李昳

摘? ?要：文章系統(tǒng)介紹了移動(dòng)邊緣計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)，詳細(xì)分析了MEC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架構(gòu)及功能，對(duì)于典型與應(yīng)用場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)分流業(yè)務(wù)進(jìn)行了論述和介紹。在5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，MEC技術(shù)通過(guò)為移動(dòng)網(wǎng)邊緣，無(wú)線接入網(wǎng)提供IT服務(wù)，同時(shí)提供強(qiáng)大的云計(jì)算能力，滿足了本地化業(yè)務(wù)、近距離部署的功能要求，極大地提高了用戶體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：5G網(wǎng)絡(luò);移動(dòng)邊緣計(jì)算;關(guān)鍵技術(shù);典型場(chǎng)景;數(shù)據(jù)分流

隨著2019年5G元年的開(kāi)啟，智能生活、學(xué)習(xí)、娛樂(lè)終端、智能物聯(lián)網(wǎng)終端、云計(jì)算、海量數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)應(yīng)用（在線娛樂(lè)、在線教育）、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）等新業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng)的巨大業(yè)務(wù)需求下，如何有效解決低時(shí)延、高負(fù)荷、高帶寬位置感知、信息感知等業(yè)務(wù)需求，成為5G時(shí)代移動(dòng)互聯(lián)解決問(wèn)題關(guān)鍵的方向。2014年9月，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)首次提出了移動(dòng)邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing，MEC）概念并組建了研究小組，針對(duì)MEC框架、技術(shù)服務(wù)要求和場(chǎng)景、參考架構(gòu)、MEC平臺(tái)功能構(gòu)件（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息管理、數(shù)據(jù)分流、終端用戶位置定位）等進(jìn)行了研究和規(guī)范。MEC技術(shù)通過(guò)為移動(dòng)網(wǎng)邊緣，無(wú)線接入網(wǎng)提供IT服務(wù)，同時(shí)提供強(qiáng)大的云計(jì)算能力，滿足了本地化業(yè)務(wù)、近距離部署的功能要求，極大地提高了用戶體驗(yàn)。因此，MEC也成為5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一[1]?；谠?LTE 網(wǎng)絡(luò)模式條件下，對(duì)邊緣終端計(jì)算能力的要求越來(lái)越高，尤其是對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)、4K/8K超高清監(jiān)控視頻、游戲應(yīng)用視頻等帶寬要求較高且內(nèi)容難以承載的應(yīng)用，還有對(duì)時(shí)延要求極小的車(chē)聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）等應(yīng)用場(chǎng)景，都需要利用邊緣終端計(jì)算來(lái)逐一實(shí)現(xiàn)。

1? ? 5G網(wǎng)絡(luò)中的MEC關(guān)鍵技術(shù)

1.1? MEC內(nèi)容感知技術(shù)

基于LTE技術(shù)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)商業(yè)模式以及資費(fèi)相對(duì)單一，屬于“啞管道”模式，缺乏業(yè)務(wù)及用戶感知能力的把控。5G網(wǎng)絡(luò)有效地解決了內(nèi)容感知的問(wèn)題，MEC充分利用本地網(wǎng)絡(luò)資源，可以很好地對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行細(xì)化，實(shí)時(shí)分析其內(nèi)容，有機(jī)地整合了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、用戶與數(shù)據(jù)間的關(guān)系。MEC通過(guò)對(duì)移動(dòng)邊緣的用戶與業(yè)務(wù)識(shí)別，提供差異化用戶服務(wù)體驗(yàn)，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。MEC無(wú)線側(cè)感知技術(shù)通過(guò)核心網(wǎng)或終端深度包解析（Deep Packet Inspection，DPI）用來(lái)應(yīng)用層信息傳遞、關(guān)鍵字段匹配統(tǒng)一資源定位符（Uniform Resource Locator，URL）信息、超文本傳輸安全協(xié)議（Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer，HTTPS）數(shù)據(jù)加密等，實(shí)施本地化、分布化、近逼用戶服務(wù)等策略，進(jìn)一步優(yōu)化了時(shí)延需求。

