MEC的關(guān)鍵技術(shù)與組網(wǎng)思路研究

薛松荃 鄒宇辰 李瞻宇

摘要：MEC隨著5G技術(shù)的發(fā)展而逐漸興起，作為云計(jì)算產(chǎn)品，其不僅有效分擔(dān)了運(yùn)營商核心網(wǎng)絡(luò)的資源壓力，同時(shí)為滿足5G通信的大帶寬、多連接、超低時(shí)延和高可靠接入提供了可能。本文主要討論MEC的關(guān)鍵技術(shù)在運(yùn)營商5G建設(shè)過程中的組網(wǎng)方向和應(yīng)用發(fā)展，為后續(xù)MEC本地產(chǎn)品的推廣和支撐提供思路。

關(guān)鍵詞：MEC;5G;邊緣云計(jì)算

MEC （Multi-access Edge Computing）多接入邊緣計(jì)算（也叫移動邊緣計(jì)算），是邊緣云的技術(shù)應(yīng)用（一種商業(yè)概念），目的是將中心云的部分核心功能下層至網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，靠近數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭，在本地完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算、存儲和應(yīng)用，并利用5G無線接入網(wǎng)絡(luò)就近獲取相關(guān)智能互聯(lián)服務(wù)，滿足2B、2C等行業(yè)客戶在數(shù)字化變革過程中對業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)、智能、數(shù)據(jù)聚合與互操作、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求，從而創(chuàng)造出一個(gè)具備高帶寬、低延遲與高可靠的電信級服務(wù)環(huán)境，讓消費(fèi)者能夠享有高質(zhì)量的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

一、MEC的關(guān)鍵技術(shù)

（一）本地?cái)?shù)據(jù)緩存。MEC平臺可以把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（如圖片、視頻等）獲取至本地并進(jìn)行緩存，當(dāng)客戶側(cè)產(chǎn)生業(yè)務(wù)請求時(shí)，MEC平臺可以實(shí)時(shí)深度解析本地緩存數(shù)據(jù)，如果所請求的業(yè)務(wù)已包含在本地緩存中，則可以把已經(jīng)緩存的內(nèi)容定向推送至用戶側(cè)，用戶可以直接從MEC服務(wù)器獲取信息，而不再需要通過漫長的傳輸鏈路從相對遙遠(yuǎn)的核心網(wǎng)獲取數(shù)據(jù)信息。這樣可以極大地節(jié)省用戶發(fā)出請求到被響應(yīng)之間的等待時(shí)間，從而提升用戶服務(wù)體驗(yàn)質(zhì)量。

（二）本地分流。通過MEC平臺，用戶終端可以直接訪問本地網(wǎng)絡(luò)，本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可直接由MEC平臺分流至本地網(wǎng)絡(luò)，無需經(jīng)過運(yùn)營商的核心網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理，可降低因運(yùn)營商傳輸回傳路徑過長帶來的帶寬消耗和業(yè)務(wù)訪問時(shí)延，從而提升用戶的感知。另一方面，隨著緩存技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)存儲資源相對網(wǎng)絡(luò)帶寬資源來說成本是逐漸降低的，MEC邊緣云的部署其實(shí)是一種以存儲換取帶寬的應(yīng)用方式，信息的本地存儲可以極大地減少遠(yuǎn)程傳輸帶寬的消耗。

（三）業(yè)務(wù)優(yōu)化。由于MEC平臺可以對無線網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析，因此通過靠近無線側(cè)的MEC服務(wù)器，可以在已知網(wǎng)絡(luò)的前提下，選擇合適的業(yè)務(wù)速率、內(nèi)容分發(fā)機(jī)制、擁塞控制策略等，對業(yè)務(wù)進(jìn)行動態(tài)的快速優(yōu)化調(diào)整，例如在視頻應(yīng)用中，MEC服務(wù)器可以感知用戶終端的鏈路信息，回收空閑的帶寬資源，并將其分配給其他需要的用戶，用戶得到更多的帶寬資源之后，就可以觀看更高速率的視頻;同時(shí)在用戶允許的情況下，MEC服務(wù)器還可以為用戶自動切換到更高清的視頻資源;當(dāng)鏈路資源緊缺時(shí)，MEC服務(wù)器又可以自動為用戶切換到較低速率和幀數(shù)的版本，以避免視頻卡頓現(xiàn)象的發(fā)生，從而給予用戶極致的觀看體驗(yàn)。

