MEC技術(shù)在“智慧校園”建設(shè)中的應(yīng)用

金楊然

摘要：多接入邊緣計(jì)算MEC將網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接和算力下沉為切入點(diǎn)，基于平臺(tái)部署形式以實(shí)現(xiàn)IT、CT與OT的深度融合，成為通信運(yùn)營商5G接入網(wǎng)重構(gòu)與業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。“智慧校園”是在“數(shù)字校園”的基礎(chǔ)上全面深化與提升，對各項(xiàng)業(yè)務(wù)的承載形式與存儲(chǔ)算力具有更高的要求。MEC在實(shí)現(xiàn)通信運(yùn)營商核心網(wǎng)業(yè)務(wù)的本地化、近距離部署外，還可作為設(shè)置在本地的云計(jì)算平臺(tái)滿足“智慧校園”的業(yè)務(wù)承載需求。通過介紹MEC的特點(diǎn)，深入剖析場景應(yīng)用前沿發(fā)展，探索其在“智慧校園”場景的具體應(yīng)用形式。

關(guān)鍵詞： 多接入邊緣計(jì)算;MEC;智慧校園;業(yè)務(wù)承載;場景應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN915.03? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）16-0042-03

Abstract：Multi access edge computing （MEC） takes network connection and computing power sink as the breakthrough point， and realizes the deep integration of IT、CT and OT based on the form of platform deployment， which becomes the key of 5G access network reconstruction and business transformation for communication operators.? “Smart Campus”is based on the“Digital Campus” to deepen and enhance the overall application hosting form and storage computing power has higher requirements. MEC can also be used as a local cloud computing platform to meet the application hosting requirements of“Smart Campus” in addition to realizing the localization and close deployment of core network services of communication operators. By introducing the characteristics of MEC， this paper analyzes the frontier development of scene application and explores its specific application form in the “Smart Campus”scene.

Key words：multi access edge computing; MEC; smart campus; application hosting; scene application

1 引言

“智慧校園”是“數(shù)字校園”的高級(jí)形態(tài)，是對“數(shù)字校園”的進(jìn)一步深化與提升[1]，是提高教育現(xiàn)代化技術(shù)水平、推進(jìn)教育深化改革、提升教學(xué)綜合質(zhì)量、增強(qiáng)院校綜合競爭力與影響力的基礎(chǔ)性保障。全場景的“智慧校園”建設(shè)需要整合多種技術(shù)制式的泛基礎(chǔ)網(wǎng)、基于物聯(lián)網(wǎng)及其終端設(shè)備的基礎(chǔ)傳輸（物理）層，匯聚校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和校園大數(shù)據(jù)規(guī)劃的數(shù)據(jù)傳輸支撐層，運(yùn)行統(tǒng)一門戶接入（Portal）、單點(diǎn)安全認(rèn)證（SSO）、云計(jì)算與存儲(chǔ)（SaaS）、大數(shù)據(jù)分析與決策支持（CDR）和情境感知網(wǎng)絡(luò)（CAN）的平臺(tái)會(huì)話能力層，覆蓋教學(xué)、教研、教育管理、評(píng)價(jià)、區(qū)域治理、終身學(xué)習(xí)以及教育公共服務(wù)等業(yè)務(wù)應(yīng)用層，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)難以滿足現(xiàn)有需求。

邊緣計(jì)算EC（Edge Computing）是指將網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用等云計(jì)算核心能力下沉到靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，提供最近端服務(wù)。其技術(shù)演化的場景主要為：多接入邊緣計(jì)算MEC（Multi-Access Edge Computing）、微云也稱敏捷云SC（Smart Cloud）、霧計(jì)算FC（Fog Computing）。通過在“智慧校園”建設(shè)中引入MEC技術(shù)，將校園的物理基礎(chǔ)空間和數(shù)字邏輯空間有機(jī)銜接起來，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變師生與校園資源環(huán)境的交互方式，從而為學(xué)生、教師、家長、教育管理技術(shù)人員提供智能化的支持服務(wù)和解決方案。

