移動邊緣計算系統服務器測試方法

付韜

摘要 云計算中心能夠提供彈性的資源池，促進了互聯網中“資源即服務”模式的發展。然而隨著物聯網和5G網絡的技術成熟，海量通信終端的接入需要移動通信服務提供實時性更強的解決方案，以滿足智能終端的延遲敏感應用、物聯網海量數據邊緣聚合等資源密集型應用的需求。移動邊緣計算作為鄰近移動終端的局部云平臺方案，以移動互聯網通信基站作為云服務節點，在互聯網拓撲結構中距離移動終端更近，能夠增強未來智能互聯設備的工作性能，支撐更多復雜應用的研發與推廣。本文針在分析現有移動邊緣計算系統架構的基礎上，簡單探究了移動邊緣計算服務器的測試方法。

【關鍵詞】移動互聯網 移動邊緣計算 系統測試

1 背景

隨著移動通信即將進入5G時代，智慧城市、大數據、物聯網等技術與移動互聯網相結合，提供更加深度處理的信息服務。隨著以物聯網為代表的可通信終端數量遵循摩爾定律增多，如此大量的節點訪問云計算中心是十分低效的。同時，手機等智能終端運行更多資源密集型的應用，需要實時獲得更多的云服務。在上述背景下，尋找智能終端和云計算中心之間的折衷方案成為一種共識。為了提高云資源的獲取速度，國內外提出了霧計算、移動邊緣計算、Cloudlet等技術。

霧計算各節點資源較少，主要用于數據初步處理，強調組網節點資源共享;Cloudlet則依托WIFI路由器提供資源，適用于家庭環境。這兩種方案的節點資源相對較少，均適用于終端較少的生活與生產環境，移動邊緣計算旨在向移動用戶提供邊緣云服務，可同時向大量用戶提供計算、存儲與信息共享功能。未來在城市中，移動邊緣計算服務器可以成為移動通信基站的一部分，向手機用戶提供附加服務;在物聯網環境中，可以作為數據匯聚的中心節點，提高信息采集效率，進行復雜的與處理工作;在5G網絡中，可以實現高效信息共享，提供高清視頻與增強現實服務。英特爾與中國移動提出了采用移動邊緣計算技術實現的高清在線視頻加速系統。可見不久的將來，移動邊緣計算支撐的各類應用將提高整個移動互聯網的服務水平。

目前，移動邊緣計算領域存在多種架構各異的實現方案，尚沒有完整的移動邊緣計算測試方案，這為評估相關系統并選擇合適的技術方案帶來困難。本文分析了移動邊緣計算系統的基本架構，簡單討論了其各子系統的測試方法。

2 移動邊緣計算

移動邊緣計算（ Mobile Edge Computing，MEC）的雛形是諾基亞實現的可鄰近獲取云服務的小型服務基站，2014年歐洲電信標準化組織ETSI給出了其定義，可以認為移動邊緣計算是在移動互聯網基站提供信息服務和云計算資源的技術，由于部署在鄰近移動終端的網絡邊緣，能夠適應延遲敏感應用的需求。與霧計算等弱基站不同，移動邊緣計算依托LTE移動運營商基站，可以加載面向多連接并行處理的計算、存儲和通信資源，為區域內大量用戶同時服務。這種運營模式有利于快速推廣移動云服務，提高相關設備和資源的復用程度，實現高性能邊緣云平臺的高利用率，能夠更快地支撐相關應用軟件的開發。MEC架構如圖1。

服務器所有者的管理編排應用通過管理接口將配置命令下發至移動邊緣計算服務器，服務器管理器會根據配置調整系統應用、移動邊緣計算平臺和虛擬化架構。移動邊緣平臺負責處理移動終端的各種請求、針對每一個用戶分配資源，虛擬化架構用于劃分資源的實現。移動邊緣計算應用主要包含常用的固定應用和各用戶定制的個人應用，MEC服務器應用集合的選擇直接影響整個系統的性能。