二、MEC的組網(wǎng)思路

為了滿足低時(shí)延，大帶寬的本地應(yīng)用需求，5G核心網(wǎng)將C/U進(jìn)行分離，用戶面功能網(wǎng)元UPF下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣部署，以減少傳輸時(shí)延，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流量的本地分流;控制面功能網(wǎng)元SMF則在中心DC集中部署，便于控制部署在MEC的UPF，進(jìn)行統(tǒng)一配置和下發(fā)分流策略。基于5G大帶寬（eMBB）、大規(guī)模連接（mMTC）、超低時(shí)延高可靠（uRLLC）的特性，運(yùn)營商在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中的MEC部署有以下三種方式：

（一）MEC服務(wù)器部署在無線接入側(cè)

此種模式一般采用MEC和運(yùn)營商基站共機(jī)房或者部署在客戶園區(qū)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)更靠近用戶側(cè)，終端發(fā)起的業(yè)務(wù)經(jīng)過基站、MEC主機(jī)到互聯(lián)網(wǎng)/OTT第三方內(nèi)容服務(wù)商，主要針對有超低時(shí)延業(yè)務(wù)需求的場景，一般時(shí)延要可控制在1ms～10ms之內(nèi)，如無人機(jī)投遞業(yè)務(wù)（10ms）、智慧場館（10ms）、自動駕駛（1ms）、遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷（10ms）、機(jī)器人協(xié)作（1ms）、遠(yuǎn)程手術(shù)（1ms～10ms）等。此種部署方式適用于小范圍覆蓋、本地分流場景，但是無線網(wǎng)核心層面的計(jì)費(fèi)、鑒權(quán)和監(jiān)聽等功能需要進(jìn)一步完善。

（二）MEC部署在邊緣DC側(cè)

此種模式的MEC一般部署在運(yùn)營商本地網(wǎng)匯聚機(jī)房或者綜合接入機(jī)房，比起無線接入側(cè)會增加一部分回傳網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延，但MEC的覆蓋范圍相應(yīng)擴(kuò)大，也可以為用戶提供低時(shí)延、大帶寬的服務(wù)，如AR/VR業(yè)務(wù)（20ms）、移動視頻監(jiān)控（20ms）、移動廣播（小于100ms）、公共安全（20ms）、高清視頻（20ms）等，但是無線網(wǎng)核心層面的計(jì)費(fèi)、鑒權(quán)和監(jiān)聽等功能也同樣需要進(jìn)一步完善。

（三）MEC部署在核心網(wǎng)側(cè)

此種模式MEC服務(wù)器部署在運(yùn)營商核心網(wǎng)邊緣，從而解決無線接入側(cè)部署方案下的計(jì)費(fèi)、監(jiān)聽和鑒權(quán)等問題，但部署在核心網(wǎng)側(cè)會存在距離實(shí)際用戶較遠(yuǎn)、傳輸時(shí)延較大和占用核心網(wǎng)資源等問題，僅適用于大帶寬接入，對靈活性要求不高、傳輸時(shí)延不敏感的業(yè)務(wù)場景。

三、MEC部署中面臨的挑戰(zhàn)及解決建議

（一）現(xiàn)有機(jī)房配套薄弱，傳統(tǒng)綜合接入機(jī)房、匯聚機(jī)房環(huán)境差異較大，如果采用標(biāo)準(zhǔn)的X86通用服務(wù)器，大部分運(yùn)營商機(jī)房需要改造承重、電源、空調(diào)等硬件設(shè)施，同時(shí)機(jī)房面積也無法滿足龐雜的邊緣設(shè)備群需求，因此可以考慮采用更加靈活適配的增強(qiáng)型硬件，比如占地小、功耗低的一體機(jī)，或者是在現(xiàn)有的OLT、BBU設(shè)備中內(nèi)置MEC單板進(jìn)行解決，更適合于在硬件條件差的邊緣機(jī)房和站點(diǎn)部署。

