邊緣計(jì)算背景下的5G增強(qiáng)技術(shù)與安全防護(hù)技術(shù)

靳宏堯，李敬義

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

0 引 言

5G網(wǎng)絡(luò)非常強(qiáng)大，其中網(wǎng)絡(luò)布局與外圍技術(shù)拓展衍生成為其不斷發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。例如，5G網(wǎng)絡(luò)在3GPP Re115初版標(biāo)準(zhǔn)中就能夠支持邊緣計(jì)算，與邊緣計(jì)算技術(shù)相互匹配實(shí)現(xiàn)版本技術(shù)強(qiáng)化。根據(jù)現(xiàn)有的Re117版本，希望深度研究邊緣計(jì)算技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中的增強(qiáng)過(guò)程，契合邊緣應(yīng)用業(yè)務(wù)追求實(shí)現(xiàn)信息化開放，同時(shí)有效規(guī)范本地流量路由導(dǎo)向優(yōu)化，深度分析邊緣應(yīng)用服務(wù)器中包含的各種技術(shù)模塊內(nèi)容，如遷移機(jī)制、發(fā)現(xiàn)機(jī)制、移動(dòng)化邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)向技術(shù)機(jī)制等。簡(jiǎn)言之，邊緣計(jì)算技術(shù)已經(jīng)全面融入5G承載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，以助力5G增強(qiáng)技術(shù)與安全防護(hù)技術(shù)方面不斷發(fā)展。

1 邊緣計(jì)算技術(shù)

當(dāng)前，我國(guó)存在CDN服務(wù)商邊緣節(jié)點(diǎn)部署相對(duì)分散的問(wèn)題，指代的是同一位置的用戶之間依然存在較大距離。在5G承載網(wǎng)絡(luò)取代4G重新布局后，這一問(wèn)題有望得到解決，因?yàn)樾碌腃DN架構(gòu)中融入了移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)聯(lián)合，可應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)要求進(jìn)行邊緣計(jì)算技術(shù)內(nèi)容的有效升級(jí)，且升級(jí)融合效果甚佳。

移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)被稱為MEC（Mobile Edge Computing）。為了體現(xiàn)技術(shù)優(yōu)越性，該技術(shù)還升級(jí)提出了多接入邊緣計(jì)算技術(shù)。兩種技術(shù)都基于5G演進(jìn)架構(gòu)設(shè)計(jì)展開，其移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)深度融合，是目前較為理想先進(jìn)的技術(shù)類型?？陀^上，該技術(shù)可有效節(jié)省帶寬資源，也能增加用戶體驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)計(jì)算能力拓展合理化的移動(dòng)邊緣節(jié)點(diǎn)?；诘谌綉?yīng)用集成，它還建立了一套移動(dòng)邊緣入口服務(wù)技術(shù)體系，為隨后的技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化提供了更多可能性。實(shí)際上，5G時(shí)代部署的初代CDN服務(wù)商已經(jīng)具備了邊緣計(jì)算技術(shù)優(yōu)勢(shì)。新技術(shù)在回源、部署、升級(jí)更新方面能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)技術(shù)內(nèi)容和核心資源效率的有效調(diào)整，同時(shí)能滿足適配性與后臺(tái)調(diào)度技術(shù)要求建立邊緣計(jì)算日志。軟件層面，它主要基于5G承載網(wǎng)絡(luò)配合物聯(lián)網(wǎng)定制軟件架構(gòu)，保證從回源層面上實(shí)現(xiàn)鏈路優(yōu)化，建立運(yùn)營(yíng)商分發(fā)通道，確保做到對(duì)回源體量的有效分流控制。整體上來(lái)，基于邊緣技術(shù)的5G承載網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建是具有彈性的、自由開放性的、可靈活擴(kuò)容的在線技術(shù)服務(wù)體系，目前甚至已經(jīng)建立了一套邊緣防護(hù)平臺(tái)體系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)技相關(guān)數(shù)據(jù)技術(shù)內(nèi)容的安全有效保護(hù)，在深度屏蔽、清洗應(yīng)用層攻擊與惡意流量方面非常到位，可實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的核心數(shù)據(jù)安全保障[1]。

