智慧園區5GMEC技術的應用探討

曹焱

中國電信股份有限公司中山分公司 廣東 中山 528400

引言

5G技術在移動通信網絡中的應用，改變了移動通信網絡的速率與傳輸網絡結構，在網絡通信終端的承載數量、通信網絡服務時延、網絡轉發速率等都有了明顯的改善。智慧園區的服務要求向畫質極致化、交互復雜化、響應即時化等方向發展時，使得網絡中出現了龐大的接入終端，如果不提高網絡傳輸速率，易產生網絡擁塞。采用5G MEC技術可有效的滿足用戶的要求，降低網絡通信的壓力。

1 MEC內涵與架構

多接入邊緣計算（Mobile Edge Computing，簡稱MEC）具有強大的數據接入計算的功能，具備傳統的信息技術不具備的網絡傳輸能力與服務，可以為移動通信數據網絡的邊緣數據處理提供技術支持，能為數據傳輸提供巨大鏈接數、超高帶寬、極低時延響應網絡通信傳輸鏈路，特別是在網絡通信的內容分發、數據緩存等方面的優勢十分明顯，在很大的程度上解決了網絡服務商提供的復雜的、高質量的應用，同時還不會增加網絡通信的設施成本，還能提高網絡通信傳輸的效率。MEC技術是為了提供網絡通信的效率，將原本位于互聯網中的服務器或數據下沉，將其部署在靠近用戶側的5G移動網絡的核心網邊緣，將數據的處理下沉到邊緣層的服務器進行處理，從而提高了網絡的傳輸速率，進一步降低網絡通信的成本，TCP端采用虛擬化或容器技術為用戶提供各種服務，并通信網絡中的各種計算能力部署在MEC的服務器側，使得用戶在訪問TCP時更加快捷方便，邊緣網在訪問TCP時，不再將用戶的訪問連接發送到服務器上，而是通過MEC將其轉發到邊緣服務器，然后由部署在本地的服務器對相關的信息進行處理，并返回相應的結果。MEC的架構如圖1所示。

圖1 MEC網絡架構

MEC網絡降低了公共通信網絡的負載壓力，將海量、復雜的數據采用邊緣計算的方法進行處理，將應用服務器下沉到用戶側，減輕了5G核心網與應用服務網的壓力，提高了網絡傳輸的速率，也降低了TCP提供的高品質應用的傳輸與存儲成本，同時還降低了網絡通信過程中的終端到服務器端的數據響應時延，增強了用戶的體驗效果，為網絡通信的數據傳輸提供高效的運營模式[1]。

2 智慧園區5GMEC技術部署

2.1 本地流量分流類

采用5G MEC技術建設智慧園區時，一般將其部署在接入、匯聚與核心機房等位置旁，將用戶面功能(User Plane Function)下沉至網絡邊緣側。UPF根據數據處理的需求，對部分跨區域數據量導向本地進行處理，以避免數據流量全部流入中心網絡，降低網絡的傳輸負載，提高網絡通信的速率。在本地流量的分流上可以采用上行分流(UL Classifier)技術、IPv6多歸屬數據處理（Multi-homed）與連接技術以及本地數據網通信(Local Area Data Network)技術等。其中，用戶平面功能（UPF）主要負責網絡通信中的分組路由與轉發功能的多項數據能力的處理，還需根據數據處理的需求，對部分跨區域數據量導向本地進行處理，以避免數據流量全部流入中心網絡，增加中心網絡的壓力，降低網絡的傳輸負載，提高網絡通信的速率。

2.1.1 上行分流技術。在企業智慧園區內，結合本地業務管理規劃的需求，如訪問企業的內部網絡、物聯網、車載網等時，為了提供網絡通信的效率，可以在用戶端口功能（UPF）端，將用戶的通信流量，與SMF發送的分流規則進行對比處理分析，提取有用的數據信息，如果滿足符合導向本地網絡的特定數據流，就將其導向本地，從而提高了網絡數據傳輸速率。

2.1.2 IPv6多歸屬分流導向技術。基于IPv6通信協議技術在物聯網技術中得到了廣泛的應用，形成了物聯網及其可靠性比較專用通信網絡。IPv6在與用戶會話端口PDU會話建立連接時，可以與網絡通信的多個IPv6端口前綴相對應，形成多途徑的會話方式，而多歸屬PDU在建立連接之后，可以根據對話屬性查看網絡通信建立的情況，從而將某一個單獨的IPv6地址分配給UE用戶，作為5G MEC的特定邊緣計算起點，這樣系統就能根據SMF規則對網絡通信的流量進行處理，將其分配給不同的用戶端口，并能將其中一部分數據進行分流處理，將其導向本地中心網絡DN，從而能實現數據的分流導向處理。