（二）管理/編排缺乏統(tǒng)一性，MEC業(yè)務(wù)特性決定了服務(wù)器中存在運(yùn)營商數(shù)據(jù)和第三方IT應(yīng)用等多種業(yè)務(wù)，需要對編排管理采用統(tǒng)一流程和接口。因此建議使用運(yùn)營商的PaaS云管理平臺統(tǒng)一管理云資源數(shù)據(jù)，根據(jù)不同業(yè)務(wù)場景靈活進(jìn)行編排管理;對于強(qiáng)合作業(yè)務(wù)，可以通過OSS統(tǒng)一門戶進(jìn)行應(yīng)用編排部署;對于自管理類業(yè)務(wù)，可以在邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用編排部署。

（三）缺乏安全防護(hù)，運(yùn)營商各級機(jī)房安全保護(hù)措施標(biāo)準(zhǔn)不一致，邊緣機(jī)房相對開放，安全防護(hù)措施較少。MEC設(shè)備及第三方應(yīng)用部署至邊緣機(jī)房后，縮短了攻擊者與邊緣計(jì)算物理設(shè)備之間的距離，帶來物理設(shè)備毀壞、服務(wù)中斷、用戶隱私和數(shù)據(jù)泄露等安全風(fēng)險(xiǎn)，因此需要設(shè)置由外而內(nèi)的分層隔離與防護(hù)方案，如外部攻擊防護(hù)方案、分子域隔離方案、應(yīng)用隔離方案等。

四、MEC的應(yīng)用場景和展望

基于MEC邊緣云技術(shù)的發(fā)展，MEC可應(yīng)用于以下生活和工作場景：

（一）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分流。MEC服務(wù)器和企業(yè)內(nèi)網(wǎng)打通，通過深度解析識別本地和非本地業(yè)務(wù)，企業(yè)本地業(yè)務(wù)不會傳送到運(yùn)營商核心網(wǎng)，非本地業(yè)務(wù)才轉(zhuǎn)發(fā)至核心網(wǎng)。這樣一方面避免了本地業(yè)務(wù)路由迂回，降低了用戶訪問時(shí)延，緩解網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力;另一方面強(qiáng)化了本地內(nèi)容的安全性，可開展相關(guān)增值服務(wù)。通過這種方式，企業(yè)用戶訪問公司內(nèi)網(wǎng)（包括內(nèi)部網(wǎng)站、論壇、FTP業(yè)務(wù)等）獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，處理內(nèi)網(wǎng)郵件，業(yè)務(wù)體驗(yàn)更佳。

（二）移動視頻監(jiān)控。在邊緣側(cè)對采集的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可降低視頻采集設(shè)備的存儲成本和減少發(fā)給核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)流量。目前的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)需要把視頻流全部上傳至云端服務(wù)器或者在攝像頭監(jiān)控處地進(jìn)行視頻處理，這兩種建設(shè)方式的設(shè)備成本投入較大、數(shù)據(jù)傳輸效率較低。如果引入MEC技術(shù)，MEC服務(wù)器可以將視頻流分析本地化，這樣監(jiān)控?cái)z像頭獲取的視頻可以在本地進(jìn)行分析，便于實(shí)時(shí)事件監(jiān)測來進(jìn)行更高級的決策和判斷。