2 基于5G技術(shù)的邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)分析

早在2014年ETSI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提出后，我國(guó)成立了移動(dòng)邊緣計(jì)算規(guī)范工作小組，主要工作任務(wù)就是開展移動(dòng)邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化工作，基于基本思想對(duì)云計(jì)算平臺(tái)移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整遷移，設(shè)計(jì)移動(dòng)接入網(wǎng)邊緣內(nèi)容，并計(jì)算處理邊緣內(nèi)容，由此做到對(duì)某些邊緣存儲(chǔ)資源的彈性化利用。該標(biāo)準(zhǔn)化工作主要對(duì)5G承載網(wǎng)絡(luò)中的邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)概念、內(nèi)容、需求、架構(gòu)、用例以及部署等進(jìn)行確定，隨后深入研究技術(shù)內(nèi)容。需要明確，在邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)MEC中，目前希望進(jìn)一步定義、擴(kuò)展“M”，確保其并不局限于M移動(dòng)計(jì)入模式，而是更多涵蓋包括Wi-Fi接入、固定接入以及非3GPP接入模式。在移動(dòng)邊緣計(jì)算過(guò)程中建立電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)，確保移動(dòng)邊緣計(jì)算概念真正實(shí)現(xiàn)有機(jī)轉(zhuǎn)化，而移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)化為多接入邊緣計(jì)算技術(shù)。

如今，5G承載網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可以支持邊緣計(jì)算所提出的會(huì)話管理架構(gòu)，更支持本地分流，這些都在Re115版本中有所體現(xiàn)。而在Re116版本中，則針對(duì)原有業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行了有效改進(jìn)，支持URLLC業(yè)務(wù)。目前，在Re117版本中則建立了邊緣計(jì)算特性增強(qiáng)項(xiàng)目，重點(diǎn)研究邊緣業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)，合理應(yīng)用遷移與高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化邊緣計(jì)算效應(yīng)，同時(shí)基于平臺(tái)提供的網(wǎng)絡(luò)信息內(nèi)容對(duì)邊緣計(jì)算技術(shù)體系中的諸多解決方案進(jìn)行持續(xù)討論分析[2]。

3 基于5G技術(shù)的邊緣計(jì)算的增強(qiáng)技術(shù)與安全防護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

在5G承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下，邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用會(huì)有所優(yōu)化，在增強(qiáng)技術(shù)與安全防護(hù)技術(shù)應(yīng)用方面深入到位。

3.1 5G承載網(wǎng)絡(luò)背景下邊緣計(jì)算技術(shù)的架構(gòu)融合機(jī)制分析

在5G承載網(wǎng)絡(luò)背景下，邊緣計(jì)算技術(shù)的架構(gòu)融合機(jī)制建設(shè)已經(jīng)相當(dāng)深入。它主要參考Re115、Re116和Re117標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)邊緣計(jì)算架構(gòu)，同時(shí)凸顯架構(gòu)移動(dòng)性、會(huì)話管理等多方面能力，結(jié)合5GC系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)架構(gòu)圖，同時(shí)融入ETSI邊緣計(jì)算平臺(tái)內(nèi)容，為5G網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算融合明確建立系統(tǒng)架構(gòu)，具體架構(gòu)組織體系如圖1所示。

結(jié)合圖1進(jìn)行分析，建立ETSI規(guī)范與MEC邊緣計(jì)算系統(tǒng)非常必要，其中的5G邊緣計(jì)算內(nèi)容包括BOSS、NFVO系統(tǒng)等。它主要結(jié)合能力開放、安全、網(wǎng)絡(luò)支撐等建立技術(shù)組織模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)的協(xié)同組織優(yōu)化。而基于UPF它可實(shí)現(xiàn)5G邊緣計(jì)算過(guò)程，凸顯數(shù)據(jù)邊緣計(jì)算高準(zhǔn)確率、高強(qiáng)度，確保邊緣計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用滿足運(yùn)行環(huán)境的諸多要求。具體來(lái)講，它結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景需要建立平臺(tái)一體化部署機(jī)制，其中5G核心網(wǎng)絡(luò)依靠終端UPF，確保本地路由建立形成數(shù)據(jù)分流，保證5G本地分流滿足包括UL/CL在內(nèi)的多種技術(shù)要求。另外，在PCF本地?cái)?shù)據(jù)應(yīng)用方面，則專門為邊緣計(jì)算體系深度融合AF特殊形式，有效減少用戶業(yè)務(wù)交互端到端時(shí)延，保證5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能夠與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)體系深度融為一體。同時(shí)，它希望為用戶提供更好的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)交互體驗(yàn)，始終為用戶提供網(wǎng)絡(luò)開放信息[3]。

