移动边缘计算技术概述

第8卷第5期2019$9月Vol.8No.5网络新媒体技术Sep.2019•经典评述-移动边缘计算技术概述!洪德坚王雷(中国科学技术大学信息学院合肥230026)摘要：移动边缘计算技术MEC是未来5G技术提高服务平台应用能力的重要技术手段#首先介绍了MEC发展历程、优势及基本架构，然后对MEC的三大关键技术进行总结分析,并描述了MEC的三大类应用场景，最后探讨了MEC的发展趋势#关键词：移动边缘计算，5G未来网，移动互联网应用OverviewofMobileEdgeComputingTechnologyHONGDejian,WANGLal(UniverstyoSScienccandTechnologyoSChina,Hefei,230026,China)AbstracC:Mobileedgeccmputingtechnology----MECisanimportanttechnicalmeansforimprovingtheapplicationcapabilityoSsere­iceplatformsinthefuture5Gtechnology.Thispaperfirstintroduccsthedevelopmenthisto-,advantagesandbasicstructureoSMEC,thensummarizesandanalyzesthethreekeytechnologiesoSMEC,describesthethreemajorapplicationsccnariosoSMEC,andfinallydiscussesthedevelopmenttrendoSMEC.Keywordt:Mobileedgeccmputing,5Gfuturenetwork,mobileinternetapplication0引言随着互联网、移动互联网的飞速发展,用户对网络对流量的需求越来越大，要求也越来越高,为此网络面临的压力越来越大，为更快处理网络中用户需求，移动边缘计算技术(MobileEdgaComputing,MEC)应运而生，目前,MEC已成业界热点话题#MEC由国际标准组织ETSID(EuropeanTelecammunicationsStandardsInstitute)(欧洲电信标准协会)提出，是基于5G演进架构、将基站与互联网业务深度融合的技术。经过几年的推进，目前关于MEC业界已经形成共识：MEC将是建设5G网络边缘云的普遍模式，或将成为5G业务发展的“试金石”&1]o本文将对MEC进行相关探讨。主要包括4部分内容，第1部分MEC研究现状和基本架构，第2部分是对MEC主要3大关键技术进行研究，第3部分内容是MEC典型的应用场景研究，第4部分内容是MEC未来发展和展望。1MEC发展历程、优势及基本架构移动边缘计算MEC概念最初于2013年出现。HM与NokiaSiemens网络当时共同推出了一款计算平台，可在无线基站内部运行应用程序，向移动用户提供业务。欧洲电信标准协会ETSI于2014年成立移动边本文于2018-08-01收到，2018-08-16收到修改稿。*基金项目：工信部新一代宽带无线移动通信网”重大专项子课题(2017ZX03001019-004)5期洪德坚等：移动边缘计算技术概述61工作组，正式宣布推动移动。本思想是把移动核心网络)移到移动接入网，实现及的弹性利用&2这传统电信蜂窝网络与互联网业务了深度融合,旨在移动业务交付的端到端，发掘无线网络的内在能力，从而提升用户体验,给电信运营商的运作模式带来全新变革，并建新型的产业链及网络生态圈#2016年,ETSI把MEC的扩展为多接入(Multi-AcccssEdgeComputing)，电信蜂窝网络伸至其他无线接入网络(如WiFi)。MEC可以看作是运行在移动网络的、运特定任务的#MEC.可以实现本地业，从而，由大的能力，它可以任务卸载，将一些任务卸载在本地，从而在交互到终端时，不外，这也是在另外•方了，提了用户体验，MEC.