（三）車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。MEC分析車及路側(cè)的傳感器數(shù)據(jù)，將危險(xiǎn)等時(shí)延敏感信息發(fā)送給周邊車輛。5G時(shí)代的到來，車聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送量將會不斷增加，其對于時(shí)延的需求也越來越大，將MEC技術(shù)應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)之后，可以把車聯(lián)網(wǎng)云“下沉”至高密度分布式部署的移動通信基站，部署在基站的MEC服務(wù)器通過運(yùn)行移動邊緣計(jì)算應(yīng)用（APP）提供各種車聯(lián)網(wǎng)功能，可以直接從車載應(yīng)用（APP）及道路傳感器實(shí)時(shí)接收本地化的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行分析，并將結(jié)論（危害報(bào)警信息）以極低延遲傳送給臨近區(qū)域內(nèi)的其他聯(lián)網(wǎng)，車輛，整個(gè)過程在毫秒級別時(shí)間內(nèi)完成，便于駕駛員及時(shí)做出決策。

（四）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。MEC分析設(shè)備產(chǎn)生的消息并及時(shí)作出決策。基于GSM、3G、LTE、Wi-Fi等無線技術(shù)的蜂窩/無線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備越來越多，這些由海量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)需要很大的處理資源及存儲容量。采取移動邊緣計(jì)算技術(shù)，上述的匯聚節(jié)點(diǎn)就將被部署于接近物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的位置，提供傳感數(shù)據(jù)分析及低延遲響應(yīng)。

（五）AR/VR業(yè)務(wù)。邊緣應(yīng)用可以快速處理用戶位置和攝像頭圖像，從而使得AR技術(shù)有著很廣闊的應(yīng)用場景（如博物館、美術(shù)館、城市紀(jì)念館、體育賽事現(xiàn)場、音樂會等），可極大程度地增強(qiáng)人們的服務(wù)體驗(yàn)。在AR體驗(yàn)過程中需要有一個(gè)相關(guān)的應(yīng)用（APP）來對攝像機(jī)輸出的視頻信息及所在的精確位置作綜合分析，并需要實(shí)時(shí)地感知用戶所在的具體位置及所面對的方向，再依此給用戶提供一些相關(guān)的額外信息，因此AR收集的信息是需要高度本地化的，對這些信息的實(shí)時(shí)處理最好是在本地（MEC服務(wù)器中）進(jìn)行而不是在云端集中進(jìn)行，最大程度地減小AR時(shí)延、提高數(shù)據(jù)處理的精度。

（六）輔助計(jì)算。MEC提供高性能計(jì)算，執(zhí)行時(shí)延敏感的數(shù)據(jù)處理，將結(jié)果反饋給終端設(shè)備。在物聯(lián)網(wǎng)中，終端設(shè)備或傳感器要做到成本盡可能低、連續(xù)工作時(shí)間盡可能長，有些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要把數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行分析并把決策指令回傳（比如搶險(xiǎn)救災(zāi)機(jī)器人在前行時(shí)遇到障礙物，就需要以圖像識別技術(shù)攝像并上傳云端，由云端把清障方法回傳），然而如果要降低設(shè)備的成本，就需要“犧牲”掉其計(jì)算性能。在應(yīng)用了MEC技術(shù)之后，密集計(jì)算與決策就可被從終端設(shè)備或傳感器分流至本地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（具備高計(jì)算性能的MEC服務(wù)器），可以在短時(shí)間內(nèi)發(fā)出決策指令。

五、結(jié)語

作為一項(xiàng)新的ICT融合技術(shù)，MEC邊緣云可以整合電信運(yùn)營商的各類資源，為5G時(shí)代業(yè)務(wù)的快速部署和運(yùn)行提供豐富的平臺能力。MEC邊緣云的商業(yè)模式比較多樣化，運(yùn)營商需要綜合考慮建設(shè)成本、商業(yè)效益、業(yè)務(wù)類型、合作分成等幾個(gè)方面，短期內(nèi)布局邊緣建設(shè)策略，長期要綜合運(yùn)營商自身業(yè)務(wù)和第三方業(yè)務(wù)需求，逐步推進(jìn)邊緣建設(shè)。未來，運(yùn)營商將重點(diǎn)賦能本地化業(yè)務(wù)，提供更多的能力開放功能，針對業(yè)務(wù)定制架構(gòu)和方案，在各個(gè)省分快速推廣和復(fù)制，以業(yè)務(wù)繁榮帶動整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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