圖1 基于5G承載網(wǎng)絡(luò)的邊緣計(jì)算技術(shù)融合架構(gòu)示意圖

從最新的Re117標(biāo)準(zhǔn)角度看，它希望基于多種邊緣應(yīng)用部署場(chǎng)景優(yōu)化增強(qiáng)技術(shù)問(wèn)題內(nèi)容，為5G承載網(wǎng)絡(luò)給出EAS多邊緣應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)容，確保網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)假設(shè)到位。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中的分流UL、CL與BP技術(shù)要求，則可建立多種業(yè)務(wù)連續(xù)性模式狀態(tài)，以支持多邊緣計(jì)算環(huán)境建設(shè)，如圖2所示。

圖2 接入有UL/CL/BP的EAS 5G網(wǎng)絡(luò)示意圖

如圖2所示，基于EAS 5G承載網(wǎng)絡(luò)的邊緣計(jì)算增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用豐富。它可圍繞分布式錨點(diǎn)進(jìn)行5G承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，建立PDU會(huì)話錨點(diǎn)，并在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)較遠(yuǎn)位置建立本地站點(diǎn)。針對(duì)用戶PDU會(huì)話流量計(jì)算過(guò)程，還需要重新錨定移動(dòng)長(zhǎng)距離優(yōu)化內(nèi)容，保證在移動(dòng)長(zhǎng)距離過(guò)程中優(yōu)化應(yīng)用程序，同時(shí)豐富流量路由內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式錨點(diǎn)增強(qiáng)技術(shù)的有效調(diào)整優(yōu)化。

在會(huì)話分流增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用方面需要建立PDU會(huì)話機(jī)制，確保本地站點(diǎn)中至少保留一個(gè)PDU會(huì)話錨點(diǎn)，同時(shí)也要保證提供一個(gè)IP錨點(diǎn)，主要利用UL分類器對(duì)BP技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行整理分析。該過(guò)程中需要重新錨定本地PDU繪畫錨點(diǎn)，并進(jìn)一步優(yōu)化用戶移動(dòng)分流流量，以達(dá)到會(huì)話分流增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)。而基于此所建立的多PDU會(huì)話優(yōu)化則希望保證中心PDU會(huì)話錨定到位，建立PDU會(huì)話映射關(guān)系，并利用URSP進(jìn)行有效規(guī)劃與控制。

3.2 基于邊緣應(yīng)用服務(wù)器EAS的增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)機(jī)制

目前，5G承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持多邊緣應(yīng)用平臺(tái)和邊緣計(jì)算強(qiáng)化。例如，針對(duì)邊緣計(jì)算的無(wú)感知、有感知、應(yīng)用無(wú)感知、應(yīng)用有感知等體系可建立多種平臺(tái)服務(wù)端，為邊緣計(jì)算平臺(tái)提供更多差異化服務(wù)內(nèi)容。實(shí)際上，基于多邊緣計(jì)算環(huán)境還可優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商建設(shè)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的多方控制（主要是第三方控制），實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)技術(shù)優(yōu)化。在該增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用中，可考慮持續(xù)接入多個(gè)PLMN平臺(tái)，并建立中心網(wǎng)絡(luò)連接，確保多種不同邊緣應(yīng)用平臺(tái)場(chǎng)景技術(shù)應(yīng)用到位。具體到5G承載網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算增強(qiáng)項(xiàng)目?jī)?yōu)化應(yīng)用方面，它主要提出以下兩方面關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