在逻辑上又不依赖于网络其他部分，这对应用提供了性特点。据，将应用服务器部署于无线网络边缘，可在无线接入网络与现有应用服务器之间的回程线路(Backhaul)上节省高达35%的使用。到2018年，来自游戏、视频2于数据流的网占据84%的I流量，这移动网络提的体验质量。利用架构，可使用户体验到的网络延迟:50%。据Gartnec报告，联网的物联网设备至2020年达208。在别，的！时间增加50ms-100ms，能提高10%-20%的识别准确率，这意味着在不对现有识别改进的情况下，通过引入移动边缘计算技术，通过移动终端之间的传输改别效果&2'。从2014年12月开始，ETSIMECISG开始努力制定MEC统一架构。经过ISGMEC—番努力后，制定了关于MEC的基本技术考架构的相关。在参考文献&3'中，ISGMEC对MEC的网络框架；考架构进行了。图1是MEC的基本框架,该框架较宏观的层次将MEC不同的功能实体划分为3次：移动系统、移动主网络。从上到下，第1层为移动系统水，主工作是对MEC系统，是MEC系统的管理实体；第2层为移动主，其中又包移动应用、移动、设施、移动主机及在移动主下的移动主机管系统。是网络，网络主3GPP蜂窝网络、本地网络外网络相关的外实体，主表示MEC工作系统与网、蜂窝移动网或者外部网络的接入情况。其中，移动主是在网络上才得以接入网络，而网络又是在移动边主下才能迟，质量的特点。而移动系统是在，管着移动主网络。三者相互依存，联系，各自都着重要的作用。图1MEC的基本架构动缘统平一动缘机平移边系水移边主水网络水平2MEC三大关键技术目前，MEC系统的关键技术主要分为以下三点：(1)卸技术。在卸载技术的支撑下，MEC系统能够实现高效率的任务调度，并且极大地减少接收端延迟，实现实业。显而，卸载技术是MEC系统实现业务实的核心，它将终端业务卸载到调度好的MEC服务器上去执行，并且分配相应的。卸技术的关键点就在于如何去调度任务到的服务器上去执行，以及如何地分配在终端上的。参考62网络新媒体技术2019年文献&4'中，采用李雅谱诺夫函数可以解决此类最优性问题#在文献&5］中，采用上置算法和,-greedy算法解决卸载最优化问题。(2)无线数据缓存技术#由于MEC系统能够支持无线数据缓存技术，MEC系统才能够支持本地缓存类应用，这样才能够减少移动端交付的端到端延迟，极大地降低业务延迟，提升用户体验。无线数据缓存技术基本原理很简单，即假设已经经过分析得到热点数据缓存在边缘MEC服务器上，当用户进行再次请求该热点数据时,在单跳范围内用户就能得到所要求的数据，极大降低了时延&6(3)基于SDN网络的本地分流技术#本地分流技术主要是为了解决一些在本地视频直播或者本地视频监控类应用，实现业务的本地分流，降低本地业务时延。基于SDN网络的本地分流技术利用SDN网络控制面和数据面分离,从而实现在在分流网关的智能分流，实现本地分流技术。整个过程分为三步，首先SDN控制器从策略服务器读取相应的分流策略;其次SDN控制器根据分流策略及网络流信息制定相应的分流规则表并下发到分流网关;最后分流网关根据分流转发规则表进行最终分流&7］#3MEC典型应用场景MEC主要业务应用场景可以分为以下三大类：(1)本地分流及本地缓存：主要应用在传输受限场景和实时应用场景，利用本地分流和本地缓存，提高业务质量#主要包括企业园区、本地视频直播、AR/VR、边缘CDN、视频监控等#(2)数据服务：包括室内定位，车联网#(3)业务优化：主要包括视频QoS优化、视频直播和游戏加速#3.1本地分流、本地缓存类应用本地缓存类应用主要分为本地边缘CDN及VR/AR应用，其原理都是一致的，就是利用MEC服务器本身强大的计算能力，并且能对一些本地内容进行缓存。首先，当用户请求内容时，位于边缘的MEC服务器对用户请求包进行解析，判断该请求内容是否在本地，如果在本地就将对应内容直接返回给用户#这样既降低了业务处理时延，又减轻了在核心网的负载。