1.2? 跨層優(yōu)化與開(kāi)放性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

MEC靠近無(wú)線側(cè)，對(duì)于底層無(wú)線物理信息和高層應(yīng)用服務(wù)信息的獲取更加便捷，對(duì)于傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）優(yōu)化、視頻優(yōu)化等跨層優(yōu)化業(yè)務(wù)更加具有優(yōu)勢(shì)，也是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源和提升網(wǎng)絡(luò)性能的重要技術(shù)手段。由于海量視頻數(shù)據(jù)應(yīng)用與傳輸，數(shù)據(jù)帶寬和數(shù)據(jù)流的處理要求更加流暢和快捷，利用無(wú)線側(cè)MEC服務(wù)器，對(duì)無(wú)線信道帶寬進(jìn)行盲測(cè)，動(dòng)態(tài)選擇視頻分辨率，引導(dǎo)視頻傳播質(zhì)量的吞吐率，極大地提升了視頻數(shù)據(jù)傳播的穩(wěn)定性和可靠性。另外，MEC技術(shù)對(duì)無(wú)線底層信息進(jìn)行優(yōu)化處理，及時(shí)跟蹤、選擇合理傳輸信道，很好地對(duì)TCP數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，很好地解決鏈路資源及丟包等問(wèn)題，MEC還可以對(duì)RAN調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化，滿足不同用戶對(duì)無(wú)線資源申請(qǐng)應(yīng)用的問(wèn)題。另外，5G網(wǎng)絡(luò)更加深度融合第三方網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無(wú)界性連接，對(duì)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)切片編排管理、反向能力、服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）控制、網(wǎng)絡(luò)信息處理和應(yīng)用進(jìn)行了更為有效的開(kāi)放。同時(shí)不斷引入云計(jì)算、海量數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)應(yīng)用，CDN，SDN，AR等新技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力更加開(kāi)放。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）定義的MEC設(shè)備南向接口以及用于應(yīng)用層的北向接口等標(biāo)準(zhǔn)化接口技術(shù)，是5G開(kāi)放功能的有力支撐和有機(jī)組成部分[2]。

1.3? C/U分離和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

5G及MEC另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是解決如何進(jìn)行流量計(jì)費(fèi)和安全支付問(wèn)題。通過(guò)實(shí)施C/U分離技術(shù)，很好地分離用戶面和控制面，造成了用戶面網(wǎng)關(guān)可以獨(dú)立沉入移動(dòng)邊緣，對(duì)用戶需求實(shí)施流量計(jì)費(fèi)，確保了系統(tǒng)的安全性能。5G網(wǎng)絡(luò)切片可以在物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上區(qū)分業(yè)務(wù)類(lèi)型，從而形成端到端的邏輯子網(wǎng)絡(luò)。MEC業(yè)務(wù)感知功能與5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)相似度較大，但是兩者區(qū)分流量目的、精細(xì)度和方式上有差別，如表1所示。

MEC對(duì)時(shí)延要求極為嚴(yán)格的業(yè)務(wù)類(lèi)型提供支持，極大豐富了網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用。

2? ? MEC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架構(gòu)與場(chǎng)景應(yīng)用

2.1? MEC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架構(gòu)

MEC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)主要包括MEC平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)置層、MEC應(yīng)用平臺(tái)層、MEC應(yīng)用層等3層結(jié)構(gòu)。MEC技術(shù)通過(guò)對(duì)3G，4G等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，增加了網(wǎng)元等結(jié)構(gòu)，其業(yè)務(wù)本地化和近距離部署能力明顯增強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，MEC平臺(tái)可以概括為室內(nèi)微基站場(chǎng)景和室外宏基站場(chǎng)景。考慮到MEC可以嵌入到宏基站以及微基站的覆蓋范圍以及服務(wù)w用戶數(shù)，MEC應(yīng)用平臺(tái)需要以本地匯聚網(wǎng)關(guān)模式布置多業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)基站覆蓋區(qū)域內(nèi)多種業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)。

微基站具有一定的覆蓋范圍和服務(wù)用戶數(shù)的功能要求， MEC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)主要為本地匯聚網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式。多個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用可以同時(shí)部署在MEC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，支持基站覆蓋區(qū)域內(nèi)網(wǎng)關(guān)匯聚、用戶本地網(wǎng)關(guān)、用戶和網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)分析、開(kāi)放第三方應(yīng)用等多種業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)。在室外宏基站場(chǎng)景應(yīng)用中，考慮到基站的計(jì)算與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存需求，MEC平臺(tái)功能可以直接嵌入宏基站中，用來(lái)滿足網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)利用率、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上下文信息獲取和垂直業(yè)務(wù)應(yīng)用的建設(shè)需求。

