（中國移動(dòng)通信集團(tuán)四川有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

現(xiàn)有的技術(shù)無法消除傳輸距離產(chǎn)生的傳輸時(shí)延，并且在網(wǎng)絡(luò)流量較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的擁塞，本文提出一種車聯(lián)網(wǎng)中移動(dòng)邊緣計(jì)算方法及系統(tǒng)，將移動(dòng)邊緣計(jì)算與車聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，充分發(fā)揮了移動(dòng)邊緣計(jì)算高帶寬、低時(shí)延的技術(shù)特點(diǎn)。同時(shí)，本文提出一種車聯(lián)網(wǎng)中移動(dòng)邊緣計(jì)算能力構(gòu)建方法，該方法的主要步驟為：（1）車載終端經(jīng)由基站將數(shù)據(jù)包發(fā)送到移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器；（2）所述移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器判斷所述數(shù)據(jù)包是否為車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，如果是非車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)則將所述數(shù)據(jù)包發(fā)送到核心網(wǎng)進(jìn)行處理，如果是車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)則通過移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器對所述數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理后發(fā)送至相應(yīng)基站，再由基站發(fā)送至特定的車載終端。

1 基于MEC的邊緣計(jì)算構(gòu)建

1.1 車聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算系統(tǒng)

本文所提出的車聯(lián)網(wǎng)中移動(dòng)邊緣計(jì)算系統(tǒng)，包括以下3個(gè)部分。

（1）車載終端：用于發(fā)送車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)或非車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)；

（2）基站：用于在車載終端與移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器之間傳送數(shù)據(jù)；

（3）移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器：用于對所述車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理后的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通過基站發(fā)送給車載終端，并且將非車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送給核心網(wǎng)進(jìn)行處理。

其中，移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器包括流量分流網(wǎng)關(guān)TOF、GTP網(wǎng)關(guān)（GTP GW），以及移動(dòng)邊緣應(yīng)用平臺(tái)APP platform[1]。TOF用于將車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和非車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分流，使車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)在移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器上處理，將非車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送到核心網(wǎng)進(jìn)行處理，GTP GW完成GTP解包和封包，APP platform用于運(yùn)行具體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)不同功能。

車載終端將數(shù)據(jù)包發(fā)送至基站，基站進(jìn)行GTP封包后發(fā)送至TOF，TOF將收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行GTP基礎(chǔ)解包、匹配源IP地址，如果源IP匹配失敗，則將數(shù)據(jù)包重新封GTP包后發(fā)送至核心網(wǎng)中的服務(wù)網(wǎng)關(guān)SGW，然后根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理流程，對GTP包進(jìn)行解包，得到數(shù)據(jù)并處理完成后再封包經(jīng)由SGW發(fā)送至TOF，TOF將收到的GTP數(shù)據(jù)包發(fā)送至基站，基站進(jìn)行GTP解包后發(fā)送至車載終端[2]。

如果源IP匹配成功則表明為車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，則TOF將車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至GTP GW，GTP GW對接收到的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行GTP解包，得到車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至APP platform，APP platform將處理完的數(shù)據(jù)發(fā)送至GTP GW，然后進(jìn)行GTP封包后發(fā)送至TOF，TOF將收到的GTP數(shù)據(jù)包發(fā)送至基站，基站進(jìn)行GTP解包后發(fā)送至車載終端[3]。

在該系統(tǒng)中，將S1-U細(xì)化擴(kuò)展為S1-UM，作為基站與TOF之間的通信接口，以及S1-US作為TOF與SGW之間的通信接口，將S1-MME擴(kuò)展為S1-C作為移動(dòng)管理實(shí)體MME與基站之間的通信接口，以及S1-CM作為MME與TOF之間的通信接口。

新增加的移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器將車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送給了移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器，這部分?jǐn)?shù)據(jù)也就不再傳送至核心網(wǎng)，如不設(shè)計(jì)新的計(jì)費(fèi)接口，就會(huì)產(chǎn)生計(jì)費(fèi)偏差。所以，如需對車輛網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)費(fèi)，可仿造LTE中Gx接口在TOF與PCRF之間設(shè)計(jì)一個(gè)新的接口，實(shí)現(xiàn)對發(fā)送至移動(dòng)邊緣計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)費(fèi)。

1.2 邊緣計(jì)算構(gòu)建過程

邊緣計(jì)算的構(gòu)建過程如下。

步驟1：將移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器部署于匯聚機(jī)房，使得移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器能夠同時(shí)服務(wù)多個(gè)基站。

將移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器部署于匯聚機(jī)房，一個(gè)移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器可服務(wù)多個(gè)基站，從而降低實(shí)際部署成本，增加數(shù)據(jù)傳輸效率。匯聚機(jī)房用于在網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)將本地業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)連接到骨干節(jié)點(diǎn)，可覆蓋至少2 000 m2的范圍。移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器服務(wù)的基站數(shù)量可取決于該匯聚機(jī)房可覆蓋范圍內(nèi)基站的數(shù)量。