2.1.3 LADN本地數據網絡。為了減少網絡通信的壓力，采用特定DNN的一種本地流量卸載模式，將一部分數據轉移到通信網絡的邊緣，利用MEC技術進行處理，這就在網絡通信的邊緣位置對數據進行處理，用戶就會更加企業園區的需要，判定是否建立特定通信的PDU會話連接，并利用LAND實現網絡通信數據的訪問，進而能有效實現本地網絡接入與訪問，實現5G EMC通信連接的建立。結合AMF分位置定位功能，將用戶UE維護進行處理，使其連接在LADN覆蓋的網絡范圍內，從而使得用戶UE能與本地PDU建立本地會話連接，如果用戶不同智慧園區LADN網絡覆蓋的范圍內，就不能有效地對UE進行定位，有用就不能接入PDU，將會斷開相應的通信會話[2]。

2.2 業務提速優化處理

內容分發網絡(Content Delivery Network，簡稱CDN)是5G EMC提供業務提速的關鍵技術服務之一，它的工作原理是通過網絡連接，選擇通信用戶終端相對集中的區域來部署網絡的緩存服務器，即CDN網絡節點服務器。在用戶訪問ICP提供的資源服務時，可以通過URL來加載相關的資源（如文字、圖片等）時，為了提供邊緣服務的效率，通過CDN網絡的全局服務負載均衡技術，可以將用戶的訪問請求利用5G MEC技術將其引導在距離最近的CDN工作節點中，該CDN節點來響應用戶的請求，從而提高用戶與CDN節點建立同化的速率，將邊緣計算與CDN結合在一起，提高了網絡業務提速優化。通過采用5G SN組網技術，利用MEC技術實現靈活的、小巧CDN通信節點，根據MEC的要求，對其進行分流處理，將CDN節點引流至MEC節點，提高網絡通信的速率，將網絡通信的響應時延，從而能有效提高網絡通信效率。5G無線網絡服務商可以根據用戶的需求，為用戶選擇合適網絡服務項目，給予用戶以最佳的網絡服務體驗。在5G網絡中，通過接入網傳輸數據，不僅優化網絡數據傳輸的效率，能大幅度的提升5G通信網絡的數據傳輸速率。

3 MEC應用場景

3.1 MEC與車聯網

車聯網是智慧園區場景關鍵技術之一，采用5G MEC技術為園區的車聯網提供以下幾種關鍵技術：

3.1.1 帶加速能力的邊緣計算平臺。主要功能是利用5G MEC為車聯網的應用提供虛擬和容器兩種部署方式，以滿足車聯網中各個節點通信特點的需求。

3.1.2 邊緣服務和能力開放。根據車聯網通信的需求，需要利用5G MEC網絡為其提供邊緣車聯網應用服務，并提供相應的結果服務。

3.1.3 云邊協同能力。需要利用5G MEC技術來建立車聯網應用系統與邊緣計算的云端通信，保證網絡通信連接的暢通性[3]。

3.2 MEC與物聯網技術服務

利用5G MEC技術可以提高網絡通信的速率，對智慧園區的建設具有十分重要的作用，邊緣計算可以說是物聯網發展的加速引擎，對于解決物聯網通信的海量數據十分有效，同時還是終端接入，數據計算處理的關鍵。5G EMC在物聯網中的應用主要包括如下要求：第一，網絡通信的低時延，在物聯網通信的特定場景中，如智能制造、自動駕駛中，將控制計算功能放在網絡通信的邊緣，才滿足網絡通信低時延的要求；第二，提供智能數據處理技術，在未來終端與終端設備之間交互作用，往往都需要大量的數據處理與計算，只有通過將數據處理與服務集成放置在MEC主機上，才能提高數據的處理效率。

3.3 MEC與視頻資源預處理

在智慧園區建設中，現行監控系統因為監控探頭算力、平臺智能化等方面的影響，導致移動通信網絡的軟硬件受到成本的限制，采用基于5G MEC技術與分布式視頻預處理技術來構建網絡監控系統，對提高網絡的通信效率十分有效，可以有效地將冗余視頻圖像去除，降低傳輸和存儲成本，也能夠提高網絡數據的傳輸效率，而且還能實現視頻圖像預處理，提高視頻圖像的分析與處理的效率，并能將三方數據平臺連接在一起，降低視頻通信的反饋周期與時延，從而提高網絡通信的穩定性[4]。

4 結束語

隨著智慧園區的發展，網絡數據的流量也在不斷地增加，在園區側部署分布式的MEC平臺，可以提高園區內網絡速率，并利用緩存技術對相關應用服務與內容進行處理。物聯終端、AR/VR、智能監控、車載網等相關應用產生了的大量數據，在核心側不能完成高密度的數據計算；在云端執行時，會導致數據傳輸的大時延，而利用5G MEC技術，在網絡的邊緣處理數據，不需要將數據上傳到核心網絡，從而減少核心網絡的壓力，提高網絡的傳輸效率，有效降低端到端的時延。