5G邊緣計(jì)算技術(shù)詳解與應(yīng)用分析

馬曉凱

摘? 要：4G時(shí)代的智能終端技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)PC互聯(lián)網(wǎng)同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的深度融合，而在5G時(shí)代，移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)將會(huì)推動(dòng)云計(jì)算平臺(tái)同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的融合，這將減少移動(dòng)業(yè)務(wù)交付的端到端時(shí)延，發(fā)掘無線網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在能力，從而提升用戶體驗(yàn)，給電信運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)作模式帶來全新變革，并建立新型的產(chǎn)業(yè)鏈及網(wǎng)絡(luò)生態(tài)圈。該文首先分析了移動(dòng)邊緣計(jì)算產(chǎn)生的原因以及5G網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)邊緣計(jì)算的關(guān)系，然后從用戶維度分析了移動(dòng)邊緣計(jì)算的四大應(yīng)用場(chǎng)景，最后說明移動(dòng)邊緣計(jì)算的社會(huì)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);邊緣計(jì)算;云計(jì)算

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 5G邊緣計(jì)算技術(shù)分析

4G時(shí)代的智能終端技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)PC互聯(lián)網(wǎng)同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的深度融合，而在5G時(shí)代，移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)將會(huì)推動(dòng)云計(jì)算平臺(tái)同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的融合，并可能在技術(shù)及商業(yè)生態(tài)上帶來新一輪的變革和顛覆。

1.1 移動(dòng)邊緣計(jì)算的提出

5G是4G網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大升級(jí)版本，4G LTE服務(wù)僅提供75 Mbps的傳輸速率，而5G網(wǎng)絡(luò)已成功實(shí)現(xiàn)28 GHz頻段的1 024 Mbps吞吐量。同時(shí)，在5G時(shí)代，連接設(shè)備的數(shù)量將急劇增加，網(wǎng)絡(luò)邊緣將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。如果這些數(shù)據(jù)全部由主管理平臺(tái)處理，則數(shù)據(jù)的敏感性、安全性和機(jī)密性以及數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性將會(huì)受到影響。然而，通過引入先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行計(jì)算處理，根據(jù)接近原理處理這樣的一組數(shù)據(jù)，并且大量后臺(tái)設(shè)備同時(shí)工作以實(shí)現(xiàn)有效的協(xié)同處理，可以解決大流量和集中處理的難題。移動(dòng)邊緣計(jì)算正是這樣一種技術(shù)，可以解決5G網(wǎng)絡(luò)的延遲、擁塞和容量等問題。

1.2 移動(dòng)邊緣計(jì)算是5G的核心技術(shù)之一

根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）5G的要求，5G標(biāo)準(zhǔn)包括增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）、海量機(jī)器類通信（mMTC）、超可靠低延遲通信（URLLC）的3種應(yīng)用場(chǎng)景，主要指標(biāo)包括提供峰值10 Gbps以上的速率、毫秒級(jí)時(shí)延和超高密度連接，移動(dòng)性達(dá)500 km/h、時(shí)延低至1 ms，用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)率達(dá)到100 Mbps、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能新的躍升。

在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，由于主網(wǎng)絡(luò)的高位部署，傳輸延遲相對(duì)較長(zhǎng)，不能滿足極端延遲服務(wù)的要求。LTE技術(shù)可以將無線接口的速率乘以10，但端到端的延遲只能優(yōu)化為3倍。原因是空中效率大幅提升之后，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)未完全優(yōu)化成為業(yè)務(wù)延遲的瓶頸。盡管LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了扁平的兩跳架構(gòu)，但核心網(wǎng)絡(luò)基站往往距離數(shù)百公里，多個(gè)傳輸設(shè)備與不可預(yù)測(cè)的擁塞和抖動(dòng)相關(guān)聯(lián)，無法保證低延遲。為了減少等待時(shí)間和功耗，有必要顯著減少空中接口的傳輸延遲，盡可能地減少傳輸節(jié)點(diǎn)并減少源節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的“距離”。此外，該服務(wù)在云中完全無效，特別是某些區(qū)域服務(wù)未在本地完成，浪費(fèi)帶寬和增加延遲。

