5G邊緣計算技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

郭會娜，李 磊

（國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 211100）

1 5G邊緣計算技術(shù)的概述

隨著時代的不斷發(fā)展，5G邊緣計算技術(shù)是新時代下的一種全新表達(dá)。新時代對5G邊緣計算技術(shù)的不斷優(yōu)化，完善了其相關(guān)設(shè)施，也使相關(guān)云端操作平臺的功能得到了廣泛的傳播和應(yīng)用。在5G邊緣計算技術(shù)的體系中，包含了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)云端平臺、邊緣網(wǎng)絡(luò)以及5G邊緣實(shí)際應(yīng)用等方面，完善體系能夠更好地實(shí)現(xiàn)普及5G網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)[1]。

5G邊緣計算技術(shù)是搭載于電子計算機(jī)的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要是通過電子計算機(jī)中極高的信息化程度和良好的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)行。在使用過程中，需要利用通用的服務(wù)器將計算技術(shù)放到高水平的科技化中進(jìn)行服務(wù)，而且在新時代的表達(dá)中不僅需要使用特定的服務(wù)器，而且在運(yùn)行中還需要把圖像和音頻等通過采集處理系統(tǒng)進(jìn)行良好保存，確保硬件設(shè)施能夠在一個良好的運(yùn)行環(huán)境下進(jìn)行工作[2]。

2 5G邊緣計算技術(shù)分析

2.1 5G邊緣計算的提出

隨著時代的發(fā)展，4G網(wǎng)絡(luò)升級為5G網(wǎng)絡(luò)，5G邊緣計算技術(shù)推動了云端操作平臺和網(wǎng)絡(luò)的融合速度，不僅使網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率變得更高，也讓網(wǎng)絡(luò)的吞吐量變得更大，給商業(yè)生態(tài)帶來了新一輪的變革。在5G時代，網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的數(shù)量不斷增加，網(wǎng)絡(luò)邊緣的數(shù)據(jù)總量也在不斷增大，如果把這些網(wǎng)絡(luò)邊緣所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)全部交給網(wǎng)絡(luò)的主要管理平臺進(jìn)行處理的話，就會使這些網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全性、機(jī)密性以及時效性等受到一定的影響[3]。因此，需要引進(jìn)更加先進(jìn)的技術(shù)，根據(jù)原本的數(shù)據(jù)處理的原理，使用大量的后臺設(shè)備對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行同時處理，以實(shí)現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的有效處理，解決大量數(shù)據(jù)難以處理的難題[4]。而5G邊緣計算技術(shù)就是這樣的一種技術(shù)，可以對網(wǎng)絡(luò)邊緣所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的同時減少擁塞和延遲等問題。

2.2 5G網(wǎng)絡(luò)和邊緣計算技術(shù)的關(guān)系

隨著4G移動通信技術(shù)的應(yīng)用，使物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模得到了快速增長，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展增大了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的信息總量，加大了計算機(jī)對數(shù)據(jù)集中處理的壓力，這時通過邊緣設(shè)備的信息處理和服務(wù)能力，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)邊緣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[5]。由于5G時代的到來推動了物聯(lián)網(wǎng)走向了新的發(fā)展，增大了移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的業(yè)務(wù)，讓移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部業(yè)務(wù)幾乎呈現(xiàn)了幾何式的增長，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)計算方式和網(wǎng)絡(luò)空間已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量增長速度的需求，而5G邊緣計算技術(shù)可以通過強(qiáng)大的能力對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男?，滿足用戶對網(wǎng)絡(luò)的需求。

2.3 5G的核心技術(shù)就是移動邊緣計算

在網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架當(dāng)中，如果對主網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高位部署，就會延遲網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r間，使網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r間很難滿足網(wǎng)絡(luò)極端延遲服務(wù)的要求，因此通過運(yùn)用LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化極端延遲的速度。但是由于網(wǎng)絡(luò)空中效率的提升，使網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架很難對業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，盡管LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了扁平化的兩跳架構(gòu)，但是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸距離也只在數(shù)百公里之內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)傳輸中存在著多個傳輸設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)的抖動關(guān)聯(lián)以及網(wǎng)絡(luò)中不可預(yù)測的擁塞等因素，所以使LTE網(wǎng)絡(luò)無法真正保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡脱舆t。為了減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r間和功耗，需要通過減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)的距離[6]。此外，由于LTE網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)在云中會完全沒有效果，特別是在一些服務(wù)的區(qū)域不是在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)本地所完成的情況下，也會造成寬帶的浪費(fèi)和延遲網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葐栴}，而利用5G邊緣計算技術(shù)能夠解決這些問題。一方面，5G邊緣計算技術(shù)可以把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)下沉到區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的邊緣，在本地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)中對數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行緩存，并且一些區(qū)域性的企業(yè)也不需要通過網(wǎng)絡(luò)終端對網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程的任務(wù)分配。另一方面，因?yàn)?G邊緣計算技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)部署是在移動的邊緣，所以能夠?qū)ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行有效集成，并且能夠?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)增加儲存和計算等功能。另外由于5G邊緣計算技術(shù)應(yīng)用程序的內(nèi)容和服務(wù)的部署是在移動的邊緣，因此可以減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸和處理時間，進(jìn)而減少網(wǎng)絡(luò)傳輸之間的延遲問題，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓牧?，滿足網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡脱舆t要求。

