnog.pl
Architektura ETSI MEC
ETSI MEC (Multi-access Edge Computing)
• Bazuje na technice NFV
• Główne komponenty:
• Serwer MEC
• Platforma MEC
• Orkiestrator
• Zarządca platformy MEC
• Zarządca VIM
• OSS
10

11. www.plnog.pl
Idea wdrożenia MEC w sieci
• Umieszczenie serwerów MEC możliwie blisko użytkownika
• Uruchomienie aplikacji na serwerze MEC i przekierowanie ruchu

12. www.plnog.pl
Scenariusze wdrożenia MEC
• Różne rozwiązania w zależności od rodzaju sieci

13. www.plnog.pl
Stan rozwoju techniki MEC
• Zdefiniowana koncepcja MEC
• Pierwsze standardy przez ETSI MEC (2017/2019) i 3GPP
• Implementacje PoC
• Pojawiają się pierwsze produkty (vendor lock-in), ale brak wdrożeń
• Duża aktywność projektów open source:
• Open NFV Edge
• ONAP Edge (AT&T Edge)
• OpenStack Edge
• Akraino Edge Stack (aplikacje MEC)

14. www.plnog.pl
Projekt SyMEC (1)
• Cel projektu: Zaprojektowanie, implementacja i przetestowanie
kompletnego Systemu MEC (Multi-access Edge Computing)
• Dofinansowany przez NCBiR, konkurs POIR.04.01.02
• Okres realizacji: 1.06.2019 – 31.05.2022 (36 miesięcy)
• Koszt projektu: 8 mln PLN (dofinansowanie 6,5 mln PLN)
• Partnerzy konsorcjum:
• Instytut Łączności – PIB (IŁ-PIB) - lider
• Poznańskie Centrum Superkomputerowo Sieciowe (PCSS)
• Politechnika Gdańska (PG)
• DGT S.A. (DGT)
• ADVA Optical Networking S.A. (ADVA)

15. www.plnog.pl
System SyMEC (1)
SyMEC obejmuje 3 główne komponenty:
• Serwery MEC, nowe urządzenia wykorzystujące platformę sprzętową ARM
oraz platformę programową wykorzystującą technikę wirtualizacji funkcji
sieciowych (NFV), które umożliwiają automatyczną migrację aplikacji/usług
aplikacji/usług do otoczenia użytkownika
• Orkiestrator MEC i system zarządzania
aplikacjami/usługami MEC bazujący na
technice MANO*
• Repozytorium aplikacji MEC umożliwiające:
publikowanie, przechowywanie
i udostępnianie aplikacji MEC
opracowanych przez niezależnych twórców
Serwer MECSerwer MEC
Orkiestrator MEC
MECMEC
MECMEC
Serwery MECSerwery MEC
Interfejs użytkownika
(Web GUI/Shell)
API Repozytorium
aplikacji MEC
Repozytorium
aplikacji MEC
Repozytorium
aplikacji MEC
Administrator
Systemu MEC
*MANO - Management and Orchestration

16. www.plnog.pl
Architektura SyMEC (2)
• Zachowana zgodność z ETSI MEC

17. www.plnog.pl
Procesy w SyMEC
I. Procesy umieszczenia/usunięcia aplikacji z systemu (obsługa dostawców usług/aplikacji)
• Proces umieszczenia nowej aplikacji (application package on-boarding)
• Proces sprawdzenia aplikacji w systemie (query application)
• Proces włączenia/wyłączenia dostępności aplikacji w systemie (enable/disable application)
• Proces usunięcia aplikacji z systemu (delete application)
II. Procesy na styku terminal użytkownika <-> SyMEC
• Pobranie listy dostępnych aplikacji (user application look-up)
• Utworzenie sesji (application context create)
• Zakończenie sesji (application context delete)
III. Procesy ustanowienia instancji aplikacji (obsługa wywołań użytkownika)
• Proces ustanowienie instancji aplikacji (application instantiation)
• Proces wyłączenia instancji aplikacji (application termination)
17

18. www.plnog.pl
SyMEC - proces obsługi żądania aplikacji
18

19. www.plnog.pl
SyMEC – faza korzystania z aplikacji
19

20. www.plnog.pl
Serwer SyMEC
Budowany w oparciu o energooszczędne procesory ARM64 v8.1:
• CPU: 2x Cavium/Marvell 24 Cores@2GHz (łącznie 48 Cores@2GHz)
• RAM: 128GB
• Interfejsy sieciowe: (240 Gbps)
• 2x 40GbETH (QSFP+) per CPU
• 4x 10GbETH (SFP+) per CPU
• Wsparcie sprzętowe DPDK
• Wirtualizacja:
• Kontenery (Docker)
• KVM + kontenery

21. www.plnog.pl
Orkiestrator MEC & repozytorium
Obecnie dostępne orkiestratory (MANO, ONAP, ….) są opracowane dla techniki
NFV, dlatego wymagają rozszerzenia o:
• Wsparcie dla kontenerów (Docker )
• Orkiestrację aplikacji/usług użytkownika
• Zarządzanie usługami platformy MEC
• Rejestr usług MEC
• Stan sieci dostępowej
• Mobilność aplikacji

