移動邊緣計算在5G 通信中的實時性優化策略

周 婧，張鵬程，黃 營

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

隨著數字化時代的不斷演進，各行各業對于實時性、低延遲通信的需求日益迫切。在這一背景下，移動邊緣計算與5G 通信的結合成為前沿研究領域。移動邊緣計算通過將計算和數據處理推向靠近終端的邊緣節點，為實時應用提供了更快速、更高效的支持。而5G 通信作為下一代移動通信技術，以其高帶寬、低延遲的特點，為實現實時性優化提供了強有力的網絡基礎。這一融合不僅能夠滿足智能交通、遠程醫療、工業自動化等領域的需求，還將在未來推動更多創新應用的發展。

1 移動邊緣計算與5G 通信的關聯分析

1.1 移動邊緣計算的概念與特點

移動邊緣計算是一種新興的計算模型，旨在通過將計算和數據處理能力盡可能地靠近數據源和終端設備，提供更快速、實時性更強的計算和服務。其核心概念在于將計算任務從傳統的集中式云計算模式轉移到接近數據產生的邊緣設備或邊緣服務器。這一模型的特點在于充分利用了分布式計算和網絡資源，可以更高效地滿足實時性要求，減少數據在網絡中的傳輸延遲。

移動邊緣計算的特點主要包括低延遲、增強隱私、節省帶寬、支持離線模式、適應多樣性以及大規模連接。通過在本地處理數據，移動邊緣計算可以大幅減少計算任務的處理延遲，從而滿足對實時性的高要求。同時，由于數據處理在邊緣設備上進行，部分敏感數據可以在本地處理，減少了數據傳輸過程中的隱私風險，有助于保護用戶的隱私。此外，通過只傳輸必要的結果，移動邊緣計算減少了數據在網絡中的傳輸量，節省了帶寬資源。這一模型還支持設備在斷網情況下仍能執行部分計算任務，提供了更好的離線體驗。

1.2 5G 通信的需求與挑戰

5G 通信作為第5 代移動通信技術，以其巨大的潛力和廣泛的應用前景，為各行各業帶來了巨大的機遇和挑戰。在需求方面，5G 通信不僅需要滿足移動寬帶通信的基本要求，更要適應各種復雜場景和多樣化應用，包括但不限于高清視頻流、增強現實、虛擬現實、智能交通以及工業自動化等。這些應用對于低延遲、高帶寬、大規模連接和可靠性的需求遠遠超出了以往通信技術所能提供的范圍。

然而，實現這些需求也帶來了極大的挑戰。首先，高頻段的使用使5G 通信的信號傳播受到障礙物的影響更加顯著，導致覆蓋范圍受限。其次，大規模的設備連接使得網絡拓撲更為復雜，需要更高效的管理和資源分配。最后，高速數據傳輸和低延遲的要求需要更加穩定與可靠的網絡架構，以應對大量實時數據的傳輸和處理。

1.3 移動邊緣計算與5G 通信的關系

移動邊緣計算與5G 通信密切關聯，二者相互促進，為實現更高效、低延遲、高可靠性的通信和應用提供了有力支持。移動邊緣計算作為一種分布式計算模型，能夠將計算和數據處理能力移動到距離終端設備更近的邊緣節點上，從而與5G 通信技術相結合，共同應對5G 通信的需求和挑戰。

在5G 通信中，移動邊緣計算通過將計算任務靠近數據源和終端設備，有效降低了數據傳輸的延遲，滿足了實時性要求。這對于需要即時響應的應用，如智能交通中的車聯網、工業自動化中的遠程控制等至關重要。移動邊緣計算可以將計算任務在距離用戶更近的邊緣服務器上處理，減少了數據的傳輸時間，從而加速信息的傳遞和處理[1]。移動邊緣計算在不同應用場景中的實時性效果如表1 所示。

表1 移動邊緣計算在不同應用場景中的實時性效果

5G 通信為移動邊緣計算提供了更強大的網絡基礎。5G 通信提供了更高的帶寬和更低的傳輸延遲，使邊緣節點之間可以更快速地傳輸數據和信息，從而為移動邊緣計算提供更穩定和可靠的通信環境。5G 網絡的網絡切片技術允許根據不同的應用需求和服務質量要求，為移動邊緣計算提供定制化的網絡資源，進一步提升了計算任務的處理效率和響應速度[2]。

2 實時性優化策略探究

2.1 實時性在5G 通信中的重要性

在5G 通信中，實時性的重要性不可低估，特別是在涉及智能交通、遠程醫療、工業自動化等領域時。統計數據可知，智能交通領域中，每減少1 ms 的延遲時間，事故發生率可以下降約2.3%；在遠程醫療方面，每增加1 ms 的延遲，手術風險就會增加3.2%；此外，在工業領域，每增加1 ms 的延遲，生產效率可能會下降約5%。

這些數據清楚地顯示了實時性在5G 通信中的重要性。低延遲和高實時性是保障各種關鍵應用的頂層要求，直接影響到生命安全、生產效率以及服務質量。例如，5G 通信在智能交通系統中的應用能夠實現車輛之間的實時通信，預警交通擁堵、危險駕駛行為，從而降低事故風險，提升道路安全。而在醫療領域，5G 通信的低延遲能夠支持遠程手術和醫療診斷，使醫生能夠在實時環境下進行精確操作，實現全球范圍內醫療資源的優化分配。實時性在5G 通信中的重要性和應用效果如表2 所示。

表2 實時性在5G 通信中的重要性和應用效果

2.2 移動邊緣計算對實時性的影響

移動邊緣計算對實時性的影響在5G 通信中具有顯著的實際意義。通過將計算任務遷移到靠近數據源和終端設備的邊緣節點，移動邊緣計算能夠顯著降低數據傳輸的延遲，從而實現更高效的實時數據處理和應用。

數據顯示，傳統的云計算模式中，數據從終端設備傳輸到云服務器的平均延遲約為25 ms，而采用移動邊緣計算的方式，這一延遲可以被降低到約5 ms。這意味著移動邊緣計算能夠在數據傳輸階段將延遲降低約80%，從而為實時應用提供更高效的支持[3]。

2.3 實時性優化策略的方法與技術

在5G 通信中，為實現實時性的優化，采用多種方法和技術，其中移動邊緣計算起到了重要作用。例如，任務卸載技術能夠根據實時性需求，將計算任務智能地分配到合適的邊緣節點上進行處理。數據表明，采用任務卸載技術可以將計算延遲降低超過60%，從而加快應用的響應速度。另一個重要的技術是邊緣緩存，它將常用的數據和應用邏輯存儲在邊緣節點上，避免了每次都從遠程服務器獲取數據。數據顯示，邊緣緩存技術可以將數據獲取延遲降低約40%，顯著提升了實時性[4]。

3 移動邊緣計算在5G 通信中的應用與前景

3.1 實時性優化策略在實際應用中的效果

實時性優化策略在實際應用中取得了顯著的效果，為各個領域的應用帶來了實質性的改進。以智能交通為例，使用移動邊緣計算和實時性優化策略，車輛之間能夠實現高效通信，及時交換交通狀態和道路信息。研究顯示，在高擁堵的交通場景下，采用實時性優化策略可以減少交通延遲約30%，同時提高了交通系統的容量。這意味著更準確的交通預測和實時的交通管理，可以顯著減少交通擁堵，提升交通效率。

在遠程醫療領域，實時性優化策略的應用也取得了顯著成果。通過將醫療數據在邊緣節點上進行處理，實現遠程醫生與患者之間的實時視頻會診。數據顯示，在遠程手術中，采用實時性優化策略可以將操作延遲降低約40%，提升手術的精確度[5]。這意味著醫生能夠在實時環境下進行精準操作，有效降低了手術風險，提升了醫療質量。

3.2 移動邊緣計算與5G 通信的未來發展

移動邊緣計算與5G通信在未來將持續深化融合，共同驅動通信和計算領域的創新與進步。隨著5G 通信網絡的不斷完善和部署，邊緣計算將更加貼近用戶，為不斷涌現的實時應用提供更強大的支持。同時，移動邊緣計算受益于5G 通信的高帶寬和低延遲特性，提升邊緣節點之間的協同計算效率。

未來移動邊緣計算將會在更多的領域實現廣泛應用。例如，智能城市的發展將依賴于移動邊緣計算為大規模的物聯網設備提供實時性支持，實現智能交通、環境監測、城市管理等。工業自動化將借助移動邊緣計算的實時性，實現智能制造、遠程監控以及預測性維護。此外，移動邊緣計算在醫療領域也將繼續發揮作用，支持遠程醫療、個性化醫療以及健康監測。

移動邊緣計算與5G 通信的融合還將促進新的商業模式和服務創新。邊緣計算能夠為各類業務提供更高效的計算和處理能力，為企業和開發者提供了更多的創新可能性[6]。例如，基于邊緣計算和5G 通信，智能零售可以實現更精準的用戶定位和個性化推薦，提升購物體驗；智能農業可以通過實時監測和分析，優化農田管理和作物生長。

4 結 論

移動邊緣計算與5G 通信的緊密融合將引領未來通信與計算的新篇章。通過實時性的不斷優化，迎來了更快速、更智能的數字化時代。從智能交通、醫療到工業自動化，實時性的提升將改變人們的生活方式和產業格局。持續的技術創新與合作，推動著更多領域的發展與創新。在這個充滿機遇和挑戰的時代，期待移動邊緣計算與5G 通信的深度融合，為社會帶來更加便捷且智能的未來。