一方面，在邊緣計(jì)算部署中，需要結(jié)合UE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)不同站點(diǎn)的多個(gè)EAS服務(wù)器進(jìn)行服務(wù)任務(wù)部署，保證承載業(yè)務(wù)內(nèi)容有效豐富。換言之，它需要建立單獨(dú)IP和多IP地址，確保UE業(yè)務(wù)流量傳輸?shù)轿?。該過(guò)程中主要結(jié)合服務(wù)器、業(yè)務(wù)時(shí)延、路由線路等優(yōu)化用戶體驗(yàn)，保證邊緣應(yīng)用程序服務(wù)器可代替?zhèn)鹘y(tǒng)舊邊緣應(yīng)用程序服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)5G承載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的有效優(yōu)化，凸顯EAS增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)機(jī)制優(yōu)勢(shì)價(jià)值。細(xì)致來(lái)講，可利用邊緣應(yīng)用服務(wù)器EAS展開多種技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化：基于5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建用戶平臺(tái)分析用戶平面數(shù)據(jù)變化，如移動(dòng)事件數(shù)據(jù)分析、失敗事件觸發(fā)分析等；基于EAS的不可觸發(fā)事件分析，完全取決于UE業(yè)務(wù)容忍度展開，如果它能夠容忍服務(wù)器EAS更改，則可建立發(fā)現(xiàn)EAS體系，確保5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究應(yīng)用到位。具體來(lái)講，它包括以下調(diào)整內(nèi)容：基于EAS服務(wù)器尋找發(fā)現(xiàn)新型的、適合的邊緣應(yīng)用服務(wù)器；結(jié)合實(shí)際5G網(wǎng)絡(luò)需要建立感知或不感知邊緣主機(jī)環(huán)境，追求對(duì)應(yīng)用服務(wù)器場(chǎng)景的有效優(yōu)化；應(yīng)該思考基于不同信息環(huán)境優(yōu)化輔助發(fā)現(xiàn)機(jī)制，結(jié)合發(fā)現(xiàn)機(jī)制促進(jìn)增強(qiáng)技術(shù)調(diào)整，為EAS服務(wù)器尋找額外的信息內(nèi)容。

另一方面，從增強(qiáng)技術(shù)優(yōu)化整體來(lái)看，它應(yīng)該建立更好的、適用于所有邊緣主機(jī)的技術(shù)模型，結(jié)合解決方案重新優(yōu)化DNS體系，在充分考量業(yè)務(wù)內(nèi)容的同時(shí)建立EAS服務(wù)器新場(chǎng)景，持續(xù)強(qiáng)化發(fā)現(xiàn)機(jī)制內(nèi)容[4]。

3.3 基于邊緣應(yīng)用服務(wù)器EAS的安全保護(hù)機(jī)制

基于邊緣應(yīng)用服務(wù)器EAS建立安全保護(hù)機(jī)制十分必要，因?yàn)樗謩e引入了應(yīng)用遷移、EAS重定向、業(yè)務(wù)連續(xù)性保障技術(shù)內(nèi)容，構(gòu)建了邊緣計(jì)算5G系統(tǒng)部署體系，深度考量UE移動(dòng)性技術(shù)內(nèi)容，橫跨5G承載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立移動(dòng)通信技術(shù)體系，能夠?qū)崿F(xiàn)UE移動(dòng)性的有效定向。如果UE位置發(fā)生任何變化，則需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)邊緣處理UE位置變化，并對(duì)應(yīng)用服務(wù)器EAS重定向內(nèi)容、場(chǎng)景進(jìn)行分析描述。在業(yè)務(wù)邊緣應(yīng)用服務(wù)器改變過(guò)程中，需要結(jié)合服務(wù)器邊緣擁堵、停機(jī)狀態(tài)進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的安全保護(hù)機(jī)制，同時(shí)假設(shè)服務(wù)器EAS IP地址已經(jīng)發(fā)生變化。

要結(jié)合5G承載網(wǎng)絡(luò)建立EAS服務(wù)器系統(tǒng)體系，確保訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)信息與業(yè)務(wù)保證實(shí)現(xiàn)連續(xù)性優(yōu)化，建立公開交互信息平臺(tái)體系。這樣能夠有效調(diào)整5G承載網(wǎng)絡(luò)中的重要數(shù)據(jù)內(nèi)容，利用邊緣計(jì)算完成數(shù)據(jù)快速交換與傳輸、請(qǐng)求5G承載網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽QoS狀態(tài)信息以及接收QoS測(cè)量報(bào)告內(nèi)容等[5]。

4 結(jié) 論

目前，邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用范圍廣、部署能力強(qiáng)，而面向邊緣計(jì)算機(jī)制的5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)也在持續(xù)推進(jìn)完善?；谧钚翿e117標(biāo)準(zhǔn)的邊緣計(jì)算特性強(qiáng)化項(xiàng)目可深入發(fā)現(xiàn)、討論、解決相關(guān)技術(shù)方案問(wèn)題，為邊緣計(jì)算體系的有效構(gòu)建創(chuàng)造了條件，使得5G移動(dòng)承載網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)發(fā)展更值得期待。