MEC技術在“智慧校園”建設中的應用

金楊然

摘要：多接入邊緣計算MEC將網絡聯接和算力下沉為切入點，基于平臺部署形式以實現IT、CT與OT的深度融合，成為通信運營商5G接入網重構與業務轉型的關鍵。“智慧校園”是在“數字校園”的基礎上全面深化與提升，對各項業務的承載形式與存儲算力具有更高的要求。MEC在實現通信運營商核心網業務的本地化、近距離部署外，還可作為設置在本地的云計算平臺滿足“智慧校園”的業務承載需求。通過介紹MEC的特點，深入剖析場景應用前沿發展，探索其在“智慧校園”場景的具體應用形式。

關鍵詞： 多接入邊緣計算;MEC;智慧校園;業務承載;場景應用

中圖分類號：TN915.03? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）16-0042-03

Abstract：Multi access edge computing （MEC） takes network connection and computing power sink as the breakthrough point， and realizes the deep integration of IT、CT and OT based on the form of platform deployment， which becomes the key of 5G access network reconstruction and business transformation for communication operators.? “Smart Campus”is based on the“Digital Campus” to deepen and enhance the overall application hosting form and storage computing power has higher requirements. MEC can also be used as a local cloud computing platform to meet the application hosting requirements of“Smart Campus” in addition to realizing the localization and close deployment of core network services of communication operators. By introducing the characteristics of MEC， this paper analyzes the frontier development of scene application and explores its specific application form in the “Smart Campus”scene.

Key words：multi access edge computing; MEC; smart campus; application hosting; scene application

1 引言

“智慧校園”是“數字校園”的高級形態，是對“數字校園”的進一步深化與提升[1]，是提高教育現代化技術水平、推進教育深化改革、提升教學綜合質量、增強院校綜合競爭力與影響力的基礎性保障。全場景的“智慧校園”建設需要整合多種技術制式的泛基礎網、基于物聯網及其終端設備的基礎傳輸（物理）層，匯聚校園基礎數據庫和校園大數據規劃的數據傳輸支撐層，運行統一門戶接入（Portal）、單點安全認證（SSO）、云計算與存儲（SaaS）、大數據分析與決策支持（CDR）和情境感知網絡（CAN）的平臺會話能力層，覆蓋教學、教研、教育管理、評價、區域治理、終身學習以及教育公共服務等業務應用層，而傳統的網絡規劃和數據存儲架構難以滿足現有需求。

邊緣計算EC（Edge Computing）是指將網絡、計算、存儲、應用等云計算核心能力下沉到靠近物或數據源頭的一側，提供最近端服務。其技術演化的場景主要為：多接入邊緣計算MEC（Multi-Access Edge Computing）、微云也稱敏捷云SC（Smart Cloud）、霧計算FC（Fog Computing）。通過在“智慧校園”建設中引入MEC技術，將校園的物理基礎空間和數字邏輯空間有機銜接起來，進一步轉變師生與校園資源環境的交互方式，從而為學生、教師、家長、教育管理技術人員提供智能化的支持服務和解決方案。

2 邊緣計算概述

2.1 多邊緣接入MEC

MEC最早稱作移動邊緣計算（Mobile Edge Computing），作為部署在通信運營商網絡邊緣運行的云計算平臺，基于平臺部署形式以實現IT、CT與OT的深度融合，支持業務處理與資源調度功能的臨用戶側部署，減少傳輸延時與帶寬消耗，實現服務性能和用戶感知的改善。歐洲通信標準化協會ETSI（European Telecommunications Sdandards Institute ）在2014年對MEC移動邊緣計算的定義則是：在通信運營商5G移動網絡邊緣提供信息化系統和云計算能力，以提供低時延、高帶寬服務，最終提升客戶體驗與業務黏性;另一方面將云計算能力下沉到網絡邊緣，也就是在通信運營商5G移動網絡邊緣設置云計算服務器，借助通信運營商邊緣節點廣覆蓋的優勢，構建起“廣聯接+云計算”的支撐能力，通過提供第三方應用集成，為業務數字化和業務創新提供無限可能。由于ETSI進一步擴展了MEC中“M”的定義，使得它不再僅限于移動接入，還包含其他非3GPP接入方法：例如Wi-Fi無線接入、固網有線接入以及物聯網IoT多協議接入，“M”最終被重新定義演化為“Multi-Access”，MEC移動邊緣計算的概念也被擴展為多接入邊緣計算（Multi-Access Edge Computing）[2]。通過對區域內流量本地的卸載，無流量回傳，降低業務端到端時延，MEC適合大數據顆粒重載網絡——對帶寬與延時要求較高的應用，譬如物聯網、車聯網、增強現實AR（Augmented Reality）/虛擬現實VR（Virtual Reality）等多種應用場景，缺點是投資成本較高。