2 邊緣計(jì)算概述

2.1 多邊緣接入MEC

MEC最早稱作移動(dòng)邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing），作為部署在通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)邊緣運(yùn)行的云計(jì)算平臺(tái)，基于平臺(tái)部署形式以實(shí)現(xiàn)IT、CT與OT的深度融合，支持業(yè)務(wù)處理與資源調(diào)度功能的臨用戶側(cè)部署，減少傳輸延時(shí)與帶寬消耗，實(shí)現(xiàn)服務(wù)性能和用戶感知的改善。歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)ETSI（European Telecommunications Sdandards Institute ）在2014年對MEC移動(dòng)邊緣計(jì)算的定義則是：在通信運(yùn)營商5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣提供信息化系統(tǒng)和云計(jì)算能力，以提供低時(shí)延、高帶寬服務(wù)，最終提升客戶體驗(yàn)與業(yè)務(wù)黏性;另一方面將云計(jì)算能力下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，也就是在通信運(yùn)營商5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)置云計(jì)算服務(wù)器，借助通信運(yùn)營商邊緣節(jié)點(diǎn)廣覆蓋的優(yōu)勢，構(gòu)建起“廣聯(lián)接+云計(jì)算”的支撐能力，通過提供第三方應(yīng)用集成，為業(yè)務(wù)數(shù)字化和業(yè)務(wù)創(chuàng)新提供無限可能。由于ETSI進(jìn)一步擴(kuò)展了MEC中“M”的定義，使得它不再僅限于移動(dòng)接入，還包含其他非3GPP接入方法：例如Wi-Fi無線接入、固網(wǎng)有線接入以及物聯(lián)網(wǎng)IoT多協(xié)議接入，“M”最終被重新定義演化為“Multi-Access”，MEC移動(dòng)邊緣計(jì)算的概念也被擴(kuò)展為多接入邊緣計(jì)算（Multi-Access Edge Computing）[2]。通過對區(qū)域內(nèi)流量本地的卸載，無流量回傳，降低業(yè)務(wù)端到端時(shí)延，MEC適合大數(shù)據(jù)顆粒重載網(wǎng)絡(luò)——對帶寬與延時(shí)要求較高的應(yīng)用，譬如物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR（Augmented Reality）/虛擬現(xiàn)實(shí)VR（Virtual Reality）等多種應(yīng)用場景，缺點(diǎn)是投資成本較高。

2.2 微云SC

微云通過將移動(dòng)計(jì)算和云計(jì)算結(jié)合起來的移動(dòng)邊緣計(jì)算平臺(tái)，就有快速配置、不同微云之間的虛擬機(jī)切換以及微云自發(fā)現(xiàn)等特點(diǎn)。微云作為“移動(dòng)終端——微云——云”三層架構(gòu)的中間層，其處在移動(dòng)終端和云平臺(tái)之間，為終端用戶的計(jì)算任務(wù)提供低時(shí)延響應(yīng)。由多個(gè)微云所構(gòu)成分布式的移動(dòng)邊緣計(jì)算環(huán)境動(dòng)態(tài)拓展用戶可用資源，通過提供類似虛擬化平臺(tái)的動(dòng)態(tài)遷移機(jī)制以實(shí)現(xiàn)資源的負(fù)載均衡，成為部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣、具有移動(dòng)性的小型數(shù)據(jù)中心DC[4]。微云通過部署在通信運(yùn)營商5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣，能在移動(dòng)場景下為移動(dòng)設(shè)備提供豐富的云計(jì)算資源，旨在將云部署到離用戶更近的地方，可以理解為一個(gè)敏捷、輕量級(jí)的MEC，作為小數(shù)據(jù)顆粒輕載網(wǎng)絡(luò)，適合校園內(nèi)無人駕駛、自動(dòng)避障的擺渡車與清掃車等對網(wǎng)絡(luò)延時(shí)要求較高的場景應(yīng)用，配置快速靈活投資少。