移動(dòng)邊緣計(jì)算能夠解決上述問題。一方面，移動(dòng)邊緣計(jì)算部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣，有效地集成了無線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并為無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加了計(jì)算、存儲(chǔ)、處理和其他功能，由于服務(wù)和應(yīng)用程序內(nèi)容部署在移動(dòng)邊緣，因此可以減少數(shù)據(jù)傳輸和處理時(shí)間，減少端到端延遲，滿足低延遲要求并降低功耗。另一方面，移動(dòng)邊緣計(jì)算將數(shù)據(jù)內(nèi)容下沉到區(qū)域網(wǎng)絡(luò)邊緣，在本地緩存內(nèi)容，一些區(qū)域性企業(yè)不需要通過終端進(jìn)行遠(yuǎn)程任務(wù)分配。因此，移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)成為5G網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一。

2 典型應(yīng)用場(chǎng)景

移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)通過將計(jì)算存儲(chǔ)能力與業(yè)務(wù)服務(wù)能力向網(wǎng)絡(luò)邊緣遷移可以為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、服務(wù)提供商以及終端用戶等帶來很大價(jià)值。在5G時(shí)代，移動(dòng)邊緣計(jì)算可以廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，象高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能駕駛、全息技術(shù)等領(lǐng)域，主要的業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景包括。

2.1 網(wǎng)絡(luò)傳輸場(chǎng)景

5G邊緣云是CDN未來的演進(jìn)方向之一，可以提供分發(fā)加速的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)功能，并且由于移動(dòng)邊緣計(jì)算更靠近無線網(wǎng)邊緣，下沉位置更深，時(shí)延更小，因此5G邊緣云還可以提供智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，象高清視頻傳輸、本地內(nèi)容緩存、無線網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化等。該應(yīng)用場(chǎng)景以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能為主要目標(biāo)，華為為西班牙沃達(dá)豐部署的移動(dòng)邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)時(shí)延降低了50%，大大提升了當(dāng)?shù)赜忻摹拔C(jī)時(shí)刻”游戲體驗(yàn)。同樣的，對(duì)于“王者榮耀”等“無線局域網(wǎng)”類型的團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)游戲，5G邊緣云是最新原始的、最有效的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化方案，通過移動(dòng)邊緣云降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，提高參與者的游戲體驗(yàn)。

2.2 云計(jì)算場(chǎng)景

作為云計(jì)算的延伸，邊緣計(jì)算在處理局部的、實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)上更有優(yōu)勢(shì)，因此能夠更好地支撐本地業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)智能化處理?；ヂ?lián)網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)的提供商很多，然而5G邊緣計(jì)算平臺(tái)由于部署在電信網(wǎng)絡(luò)邊緣，因此電信運(yùn)營(yíng)商具有天然優(yōu)勢(shì)。電信運(yùn)營(yíng)商可以通過與第三方業(yè)務(wù)和內(nèi)容提供商合作，提供5G邊緣云計(jì)算平臺(tái)服務(wù)，并借助無線網(wǎng)絡(luò)資源能力，提供優(yōu)于互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)的位置跟蹤、通信數(shù)據(jù)、局域?qū)＞W(wǎng)等特殊服務(wù)。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)都在積極地進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)布局，中國(guó)移動(dòng)計(jì)劃2019年在50個(gè)城市部署5萬個(gè)5G基站，聯(lián)通公司公布了《中國(guó)聯(lián)通Edge-Cloud平臺(tái)架構(gòu)及產(chǎn)業(yè)生態(tài)白皮書》，中國(guó)電信提出5G MEC融合架構(gòu)?；谶吘壴频挠?jì)算服務(wù)平臺(tái)使電信運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)嵤╈`活的網(wǎng)絡(luò)功能部署和可靠的支持基礎(chǔ)架構(gòu)，而平臺(tái)的核心托管和服務(wù)功能還可以幫助第三方應(yīng)用程序改善用戶體驗(yàn)。為了在應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)價(jià)值之間獲取最大的雙贏效益，電信運(yùn)營(yíng)商正在實(shí)現(xiàn)管道建設(shè)者向綠色建筑商的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景