步驟2：車載終端與車內(nèi)智能控制模塊連接，車載終端與車內(nèi)智能模塊之間能夠傳輸數(shù)據(jù)。

車載終端用于發(fā)送車載數(shù)據(jù)和接收基站信息，例如可以是工業(yè)級4G路由器。車內(nèi)智能模塊是指與車輛智能駕駛相關(guān)的功能模塊，如雙目攝像頭、激光雷達(dá)等設(shè)備。車載終端與車內(nèi)智能模塊之間可通過CAN總線協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

步驟3：在車載終端入網(wǎng)之前根據(jù)源 IP 地址對車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和非車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分。

車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)只會(huì)來自于若干個(gè)固定IP的車載終端，因此具有這些IP的終端被認(rèn)為發(fā)送的數(shù)據(jù)是車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，來自其他終端發(fā)送的數(shù)據(jù)被認(rèn)為是非車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，因此可通過識(shí)別車載終端的IP來確定數(shù)據(jù)是否為車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)是指與車輛行駛、路況、控制等相關(guān)信息的統(tǒng)稱。非車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)是指除車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)以外的基站能接收的數(shù)據(jù)。

步驟4：車載終端將數(shù)據(jù)包發(fā)送至基站，基站將數(shù)據(jù)進(jìn)行GTP封包，然后發(fā)送至TOF。

TOF設(shè)置在移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)網(wǎng)中類似于服務(wù)網(wǎng)關(guān)SGW的功能，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行基礎(chǔ)解包、匹配源IP后進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)[4]。然而，TOF作為在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中加入新的網(wǎng)絡(luò)單元，需要設(shè)計(jì)該網(wǎng)絡(luò)單元與其他網(wǎng)絡(luò)單元之間進(jìn)行通信的新的接口。作為一種可選方案，可將S1-U細(xì)化擴(kuò)展為S1-UM（作為基站與TOF之間的通信接口）和S1-US（作為TOF與SGW之間的通信接口），這樣能夠?qū)崿F(xiàn)TOF針對不同數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)功能。另外，將S1-MME擴(kuò)展為S1-C（作為移動(dòng)管理實(shí)體MME與基站之間的通信接口）與S1-CM（作為MME與TOF之間的通信接口）從而實(shí)現(xiàn) MME 與基站及移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器的控制面信令交互。

步驟5：移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器中TOF對收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行基礎(chǔ)解包，解包后查看數(shù)據(jù)的源IP是否為傳輸車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的車載終端IP，如果匹配成功，則將該數(shù)據(jù)識(shí)別為車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，發(fā)送至GTP GW，執(zhí)行步驟7，否則轉(zhuǎn)到步驟6。

在該步驟，基礎(chǔ)解包是指TOF會(huì)執(zhí)行GTP拆包功能，直到能夠解析出數(shù)據(jù)包的源IP地址。

步驟6：如果TOF解包后IP匹配失敗，則判斷數(shù)據(jù)為非車輛網(wǎng)數(shù)據(jù)，TOF將數(shù)據(jù)包封為GTP包后轉(zhuǎn)發(fā)至SGW，轉(zhuǎn)到步驟9。

步驟7：GTP GW將從TOF傳送過來的數(shù)據(jù)包進(jìn)一步解包，解GTP包流程與現(xiàn)網(wǎng)相同，然后將解包后的數(shù)據(jù)發(fā)送至APP platform。

步驟8：APP platform處理完車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)后，將反饋信息，例如全局信息、信令信息等發(fā)送至GTP GW進(jìn)行GTP封包，然后發(fā)送至TOF，轉(zhuǎn)到步驟10。

APP platform從TOF收到車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)后，根據(jù)應(yīng)用平臺(tái)上不同的應(yīng)用從車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)提取需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理并生成反饋結(jié)果。

步驟9：根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理流程，在SGW和PDN網(wǎng)關(guān)（PGW）之間傳送控制面信息和用戶面數(shù)據(jù)，交由核心網(wǎng)內(nèi)部或者外部服務(wù)器去響應(yīng)這部分非車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，然后經(jīng)由PGW進(jìn)行GTP封包后傳送至SGW，再發(fā)送到TOF，轉(zhuǎn)到步驟10。

步驟10：TOF分別將接收到的GTP包通過匹配發(fā)送到相應(yīng)基站，基站再對GTP解包后發(fā)送到接收反饋信息的車載終端[5]。

2 結(jié)語

本文結(jié)合網(wǎng)聯(lián)汽車與智能路側(cè)設(shè)備的協(xié)同在開放道路上的應(yīng)用，提出一種車聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算方法。在車聯(lián)網(wǎng)中構(gòu)建邊緣計(jì)算的過程，主要是在靠近車端部署邊緣計(jì)算服務(wù)器，包括移動(dòng)邊緣服務(wù)器實(shí)際部署位置及其具體架構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸流程，以解決車聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)時(shí)延過高和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過大等問題。通過把移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器部署到匯聚機(jī)房，利用服務(wù)器上的流量分流網(wǎng)關(guān)針對不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同目的地址的轉(zhuǎn)發(fā)，使得車聯(lián)網(wǎng)信息在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理，從而提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。下一階段，將有針對性地選擇某一開放道路示范區(qū)進(jìn)行測試與應(yīng)用落地。