典型的应用就是VR/AR,在MEC服务器上进行缓存需要推送的AR/VR视频内容，如果接收到用户一个请求，MEC服务器对其进行深度包解析，并结合位置信息确定推送内容并发送给用户#MEC应用解决方案一方面利用内容本地化，降低了网络时延，另一方面基于地理位置信息，大大增强了AR效果和价值&8'9］O本地分流类应用主要是本地视频直播、本地视频监控类应用和企业类应用#本地视频直播、本地视频监控类应用利用MEC服务器对请求数据包进行解析，如果发现请求的是本地直播视频，MEC平台将会直接将本地直播视频、视频监控分流到本地。企业类应用是构成一个自己的局域网，保持企业业务本地化，非企业业务传输到核心网，这样既避免了路由迂回，降低本地业务处理时延，又增强了本地内容安全性&10'113.2数据服务类应用数据服务类应用典型的就是车联网应用和大型商城中服务推送应用。车联网应用的场景下有大量的终端用户，如车辆、道路基础设施、支持V2X服务的智能手机等，同时对应着多种多样的服务，例如一些基本的道路安全服务，紧急事件的广播以及一些由应用开发商和内容提供商提供的增值服务，例如停车定位、增强现实或其他娱乐服务等&12］。我们可以沿着道路的基站上部署MEC服务器，并根据不同业务提供优先级服务次序，使得一些紧急事件先处理，在确保交通安全的同时，减少交通堵塞，并且提供车载用户体验&13］。在大型商城，也可以布置MEC服务器，为用户提供各种针对性的推送服务#MEC服务器对用户请求内容进行解析，识别，并结合地理位置信息为用户推送各种服务信息，极大地提高了用户服务质量#3.3业务优化类应用业务优化类应用主要表现为视频加速类应用，提高了QoS质量。一方面，部署在RAN侧的MEC服务器会根据实时网络状况选择相应的流畅度的视频,从而保证视频不卡顿#另一方面，由于MEC服务器其强大5期洪德坚等：移动边缘计算技术概述63的计算能力，可以在MEC服务器端先进行视频的解码处理，在用户侧处理时延就得到了降低，达到业务优化效果#4总结和展望MEC基本思想就是将云计算平台从核心网迁移到移动接入网边缘,从而实现本地业务化，降低服务延迟#自从2013年移动边缘计算MEC概念被提出，到推出计算平台，为移动用户提供业务，再到2014年欧洲电信标准协会成立移动边缘计算规范工作组，正式推动移动边缘计算标准化。2016年ESTI把MEC概念扩展为多接入移动边缘计算，将传统电信蜂窝网络延伸到无线接入网#可以看到，MEC在未来网络领域展现无限生机和魅力#MEC属于一个新兴的技术和市场，还有很多未开发的商业模式等待各个厂家创新、创造#在未来，随着移动设备的接入，移动端应用迫切需要一个更有竞争力，可扩展，同时又安全、智能的接入网#而相信在不久的将来，MEC将会提供一个强大的平台来解决未来网络的延迟、拥塞、容量和安全等问题&14]。同时，在未来的5G时代，MEC应用将应用于各种领域，为人类带来更高的服务质量，MEC将在这些领域大放异彩&15]#参考文献&1]程琳琳，黄海峰.MEC或成5G“试金石”为运营商业务添彩[J].通信世界，2017(11).&2]俞一帆，任春明，阮磊峰，SooJinTan.移动边缘计算技术发展浅析[J].电信网技术，2016(11)：59-62&3]Y.Yu.Mobileedgeccmputingtowards5G:Vision，reccnlprogress，andopenchallenges,inChinaCommunications，vol.13，no.Supplement。，pp.89-99，N/A2016.&4]LIDJ，MAOY，ZHANGJ，elal.DelxyOptimatComputationTaskSchedulingforMobile-EdgeComputingSystems&C]//HEEInternationalSymposiumonInformationThee-.USA: