杜玉紅，侯守明

（1.鶴壁職業(yè)技術學院，河南 鶴壁 458030；2.河南理工大學，河南 焦作 454003)

1 概述

1.1 5G新基建

5G新基建是指在5G技術基礎上建設的新一代信息基礎設施，包括5G網(wǎng)絡、5G應用、5G設備等。5G新基建是我國提出的重大戰(zhàn)略，旨在推動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展、促進產(chǎn)業(yè)升級、提升國家競爭力。5G新基建的推進涉及基礎設施建設、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人才培養(yǎng)、政策制定等多個方面。目前，我國已經(jīng)啟動了5G新基建計劃，并陸續(xù)發(fā)布了一系列支持政策，吸引了眾多企業(yè)和投資者的關注。

1.2 MEC系統(tǒng)關鍵技術

MEC（Multi-access Edge Computing）系統(tǒng)是一種面向5G網(wǎng)絡的邊緣計算技術，它在網(wǎng)絡邊緣部署計算、存儲、網(wǎng)絡等資源，提供低時延、高帶寬的邊緣計算服務，為5G應用提供支持。其主要是從移動核心網(wǎng)內(nèi)將云平臺遷移到移動接入網(wǎng)邊緣，從而更加合理地實現(xiàn)計算資源、存儲資源等的利用，實現(xiàn)傳統(tǒng)運營商蜂窩網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)等的更深度融合，提升移動用戶的訪問效率[1]。

1.2.1 整體架構

如圖1所示，在MEC系統(tǒng)整體架構中的服務器是其核心，由多臺或一臺服務器組成，通過在無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)之間部署服務器，在網(wǎng)絡近端的無線網(wǎng)絡側為客戶提供高效、低延時的計算和存儲等服務，提升移動終端用戶的滿意度。MEC服務器是由路由子系統(tǒng)、平臺管理系統(tǒng)、能力開放子系統(tǒng)等組件組成，實現(xiàn)與無線接入網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、軟件基礎環(huán)境等的相互融合，并進行數(shù)據(jù)信息動態(tài)交互。MEC系統(tǒng)的主要應用場景包括AR、VR視頻、車輛網(wǎng)、輔助計算等。比如在車輛網(wǎng)中，利用MEC系統(tǒng)分析車輛及路測傳感器的數(shù)據(jù)，可以將危險等時延敏感性信息分享給周邊的車輛，有利于減少行車完全事故的發(fā)生概率，緩解交通擁堵等問題，具有較高的應用優(yōu)勢和前景。

圖1 MRC系統(tǒng)整體架構

1.2.2 基本功能組件

MEC系統(tǒng)包括路由子系統(tǒng)、能力開放子系統(tǒng)、平臺管理子系統(tǒng)、邊緣云基礎設施四大基本功能組件，前三者主要部署于MEC服務器內(nèi)，后者則位于網(wǎng)絡邊緣的小型數(shù)據(jù)中心內(nèi)。MEC服務器的路由系統(tǒng)需要與網(wǎng)絡切片、應用程序管理、安全與隱私保護等其他模塊協(xié)同工作，以實現(xiàn)MEC系統(tǒng)的高效和可靠運行，而且MEC服務器的路由系統(tǒng)需要與移動網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)的路由系統(tǒng)相互配合，實現(xiàn)端到端的通信服務。能力開放子系統(tǒng)主要是MEC服務器向應用程序開放其內(nèi)部資源和服務的系統(tǒng)，向路由子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)信息的實時動態(tài)，并向平臺管理子系統(tǒng)上報能力開放的相關注冊信息、能力調(diào)用統(tǒng)計信息。能力開放子系統(tǒng)提供一種標準化的接口，使得應用程序可以方便地獲取和使用MEC服務器的能力，加速應用程序的開發(fā)和部署，可以為應用程序提供更加靈活和豐富的服務，同時也可以提高MEC服務器的利用率和效率。平臺管理子系統(tǒng)是用于管理和維護MEC服務器的軟件和硬件資源的系統(tǒng)，需要具備高可用性、高可擴展性和高性能，以保證MEC系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠。其還需要與其他子系統(tǒng)協(xié)同工作，實現(xiàn)MEC系統(tǒng)的全面管理和運營。邊緣云基礎設施是指支持MEC系統(tǒng)運行的硬件和軟件基礎設施，主要利用小型化硬件平臺構建的物理資源池為終端用戶提供計算、存儲、通信等功能，及時處理MRC系統(tǒng)本地的數(shù)據(jù)業(yè)務[2]。