2.2 微云SC

微云通過將移動計算和云計算結合起來的移動邊緣計算平臺，就有快速配置、不同微云之間的虛擬機切換以及微云自發現等特點。微云作為“移動終端——微云——云”三層架構的中間層，其處在移動終端和云平臺之間，為終端用戶的計算任務提供低時延響應。由多個微云所構成分布式的移動邊緣計算環境動態拓展用戶可用資源，通過提供類似虛擬化平臺的動態遷移機制以實現資源的負載均衡，成為部署在網絡邊緣、具有移動性的小型數據中心DC[4]。微云通過部署在通信運營商5G移動網絡邊緣，能在移動場景下為移動設備提供豐富的云計算資源，旨在將云部署到離用戶更近的地方，可以理解為一個敏捷、輕量級的MEC，作為小數據顆粒輕載網絡，適合校園內無人駕駛、自動避障的擺渡車與清掃車等對網絡延時要求較高的場景應用，配置快速靈活投資少。

2.3 霧計算FC

霧計算的概念是由思科在2012年時提出，并聯合ARM、戴爾、英特爾、微軟和普林斯頓大學等行業巨頭于2015年聯合成立了開放霧計算聯盟OFC（OpenFog Consortium）并發布了OpenFog技術架構。作為一個全新的標準，通過將云端的智能運算與物聯網終端緊密結合在一起，打造成為支持物聯網、5G和AI應用的數據密集型與跨平臺通用型的技術架構。整個霧計算網絡是由多個霧節點組成的整體，單個霧節點的計算處理性能相對較弱，但是在物理位置上為分布式部署，具有空間上覆蓋廣泛、邏輯上網狀互聯去中心化等特點。霧計算作為微數據顆粒輕載網絡，適合物聯網設備如智能計量表、數字傳感器等智能樓宇節點的海量接入，配置靈活、投資低廉、冗余性高。

3 MEC在“智慧校園”的場景應用

“智慧校園”是對數字校園的進一步深化與提升，它綜合運用云計算、物聯網、移動互聯、大數據、人工智能、社交網絡、知識管理、虛擬現實等新興信息技術，全面感知校園物理環境，通過在網絡空間的計算掌握校園運行規律并反饋、控制物理空間，為師生建立智能開放的教育教學環境和便利舒適的生活環境[1]。

全場景“智慧校園”需要對海量的設備節點進行實時控制，需要極低的網絡延遲、高并發數和大顆粒傳輸帶寬，若網絡通道擁堵而加重系統延遲，則會直接影響相應業務的正常運行。譬如需要實時交互的校園無人導航巡邏車與無人自動清掃車需要極低延時方可精準控制其行進軌跡與智能避障;分布于全校園的物聯網IoT（Internet of Things）（含窄帶物聯網NB-IoT）中海量的邊緣節點（智能水電表、生物特征身份識別、消防控制傳感器（溫感、煙感）、周界安防探頭、室內定位錨標等）會產生超高并發連接數，若直接傳輸至云端將造成網絡傳輸連接數擁堵;AR與VR作為移動佩戴終端需要大顆粒傳輸通道，若與其他業務共享傳輸網絡，會因極大擠占網絡帶寬而導致其他業務傳輸擁塞。