2.3 霧計(jì)算FC

霧計(jì)算的概念是由思科在2012年時(shí)提出，并聯(lián)合ARM、戴爾、英特爾、微軟和普林斯頓大學(xué)等行業(yè)巨頭于2015年聯(lián)合成立了開放霧計(jì)算聯(lián)盟OFC（OpenFog Consortium）并發(fā)布了OpenFog技術(shù)架構(gòu)。作為一個(gè)全新的標(biāo)準(zhǔn)，通過將云端的智能運(yùn)算與物聯(lián)網(wǎng)終端緊密結(jié)合在一起，打造成為支持物聯(lián)網(wǎng)、5G和AI應(yīng)用的數(shù)據(jù)密集型與跨平臺(tái)通用型的技術(shù)架構(gòu)。整個(gè)霧計(jì)算網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)霧節(jié)點(diǎn)組成的整體，單個(gè)霧節(jié)點(diǎn)的計(jì)算處理性能相對較弱，但是在物理位置上為分布式部署，具有空間上覆蓋廣泛、邏輯上網(wǎng)狀互聯(lián)去中心化等特點(diǎn)。霧計(jì)算作為微數(shù)據(jù)顆粒輕載網(wǎng)絡(luò)，適合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備如智能計(jì)量表、數(shù)字傳感器等智能樓宇節(jié)點(diǎn)的海量接入，配置靈活、投資低廉、冗余性高。

3 MEC在“智慧校園”的場景應(yīng)用

“智慧校園”是對數(shù)字校園的進(jìn)一步深化與提升，它綜合運(yùn)用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、人工智能、社交網(wǎng)絡(luò)、知識(shí)管理、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興信息技術(shù)，全面感知校園物理環(huán)境，通過在網(wǎng)絡(luò)空間的計(jì)算掌握校園運(yùn)行規(guī)律并反饋、控制物理空間，為師生建立智能開放的教育教學(xué)環(huán)境和便利舒適的生活環(huán)境[1]。

全場景“智慧校園”需要對海量的設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，需要極低的網(wǎng)絡(luò)延遲、高并發(fā)數(shù)和大顆粒傳輸帶寬，若網(wǎng)絡(luò)通道擁堵而加重系統(tǒng)延遲，則會(huì)直接影響相應(yīng)業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行。譬如需要實(shí)時(shí)交互的校園無人導(dǎo)航巡邏車與無人自動(dòng)清掃車需要極低延時(shí)方可精準(zhǔn)控制其行進(jìn)軌跡與智能避障;分布于全校園的物聯(lián)網(wǎng)IoT（Internet of Things）（含窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT）中海量的邊緣節(jié)點(diǎn)（智能水電表、生物特征身份識(shí)別、消防控制傳感器（溫感、煙感）、周界安防探頭、室內(nèi)定位錨標(biāo)等）會(huì)產(chǎn)生超高并發(fā)連接數(shù)，若直接傳輸至云端將造成網(wǎng)絡(luò)傳輸連接數(shù)擁堵;AR與VR作為移動(dòng)佩戴終端需要大顆粒傳輸通道，若與其他業(yè)務(wù)共享傳輸網(wǎng)絡(luò)，會(huì)因極大擠占網(wǎng)絡(luò)帶寬而導(dǎo)致其他業(yè)務(wù)傳輸擁塞。

在物聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)所帶來的數(shù)據(jù)洪流下，傳統(tǒng)集中式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算平臺(tái)早已難以為繼，其配套大存儲(chǔ)、高算力意味著前期大額投資、后期伴隨高能耗與運(yùn)維成本高企，不利于可持續(xù)的“智慧校園”建設(shè)。作為深化校企合作的舉措，由通信運(yùn)營商部署MEC以滿足“智慧校園”的業(yè)務(wù)承載與算力需求。綜合網(wǎng)絡(luò)性能要求與投資成本，MEC可分為近基站（用戶）側(cè)、區(qū)域中心側(cè)、匯聚中心側(cè)三種落地部署形式，而近基站側(cè)部署則可使MEC在全場景“智慧校園”建設(shè)中全面兼容邊緣計(jì)算技術(shù)的智慧云與霧計(jì)算，滿足校園內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)海量IoT傳感器接入、車輛無人駕駛與VR/AR等大顆粒低延時(shí)應(yīng)用等廣連接、低延時(shí)、大帶寬等場景應(yīng)用的需求。