2 MEC系統(tǒng)的關鍵技術

2.1 計算卸載技術

計算卸載技術是MEC系統(tǒng)的關鍵技術之一，它通過將計算任務從移動設備卸載到MEC服務器上進行處理，實現(xiàn)移動設備的輕量化，延長電池壽命，同時提高運行效率和用戶體驗，包括任務卸載、資源分配、網(wǎng)絡通信、安全保障等內(nèi)容。任務卸載是將計算任務從移動設備卸載到MEC服務器上進行處理，需要考慮數(shù)據(jù)傳輸、任務調(diào)度、安全性等問題，以保證任務在MEC服務器上的高效執(zhí)行。資源分配是根據(jù)計算任務的性質(zhì)和需求，動態(tài)分配MEC服務器上的計算、存儲、網(wǎng)絡等資源，以滿足任務的執(zhí)行需求。網(wǎng)絡通信是通過高速、低延遲的網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)移動設備與MEC服務器之間的實時數(shù)據(jù)傳輸和任務協(xié)同。安全保障是通過利用數(shù)據(jù)加密、身份認證、訪問控制等安全機制，保障數(shù)據(jù)和計算任務的安全性。計算卸載技術主要應用于視頻處理、語音識別、圖像識別、機器學習等領域中。

2.2 無線數(shù)據(jù)緩存

無線數(shù)據(jù)緩存是通過在MEC服務器和移動設備之間建立數(shù)據(jù)緩存，將常用數(shù)據(jù)緩存在MEC服務器中，以減少移動設備和MEC服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸，提高數(shù)據(jù)訪問效率和用戶體驗，包括緩存管理、數(shù)據(jù)一致性、數(shù)據(jù)預取、離線緩存等內(nèi)容。緩存管理是根據(jù)數(shù)據(jù)的使用情況，動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)緩存的大小和位置，以最大程度地提高數(shù)據(jù)訪問效率。數(shù)據(jù)一致性可保證MEC服務器和移動設備之間的數(shù)據(jù)一致性，避免因數(shù)據(jù)不一致而導致的錯誤和延遲。數(shù)據(jù)預取是根據(jù)用戶的使用習慣和行為，預取可能會使用的數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)訪問速率和用戶體驗。離線緩存是將常用數(shù)據(jù)緩存至本地，以在無網(wǎng)絡或網(wǎng)絡不穩(wěn)定時也能訪問數(shù)據(jù)，主要用于視頻、音樂、圖像等大型媒體文件的訪問、網(wǎng)頁瀏覽等[3]。

2.3 基于SDN的本地分流技術

基于SDN的本地分流技術通過將網(wǎng)絡控制平面和數(shù)據(jù)平面分離，實現(xiàn)對網(wǎng)絡流量的靈活管理和優(yōu)化，從而提高網(wǎng)絡性能和用戶體驗，包括網(wǎng)絡流量控制、路由優(yōu)化、網(wǎng)絡安全、網(wǎng)絡資源管理等內(nèi)容。網(wǎng)絡流量控制是指通過SDN控制器對網(wǎng)絡流量進行管理和控制，以提高網(wǎng)絡帶寬利用率和數(shù)據(jù)傳輸速率；路由優(yōu)化是指通過SDN控制器對網(wǎng)絡路由進行優(yōu)化，以減少數(shù)據(jù)傳輸延遲和網(wǎng)絡擁塞；網(wǎng)絡安全是指通過SDN控制器對網(wǎng)絡安全進行管理和控制，以提高網(wǎng)絡安全性和防御能力；網(wǎng)絡資源管理是指通過SDN控制器對網(wǎng)絡資源進行管理和調(diào)度，以實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的高效利用和優(yōu)化。基于SDN的本地分流技術主要應用于視頻流媒體、在線游戲、實時通信等需要低延遲和高帶寬的應用中。

3 5G新基建背景下MEC系統(tǒng)關鍵技術面臨的挑戰(zhàn)

3.1 網(wǎng)絡安全威脅

隨著5G網(wǎng)絡的廣泛應用，MEC系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)流量和敏感數(shù)據(jù)將面臨更多的數(shù)據(jù)泄露、惡意攻擊、拒絕服務攻擊等網(wǎng)絡安全威脅，而且MEC系統(tǒng)本身的分布式架構也加大了網(wǎng)絡安全攻擊的維度，隨著移動邊緣計算的更加智能化、信息化，使得其受到網(wǎng)絡安全威脅的概率逐漸加大，出現(xiàn)軟件的感染或安全漏洞的攻擊概率加大，從而影響其安全性。

3.2 公平性受到威脅

M EC系統(tǒng)的公平性指的是對不同用戶和應用程序的公平分配和利用網(wǎng)絡資源的能力。在5G網(wǎng)絡中，MEC系統(tǒng)需要面對大量的用戶和應用程序，網(wǎng)絡資源的分配和利用將面臨更多的挑戰(zhàn)。