5G網(wǎng)絡(luò)將給智能家居、智能城市、汽車網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域帶來巨大的發(fā)展空間，然而物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)處理的特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)手段提出了挑戰(zhàn)，而邊緣計(jì)算恰恰可以滿足這個(gè)需求。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2020年將有超過500億臺(tái)設(shè)備與設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，而50%的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將面臨網(wǎng)絡(luò)帶寬限制，40%的數(shù)據(jù)需要同時(shí)進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ)，邊緣計(jì)算市場(chǎng)將超過1萬億美元，并將成為一個(gè)新興市場(chǎng)。據(jù)估計(jì)，將應(yīng)用服務(wù)器部署于5G邊緣云，可在無線接入網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有應(yīng)用服務(wù)器之間的回程線路上節(jié)省高達(dá)35%的帶寬使用。

3 互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景

借助于電信運(yùn)營(yíng)商提供的移動(dòng)邊緣計(jì)算開放能力，第三方業(yè)務(wù)提供商可為終端用戶直接帶來全新功能以及體驗(yàn)的新型業(yè)務(wù)應(yīng)用，象在線游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等。通過移動(dòng)邊緣計(jì)算，可以為移動(dòng)用戶在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提供更好的AR/VR體驗(yàn)，在這種用戶場(chǎng)景下，移動(dòng)邊緣計(jì)算通過無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)確定用戶位置，并將數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)提供給用戶，邊緣云上的本地增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)服務(wù)器提供內(nèi)容匹配計(jì)算和推送，實(shí)現(xiàn)本地實(shí)景和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)內(nèi)容頻道的高度聚合，為不在現(xiàn)場(chǎng)的用戶帶來獨(dú)特的視角體驗(yàn)。在人工智能領(lǐng)域，特別是在圖像識(shí)別方面，移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器相對(duì)于移動(dòng)終端在處理時(shí)間及功耗上有顯著優(yōu)勢(shì)，移動(dòng)終端可以把復(fù)雜的計(jì)算需求獨(dú)立出來放到移動(dòng)邊緣云上，同時(shí)把有限的終端資源用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取與結(jié)果顯示，這意味著在不改進(jìn)現(xiàn)有算法的情況下，通過引入移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)，就可通過降低服務(wù)器與移動(dòng)終端之間的時(shí)延改善識(shí)別效果。因此許多現(xiàn)有終端無法實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景，在5G網(wǎng)絡(luò)下都將成為現(xiàn)實(shí)。

4 結(jié)語

在4G時(shí)代，我們已經(jīng)設(shè)想了5G技術(shù)將為我們的生活帶來的變化，并且在5G技術(shù)的發(fā)展中，邊緣計(jì)算技術(shù)起著至關(guān)重要的作用。象在車輛的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，應(yīng)用程序可以分析車輛數(shù)據(jù)和路邊傳感器，并利用邊緣計(jì)算云發(fā)送危險(xiǎn)警告和其他敏感延遲到附近車輛的信息。在智能機(jī)器人的應(yīng)用中，邊緣計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用可以提供更高效的計(jì)算能力，執(zhí)行時(shí)間敏感的數(shù)據(jù)處理并將結(jié)果傳輸?shù)浇K端設(shè)備。借助邊緣計(jì)算技術(shù)，可以大大提高超高清視頻用戶的體驗(yàn)，優(yōu)化用戶的觀看感知，減少延遲和初始等待時(shí)間，提高下載速度。可以看出，邊緣計(jì)算技術(shù)適合不同的生活場(chǎng)景，成為5G改變社會(huì)的關(guān)鍵因素之一。

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