MEC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施層采用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)，主要包括多種類(lèi)型的服務(wù)器，為底層各種硬件設(shè)施提供計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸支持。MEC應(yīng)用平臺(tái)層通過(guò)MEC應(yīng)用平臺(tái)管理系統(tǒng)，實(shí)施的虛擬化管理和應(yīng)用平臺(tái)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施是MEC虛擬化管理服務(wù)主要對(duì)象，滿足應(yīng)用層獨(dú)立運(yùn)行的環(huán)境要求。MEC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)層主要實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析、服務(wù)注冊(cè)、數(shù)據(jù)分流、網(wǎng)絡(luò)自組織（Self-Organized Network，SON）、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息管理、網(wǎng)絡(luò)加速等功能，MEC 應(yīng)用平臺(tái)層廣泛采用開(kāi)放式應(yīng)用程序接口（Application Program Interface，API）向MEC應(yīng)用層進(jìn)行接口服務(wù)。MEC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層采用虛擬化虛擬機(jī)（Virtual Machine，VM）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將MEC應(yīng)用平臺(tái)層的各種應(yīng)用進(jìn)行虛擬化封裝，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)優(yōu)化、本地分流、用戶定位、AR、無(wú)線緩存等應(yīng)用需求。同時(shí)根據(jù)ETSI定義的MEC標(biāo)準(zhǔn)接口為軟件開(kāi)發(fā)商、第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用方提供開(kāi)放的服務(wù)能力，從而滿足客戶對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延、高帶寬傳輸?shù)慕ㄔO(shè)需求[3]。

2.2? MEC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景案例

MEC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架構(gòu)及主要應(yīng)用功能中，基于MEC本地流量爆發(fā)主要應(yīng)用為在長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）基站與核心網(wǎng)進(jìn)行串接MEC平臺(tái)，按照IP分流規(guī)則進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定，主要應(yīng)用有本地超低時(shí)延與超高帶寬業(yè)務(wù)需求。其工作原理為用戶體驗(yàn)（User Experience，UE）接入網(wǎng)應(yīng)用與某項(xiàng)業(yè)務(wù)時(shí)，從核心網(wǎng)獲取IP地址并提出初始化IP請(qǐng)求，并識(shí)別出IP數(shù)據(jù)包的端口、地址、UE、ID等信息，隨后同本地?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器建立鏈接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)本地分流[4]。

MEC平臺(tái)可以通過(guò)域名系統(tǒng)（Domain Name System，DNS）查詢IP指定地址實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分流功能。通過(guò)本地分流規(guī)則、DNS查詢規(guī)則以及公網(wǎng)IP分流規(guī)則實(shí)現(xiàn)終端與本地網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)之間的互聯(lián)互通;同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)特定IP業(yè)務(wù)/用戶從本地代理服務(wù)器接入到分組域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)選擇性IP數(shù)據(jù)分流在公網(wǎng)業(yè)務(wù)中的公開(kāi)透明化應(yīng)用。對(duì)于終端用戶控制面數(shù)據(jù)（S1-C），MEC平臺(tái)可以允許公網(wǎng)和本地業(yè)務(wù)直接傳遞到核心網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用終端鑒權(quán)、注冊(cè)、業(yè)務(wù)發(fā)起、切換等工作業(yè)務(wù)流程。MEC網(wǎng)絡(luò)對(duì)于公網(wǎng)業(yè)務(wù)中的上行用戶面數(shù)據(jù)可直接傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)（Serving GateWay，SGW）設(shè)備上進(jìn)行處理，而把適用與分流規(guī)則的本地上行數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，可通過(guò)路由轉(zhuǎn)發(fā)到本地網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于下行用戶面數(shù)據(jù)同樣是對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行分組，封裝成GTP-U數(shù)據(jù)包發(fā)送給目的基站，公網(wǎng)數(shù)據(jù)則直接轉(zhuǎn)發(fā)給基站處理。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)邊緣計(jì)算中的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，有效地解決了低時(shí)延、高負(fù)荷、高帶寬位置感知、信息感知等業(yè)務(wù)需求過(guò)程存在的技術(shù)難題，MEC通過(guò)對(duì)移動(dòng)邊緣的用戶與業(yè)務(wù)識(shí)別，提供差異化用戶服務(wù)體驗(yàn)，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。對(duì)用戶需求實(shí)施流量計(jì)費(fèi)，也確保了系統(tǒng)的安全性能。MEC網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用更是滿足了不同典型應(yīng)用特征需要，具備更加廣闊的應(yīng)用空間。

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