在物聯網萬物互聯所帶來的數據洪流下，傳統集中式的數據存儲和計算平臺早已難以為繼，其配套大存儲、高算力意味著前期大額投資、后期伴隨高能耗與運維成本高企，不利于可持續的“智慧校園”建設。作為深化校企合作的舉措，由通信運營商部署MEC以滿足“智慧校園”的業務承載與算力需求。綜合網絡性能要求與投資成本，MEC可分為近基站（用戶）側、區域中心側、匯聚中心側三種落地部署形式，而近基站側部署則可使MEC在全場景“智慧校園”建設中全面兼容邊緣計算技術的智慧云與霧計算，滿足校園內物聯網海量IoT傳感器接入、車輛無人駕駛與VR/AR等大顆粒低延時應用等廣連接、低延時、大帶寬等場景應用的需求。

MEC作為一項業務創新，物理端在用戶側本地化部署，邏輯端在通信運營商“云端”，使得數據在物理上安全可靠、業務在邏輯上可控可管。故而部署在校園近蜂窩基站側的MEC還可作為部署在本地的大數據云計算平臺發揮其閑置算力[5]，可讀取通信運營商核心網側特定校園用戶的基礎信息、空間行為軌跡以及上網記錄等相應數據;并通過網絡邊界連接本地網絡（學校自建的“數字校園”校園網），授權讀取特定校園用戶的校內定位空間軌跡與上網行為記錄等關鍵數據;并結合其開放的第三方應用接口進行大數據分析，并經過數據深度挖掘分析，對重點人員進行自動聚類，依照聚類處理結果確定潛在關聯關系并據此提出管控預警與建議，可專門針對在校學生的思想動態與輿情監管等場景應用進行定制開發。

4 問題討論

首先是投資及計費的模式。由于MEC主要部署在靠近基站（用戶）側，由于業務應用的本地化、近距離部署以及 MEC本地分流方案，使得本地業務數據流無須經過核心網，這種透明部署的方式使得MEC本地分流方案無法像傳統業務由PGW提供計費話單并與計費網關連接[6]。

其次是網絡安全的憂慮。鑒于MEC設備通過承載網接入到通信運營商的核心網，另一端則直接接入校園內網[7]，在當前網絡虛擬化NFV與軟件定義網絡SDN的發展趨勢下，如何能夠確保MEC在兩端的安全連接，尤其是通信運營商核心網不會受到校園內網的安全攻擊以及校園內網的敏感數據不外泄至通信運營商核心網上，這兩個問題將越發敏感。依照《網絡安全法》和教育部《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》的要求，教育系統各級部門都應該落實網絡安全崗位責任制和數據分級保障制度，簡單的網絡邊界連接傳輸已不能滿足相應的法律規章制度要求。

最后是個人隱私外泄的風險。MEC平臺可以將通信運營商網絡上下行數據信息（位置、網絡負荷、無線資源利用率等）以及其他通信運營商網絡能力開放給第三方業務應用和軟件開發商，用于用戶業務體驗的提升以及創新型業務的研發部署（大數據分析）[8]。而師生的相關信息和數據涉及個人隱私，集中上傳、儲存、分析會帶來安全和倫理風險。

5 結論

MEC以云計算平臺形式實現IT、CT與OT的深度融合，為通信運營商業務的快速部署和場景應用的敏捷運行提供豐富的平臺支撐能力，成為通信運營商5G接入網重構與業務轉型的關鍵。“智慧校園”作為“數字校園”的高級形態，既是新興場景應用的“孵化場”，也是各類新技術路線的比拼碰撞的“演武場”。學校在綜合自身實力與業務場景需求的基礎上，通過聯合教育系統內各校實現集體抱團，以增加與通信運營商合作探索MEC場景應用落地時的話語權，共同推動“智慧校園”的高水平建設。

參考文獻：

[1] 蔣東興，付小龍，袁芳，等.高校智慧校園技術參考模型設計[J].中國電化教育，2016（9）：108-114.

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[5] 劉大洋. 基于5G的MEC智慧校園網綜合解決方案[A]. TD產業聯盟、《移動通信》雜志社.5G網絡創新研討會（2018）論文集[C].TD產業聯盟、《移動通信》雜志社：中國電子科技集團公司第七研究所《移動通信》雜志社，2018：4.

[6] 張建敏，謝偉良，楊峰義，等.基于MEC的LTE本地分流技術[J].通信科學，2017，33（6）：154-163.

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[8] 呂華章，張忠皓，李福昌，等.5G MEC邊緣云組網研究與業務使能[J].郵電設計技術，2019（8）：20-25.

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