3.3 互操作性和連續(xù)性

MEC系統(tǒng)需要與其他網(wǎng)絡設備和應用程序進行互操作，同時需要保持連續(xù)性，以保證用戶和應用程序的無縫連接和服務體驗。M EC系統(tǒng)需要遵循行業(yè)標準和規(guī)范，保證和其他網(wǎng)絡設備和應用程序的互操作性。不同的供應商如果未按照統(tǒng)一的標準規(guī)范、協(xié)議等進行操作，很容易使異構的MEC設備和系統(tǒng)之間的互操作性減低，甚至影響MEC系統(tǒng)的正常運行。MEC系統(tǒng)需要保持高可用性和可靠性，確保用戶和應用程序的連續(xù)性，服務體驗如何實現(xiàn)終端用戶業(yè)務的連續(xù)、無縫切換也是MEC系統(tǒng)重點關注的對象。

4 5G新基建背景下MEC系統(tǒng)關鍵技術的應用方案

4.1 流量疏導方案

在5G網(wǎng)絡中，由于其高速、低延遲、大容量等特點，用戶會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)流量。如果這些流量無法得到有效的疏導和管理，將會給網(wǎng)絡帶來很大的壓力，影響用戶的網(wǎng)絡體驗和服務質(zhì)量，因此，流量疏導方案是5G新基建背景下MEC系統(tǒng)關鍵技術的一個重要應用方案。流量疏導方案的實現(xiàn)需要依賴MEC系統(tǒng)的邊緣計算和存儲能力，通過在網(wǎng)絡邊緣部署計算和存儲資源，實現(xiàn)對流量的實時監(jiān)測和管理。首先，可以通過在網(wǎng)絡邊緣部署監(jiān)測設備，實時監(jiān)測網(wǎng)絡中的流量情況，對流量進行分類和分析，更好地了解網(wǎng)絡中的流量狀況，為后續(xù)的疏導和管理提供數(shù)據(jù)支持，再在網(wǎng)絡邊緣部署疏導設備，對流量進行定向疏導，根據(jù)不同的流量類型和特點，將流量疏導到不同的網(wǎng)絡路徑和設備中，以實現(xiàn)流量的分流和優(yōu)化。其次，通過在網(wǎng)絡邊緣部署緩存和加速設備對流量進行緩存和加速。對于一些常用的應用和數(shù)據(jù)，可以將其緩存在邊緣設備中，以減少網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸和延遲，提高用戶的網(wǎng)絡體驗和服務質(zhì)量。最后，通過在網(wǎng)絡邊緣部署安全設備，對流量進行安全管理。對于一些存在安全風險的流量，可以進行實時監(jiān)測和防護，保障網(wǎng)絡和用戶的安全，有效地管理和優(yōu)化網(wǎng)絡中的流量，提高用戶的網(wǎng)絡體驗和服務質(zhì)量[4]。

4.2 業(yè)務連續(xù)性方案

首先，通過在網(wǎng)絡邊緣部署服務分發(fā)和負載均衡設備，將服務分發(fā)到不同的計算節(jié)點和存儲節(jié)點中，實現(xiàn)業(yè)務的高可用和負載均衡，再在網(wǎng)絡邊緣部署數(shù)據(jù)備份和恢復設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份和恢復，在網(wǎng)絡故障或數(shù)據(jù)丟失時可以迅速恢復數(shù)據(jù)，保障業(yè)務的連續(xù)性和穩(wěn)定性。其次，通過在網(wǎng)絡邊緣部署彈性計算和存儲設備，實現(xiàn)計算和存儲資源的彈性調(diào)度和管理，在業(yè)務負載變化或故障發(fā)生時，可以自動調(diào)整計算和存儲資源，保障業(yè)務的連續(xù)性和穩(wěn)定性。最后，通過在網(wǎng)絡邊緣部署容錯和故障轉移設備，實現(xiàn)業(yè)務的容錯和故障轉移，在計算節(jié)點或存儲節(jié)點發(fā)生故障時，可以自動轉移業(yè)務到其他節(jié)點，保障業(yè)務的連續(xù)性和穩(wěn)定性，保障用戶的服務體驗和服務質(zhì)量[5]。

5 結束語

隨著5G網(wǎng)絡的快速發(fā)展和應用，MEC系統(tǒng)作為5G新基建的重要支撐技術，也逐漸受到了各界的關注和重視。MEC系統(tǒng)的邊緣計算和存儲能力，為各種應用和服務的實時處理和傳輸提供了重要的支持和保障。對MEC系統(tǒng)關鍵技術進行深入研究和應用，可以實現(xiàn)5G網(wǎng)絡的高效、穩(wěn)定和安全運行，為各種應用和服務的發(fā)展和創(chuàng)新提供重要的支持和保障。未來，隨著5G網(wǎng)絡和MEC系統(tǒng)技術的不斷發(fā)展和完善，MEC系統(tǒng)關鍵技術的應用研究也將不斷深入和擴展。我們期待著MEC系統(tǒng)關鍵技術的應用研究能夠為5G新基建的發(fā)展和創(chuàng)新做出更大的貢獻?！?/p>