22. www.plnog.pl
Przykładowe aplikacje MEC
1. Aplikacje użytkownika:
• Rozszerzona/wirtualna rzeczywistość
• Gry interaktywne
Źródło: Akarino / ETSI

23. www.plnog.pl
Przykładowe aplikacje MEC
1. Aplikacje użytkownika:
• Sieci samochodowe
• lokalny kontekst
• lokalizacja
• współpraca z chmurą
Źródło: Akarino / ETSI

24. www.plnog.pl
Przykładowe aplikacje MEC
1. Aplikacje użytkownika:
• Aplikacje monitoringu wizyjnego – analiza obrazu na brzegu
Źródło: Akarino / ETSI

25. www.plnog.pl
Przykładowe aplikacje MEC
1. Aplikacje użytkownika:
• Obsługa ruchu IoT
Źródło: Akarino / ETSI

26. www.plnog.pl
Przykładowe aplikacje MEC
1. Aplikacje użytkownika:
• Zwiększenie wydajności istniejących aplikacji
Źródło: Akarino / ETSI

27. www.plnog.pl
Przykładowe aplikacje MEC
2. Aplikacje sieciowe
• vCDN
• vCPE
• vOLT
• cloud RAN
• ….
Źródło: Akarino / ETSI

28. www.plnog.pl
Integracja SyMEC z systemami OSS/BSS (1)
Business Support Systems (BSS) – systemy wspierające operacje biznesowe:
• Obsługa bazy klientów
• Obsługa żądań klientów
• Zarządzanie cyklem życia usług telekomunikacyjnych
• Przetwarzanie rachunków i obsługa płatności
Operations Support Systems (OSS) - systemy informatyczne wykorzystywane przez
dostawców usług cyfrowych i operatorów telekomunikacyjnych.
Wspomagają procesy:
• inwentaryzacji sieci,
• dostarczenia usług na żądanie,
• konfiguracji elementów sieci
• zarządzania błędami.
Oba systemy działające razem często są skracane do BSS/OSS lub B/OSS

29. www.plnog.pl
Integracja SyMEC z systemami OSS/BSS (2)
Tele Management Forum (TM Forum) - międzynarodowa organizacja
zrzeszająca dostawców usług i sieci telekomunikacyjnych, dostawców
systemów zarządzania oraz dostawców elementów sieci.
TM Forum opracowało model procesów w sieciach telekomunikacyjnych
ukierunkowany na zarządzanie logiką biznesową.
Architektura zaproponowana przez TM Forum uwzględnia procesy
występujące u większości dostawców usług cyfrowych lub operatorów
telekomunikacyjnych.
TMF Frameworx to zestaw najlepszych praktyk i standardów, które po
zaimplementowaniu umożliwiają wysoce zautomatyzowane i wydajne
podejście do operacji biznesowych zorientowanych na usługi:
• Znormalizowane modele danych
• Znormalizowane wskaźniki biznesowe
• Pakiet otwartych interfejsów pomiędzy komponentami systemu OSS/BSS,
umożliwiające łatwiejszą integrację między platformami
• Components
• Processes
• Information Model
• Open APIs

30. www.plnog.pl
Integracja SyMEC z systemami OSS BSS (3)
W planach jest integracja Systemu SYMEC z implementacją Systemu OSS/BSS z
projektu GÉANT i testy w środowisku zbliżonym do rzeczywistego.
SyMEC będzie udostępniać interfejsy zgodne z TMF OpenAPI w celu zapewnienia
prostej integracji z systemami OSS/BSS operatorów i dostawców usług:
• Współpraca poprzez Activation API oraz Configuration API
Główne komponenty systemu OSS/BSS uwzględnione w procesie integracji z SYMEC:
• Self-service Portal (Admin View /User View),
• R&S Inventory,
• BPM (Activiti),
• CRM (SuiteCRM),
• Order Management (OTRS)
• ESB (Camel) 9
Management Console
OpsDB Cacti
SYMEC
Network of MEC servers
Management Console

31. www.plnog.pl
Zaproszenie do współpracy
• Testowania aplikacji stron trzecich w
rozproszonym środowisku sieciowym projektu
• Udostępnienia środowiska deweloperskiego i
uruchomieniowego projektu dla nowych
aplikacji
• Integracji z systemowym repozytorium
aplikacji (z możliwością pobierania opłat za
wykorzystanie aplikacji przez użytkowników)
Konsorcjum SyMEC serdecznie zaprasza operatorów telekomunikacyjnych oraz twórców aplikacji
do współpracy w zakresie:
Oferujemy pełne wsparcie techniczne oraz możliwość dostarczenia urządzeń testowych
(prototypów) do lokalizacji wskazanej przez zainteresowane strony
• Dyskusji nad wymaganiami operatora
względem systemów MEC
• Testowania nowego rozwiązania na polskim
rynku w środowiskach testowych operatorów
• Integracji Systemu SYMEC z systemami
OSS/BSS operatorów

32. Dziękuję …
Dr hab. Andrzej Bęben
abeben@tele.pw.edu.pl
Bartosz Belter
bartosz.belter@man.poznan.pl