MEC作為一項(xiàng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，物理端在用戶側(cè)本地化部署，邏輯端在通信運(yùn)營商“云端”，使得數(shù)據(jù)在物理上安全可靠、業(yè)務(wù)在邏輯上可控可管。故而部署在校園近蜂窩基站側(cè)的MEC還可作為部署在本地的大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)發(fā)揮其閑置算力[5]，可讀取通信運(yùn)營商核心網(wǎng)側(cè)特定校園用戶的基礎(chǔ)信息、空間行為軌跡以及上網(wǎng)記錄等相應(yīng)數(shù)據(jù);并通過網(wǎng)絡(luò)邊界連接本地網(wǎng)絡(luò)（學(xué)校自建的“數(shù)字校園”校園網(wǎng)），授權(quán)讀取特定校園用戶的校內(nèi)定位空間軌跡與上網(wǎng)行為記錄等關(guān)鍵數(shù)據(jù);并結(jié)合其開放的第三方應(yīng)用接口進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，并經(jīng)過數(shù)據(jù)深度挖掘分析，對重點(diǎn)人員進(jìn)行自動(dòng)聚類，依照聚類處理結(jié)果確定潛在關(guān)聯(lián)關(guān)系并據(jù)此提出管控預(yù)警與建議，可專門針對在校學(xué)生的思想動(dòng)態(tài)與輿情監(jiān)管等場景應(yīng)用進(jìn)行定制開發(fā)。

4 問題討論

首先是投資及計(jì)費(fèi)的模式。由于MEC主要部署在靠近基站（用戶）側(cè)，由于業(yè)務(wù)應(yīng)用的本地化、近距離部署以及 MEC本地分流方案，使得本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流無須經(jīng)過核心網(wǎng)，這種透明部署的方式使得MEC本地分流方案無法像傳統(tǒng)業(yè)務(wù)由PGW提供計(jì)費(fèi)話單并與計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)連接[6]。

其次是網(wǎng)絡(luò)安全的憂慮。鑒于MEC設(shè)備通過承載網(wǎng)接入到通信運(yùn)營商的核心網(wǎng)，另一端則直接接入校園內(nèi)網(wǎng)[7]，在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)虛擬化NFV與軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN的發(fā)展趨勢下，如何能夠確保MEC在兩端的安全連接，尤其是通信運(yùn)營商核心網(wǎng)不會(huì)受到校園內(nèi)網(wǎng)的安全攻擊以及校園內(nèi)網(wǎng)的敏感數(shù)據(jù)不外泄至通信運(yùn)營商核心網(wǎng)上，這兩個(gè)問題將越發(fā)敏感。依照《網(wǎng)絡(luò)安全法》和教育部《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》的要求，教育系統(tǒng)各級(jí)部門都應(yīng)該落實(shí)網(wǎng)絡(luò)安全崗位責(zé)任制和數(shù)據(jù)分級(jí)保障制度，簡單的網(wǎng)絡(luò)邊界連接傳輸已不能滿足相應(yīng)的法律規(guī)章制度要求。

最后是個(gè)人隱私外泄的風(fēng)險(xiǎn)。MEC平臺(tái)可以將通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)上下行數(shù)據(jù)信息（位置、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、無線資源利用率等）以及其他通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)能力開放給第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用和軟件開發(fā)商，用于用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)的提升以及創(chuàng)新型業(yè)務(wù)的研發(fā)部署（大數(shù)據(jù)分析）[8]。而師生的相關(guān)信息和數(shù)據(jù)涉及個(gè)人隱私，集中上傳、儲(chǔ)存、分析會(huì)帶來安全和倫理風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

MEC以云計(jì)算平臺(tái)形式實(shí)現(xiàn)IT、CT與OT的深度融合，為通信運(yùn)營商業(yè)務(wù)的快速部署和場景應(yīng)用的敏捷運(yùn)行提供豐富的平臺(tái)支撐能力，成為通信運(yùn)營商5G接入網(wǎng)重構(gòu)與業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。“智慧校園”作為“數(shù)字校園”的高級(jí)形態(tài)，既是新興場景應(yīng)用的“孵化場”，也是各類新技術(shù)路線的比拼碰撞的“演武場”。學(xué)校在綜合自身實(shí)力與業(yè)務(wù)場景需求的基礎(chǔ)上，通過聯(lián)合教育系統(tǒng)內(nèi)各校實(shí)現(xiàn)集體抱團(tuán)，以增加與通信運(yùn)營商合作探索MEC場景應(yīng)用落地時(shí)的話語權(quán)，共同推動(dòng)“智慧校園”的高水平建設(shè)。

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