3 移動邊緣測試

移動邊緣計算可以在移動運營商覆蓋的范圍內快速為資源不足的智能手機提供計算任務提速、存儲信息共享等高性能服務，因此會成為5G技術和物聯網中的核心技術。未來將成為移動通信服務的一部分。然而，目前沒有系統化地針對移動邊緣計算服務器測試的方法，雖然有云計算測試、基礎網絡性能測試、無線網絡測試等方案，均是針對移動邊緣計算局部子系統進行測試的方案。

本文探究移動邊緣計算系統的測試方案，各物理設備之間采用NTP協議同步時鐘，保障相關數據的采集精度。采用時間戳的方法測量移動邊緣計算完整流程中各階段的時延，具體測試框架如圖2所示。

其中，以移動通信基站內部的云平臺（如Openstack等）作為MEC服務器，通過管理節點實現身份認證、系統管理等服務，計算節點和存儲節點提供相應的資源，MEC內部網絡包含物理網絡和虛擬網絡，可采用SDN網絡實現靈活管理。

針對該系統，實現專用的測試設備。測試核心模塊從測試腳本庫選擇與被測目標子系統對應的測試方案，隨后將測試數據流通過通信模塊發送至MEC服務器，這里需要通信模塊支持4G/5G/Wi-Fi等無線通信。監控軟件指安裝在MEC服務器各子模塊上的數據采集插件，可以采集各子模塊執行任務的起始和完畢時間，CPU利用率、存儲利用率等基本指標。監控軟件周期性將采集到的數據匯總到分析模塊，最終由分析模塊給出MEC服務器測試結果。在連續測試時，測試結果用于更新測試策略。

4 MEC服務器測試體系

MEC服務器的測試對象包括計算、存儲、網絡子系統、虛擬機、容器、安全系統、服務質量等。本文提出的MEC服務器測試體系涵蓋已有的基礎測試和子系統測試，重點針對MEC系統提出了端到端服務質量測試。根據測試功能具體分類如下：

4.1 基礎設備測試

由于MEC系統集成了云計算中的各種功能，需要對其內部物理設備進行一致性測試與性能測試。主要包括計算加速比、物理節點指令效率、內存利用率、內部帶寬利用率、存儲節點讀寫延遲等基本測試指標。針對設備的測試已經十分成熟，可測試設備主要功能性能指標，作為進一步測試分析的基礎。

4.2 子系統測試

MEC服務器由管理模塊、計算機群、存儲機群、內部網絡、安全系統等多個子系統組成，需要分別進行測試。管理模塊需要測試功能的有效性與一致性;計算機群需要測量任務處理速度;存儲機群需要評價讀寫效率;MEC內部網絡是一種包含了無線通信與有線通信的異構網絡。上述子系統測試可采用已有的標準化測試方案，如網絡可遵循RFC2544、RFC2889等標準化測試文檔，異構網絡測試主要是考慮異構網絡網關轉發性能測試。

4.3 虛擬機/容器測試

虛擬機或容器是服務器根據服務級協議SLA劃分給移動終端的資源，其功能、性能都彈性可擴展。為了保障移動終端的正常工作，需要對虛擬機或容器的最大并發鏈接數、遷移開銷、擴展性評估等指標進行驗證，給出各虛擬機或容器的量化性能。

4.4 安全系統測試

MEC服務器將處理大量用戶的私人數據，因此極易成為網絡攻擊的目標，未來將安裝隱私保護、入侵檢測等安全系統。然而，安全系統不可避免的會帶來額外的系統開銷。需要針對MEC服務器的防火墻、入侵檢測系統、Web應用等進行滲透測試，確定是否存在漏洞。針對這些安全系統進行安全性測試和安全指標測量能夠幫助服務提供商準確衡量安全系統，最終選擇適合的安全技術方案。

4.5 端到端服務質量測試

MEC的端到端測試是評估移動終端請求MEC服務器資源的過程，隨著網絡中應用種類越來越多，MEC端到端測試需要針對各種應用設計模擬驗證數據。服務測試主要包含以下幾個方面：

4.5.1 智能終端計算遷移測試

計算遷移是智能終端在資源不充足時，將計算任務提交給MEC服務器遠程執行的過程。在該過程中主要有三個測試參數：計算類型、輸入數據、任務截止時間。計算類型代表應用遷移任務的類別，處理大量計算、視頻處理、圖片處理或互動數據的應用存在巨大差別，計算類型可以反映任務更依賴于何種資源;輸入數據則表示提交任務到MEC服務器需要給出的信息，該信息的容量與服務延遲正相關，例如視頻處理需要花費大量時間持續傳輸數據，進行計算任務遷移則可以提供相對較少的輸入;任務截止時間則表示任務的實時性要求，如果服務器無法實現滿足截止時間的調度方案，則直接駁回請求或用其他服務器替換，終端也可以根據該時間決定知否進行計算遷移，該指標可以防止終端盲目將任務提交給MEC系統。

根據上述指標進行計算遷移測試，選擇具有代表性的應用作為測試案例。記錄計算遷移開始時間和MEC結果反饋時間，計算端到端獲取服務的延遲。修改計算類型、輸入數據和任務截止時間，針對計算遷移延遲做大量測試。最終得到MEC典型應用的服務延遲分布模型。

4.5.2 MEC服務器測試

在上述測試的基礎上，MEC服務器測試主要是進行資源分配的測試評估。在延遲可接受的條件下，從屬于同一網絡服務商的多個MEC服務器可協作完成較大的任務。因此，主要包括單服務器測試與多服務器協作測試，評估MEC服務器機群是否實現任務的高效、均衡管理。MEC服務器測試包括資源分配一致性測試和負載均衡測試。

資源分配一致性測試是指仿真大量計算遷移任務，分別評估各種資源分配策略的調度結果。在此基礎上測量當各任務需求發生變化時，系統進行資源重調度的時間與開銷。單服務器的測試指標與虛擬機，容器相同，但是針對多任務多虛擬機的情況進行測試;多服務器測試則需要將服務器間的傳輸延遲考慮在內。

負載均衡測試則是根據測試例同時仿真大量移動終端的各類任務，檢驗負載均衡策略能否在MEC服務器之間、同一MEC服務器內的多個計算節點上保持負載均衡。

4.5.3 移動性測試

移動邊緣計算的服務對象具有高度的移動能力，handoff問題指在終端離開原有基站后的服務切換條件下服務器能否保障服務質量。目前主要有兩種方法：一種是遷移對應的虛擬機或容器到離用戶更近的基站，另一種是使用網絡傳輸路徑重定向的方法自動切換延遲更低的傳輸路徑。

移動性測試需要仿真終端地理位置上的變化，同時不斷向虛擬機或容器發送測試數據流。在終端所在MEC服務器覆蓋范圍發生變化后，監測終端接收到的服務響應的監測信息。如發生虛擬機或容器遷移，需要測試的指標包括服務中斷時間、服務一致性、遷移開銷等;如果MEC服務器切換傳輸路徑，如需要監測端到端延遲。

4.6 能耗測量

MEC服務器的能耗反映了整個系統的經濟實用性，需要針對各種應用、終端、通信方式測量MEC服務器的能耗。同時，也需要針對虛擬機等子系統的動態管理的能耗進行測量。

4.7 加密開銷測試

MEC服務器雖然可以采用輕量級加密方法，移動終端和MEC服務器端仍會造成額外的延遲與能耗。加密開銷測試需要針對每一類應用使用各種加密算法和系統，在加密通信過程中測量傳輸延遲與能耗，加密開銷測試有利于加密算法和方案的選擇。

5 結語

移動邊緣計算技術目前尚處于學術界研究向工業化部署轉型的階段，但相較于依托家用路由器實現的Cloudlet和物聯網節點的霧計算，MEC技術依托現在廣泛使用的移動通信服務，能夠加速移動互聯網的新型服務實現，相信不久的將來一定能構獲得大量部署并實現全社會覆蓋。

本文針對這一技術簡要討論了其測試方案，涵蓋了MEC系統測試的核心方法。由于該技術還在不斷發展，未來還需要根據工業標準方案提出更加詳細的測試方法學。同時，MEC系統還有可能在實際部署中采用GPU加速，采用SDN/NFV技術實現動態網絡管理。

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