3 5G邊緣計算技術(shù)典型的應(yīng)用場景

3.1 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景

邊緣計算技術(shù)可以利用網(wǎng)絡(luò)的計算、儲存和業(yè)務(wù)能力向網(wǎng)絡(luò)的邊緣進(jìn)行遷移，為網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)提供商、網(wǎng)絡(luò)終端用戶和移動運(yùn)營商等帶來更多的價值。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，如今5G邊緣計算技術(shù)在各個領(lǐng)域都受到了廣泛應(yīng)用，如虛擬現(xiàn)實(shí)、智能監(jiān)控、視頻技術(shù)等，主要的業(yè)務(wù)應(yīng)用場景包括汽車網(wǎng)絡(luò)、智能城市以及智能家居。該技術(shù)的應(yīng)用也為這些領(lǐng)域帶來了巨大的發(fā)展空間，物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時處理和海量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，而5G邊緣計算技術(shù)的應(yīng)用剛好能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)的需求[7]。

據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，在2020年之后將會有超過5×1010臺的5G邊緣計算技術(shù)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，在這些設(shè)備當(dāng)中，有50%的設(shè)備面臨著網(wǎng)絡(luò)寬帶的限制問題，還有40%的設(shè)備需要數(shù)據(jù)的分析、處理和儲存能夠同時進(jìn)行，而邊緣計算的市產(chǎn)價值也會超過1×1012美元，成為一種新興的市場。據(jù)相關(guān)預(yù)估得出，把5G邊緣部署在應(yīng)用服務(wù)器中，可以讓現(xiàn)有的應(yīng)用服務(wù)器和無線網(wǎng)絡(luò)之間的寬帶使用回程節(jié)省到35%。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膱鼍?/h3>

5G邊緣計算技術(shù)是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向之一，可以為內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Networks，CDN）提供分發(fā)加速的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)功能。由于5G的移動邊緣和無線網(wǎng)絡(luò)的邊緣比較靠近，而且網(wǎng)絡(luò)的時延更小，下沉的位置更深，通過5G邊緣云可以對網(wǎng)絡(luò)的智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)本地內(nèi)容緩存以及高清視頻傳輸?shù)冗M(jìn)行優(yōu)化處理。5G邊緣計算技術(shù)的應(yīng)用場景主要是以對網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行優(yōu)化為主，如華為公司為西班牙部署了首個商用的移動邊緣網(wǎng)絡(luò)，把網(wǎng)絡(luò)的時延速度降低了50%，提升了當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

3.3 云計算場景的應(yīng)用

5G邊緣計算技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)云計算的延伸，在對局部和實(shí)時性的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理上更加具有優(yōu)勢，可以更好地支撐本地業(yè)務(wù)的智能化處理。在5G邊緣計算技術(shù)的運(yùn)用中，互聯(lián)網(wǎng)的計算平臺有很多的提供商，但由于是在電信網(wǎng)絡(luò)的邊緣進(jìn)行部署的，因此電信運(yùn)營商在這些運(yùn)營商中所占的優(yōu)勢會多一些。電信運(yùn)營商通過和第三方提供商的業(yè)務(wù)合作，借助無線網(wǎng)絡(luò)資源為第三方提供商提供5G邊緣計算平臺的服務(wù)以及比互聯(lián)網(wǎng)云計算更好的特殊網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[8]。云計算場景的應(yīng)用使電信運(yùn)營商可以更加靈活地部署網(wǎng)絡(luò)功能，也能夠?qū)嵤┛煽康闹С只A(chǔ)的架構(gòu)。

4 5G邊緣計算技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

4.1 擴(kuò)寬無線寬帶的帶寬

5G邊緣計算技術(shù)能夠促進(jìn)新時代人們的生活和生產(chǎn)水平，可以擴(kuò)寬無線寬帶的帶寬，進(jìn)一步提高無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)水平。新時代下，還可以最大限度地保障人們的物質(zhì)基礎(chǔ)，優(yōu)化人們在網(wǎng)絡(luò)中的體驗(yàn)感。此外也加大了5G網(wǎng)絡(luò)的信息載入量，擴(kuò)寬無線寬帶的帶寬，可以讓無線網(wǎng)絡(luò)跟上人們對網(wǎng)絡(luò)的需求指標(biāo)，從而更好地促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

4.2 保證網(wǎng)絡(luò)的實(shí)效性

5G邊緣計算技術(shù)可以讓5G網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過程中充分保障網(wǎng)絡(luò)的時效性，提高網(wǎng)絡(luò)的使用率，讓國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)體系中出現(xiàn)更多的互聯(lián)網(wǎng)貿(mào)易公司，從而優(yōu)化我國經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)[9]。它對我國的經(jīng)濟(jì)效益有很大的影響，其運(yùn)用可以把各個行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)聯(lián)系起來，能夠確保各個行業(yè)的高效發(fā)展，而且在特定的工作任務(wù)下可以把發(fā)起信息的網(wǎng)絡(luò)移動終端的信息傳遞送到無線網(wǎng)絡(luò)終端中，從而加快網(wǎng)絡(luò)信息的有效傳遞效率。

4.3 對全球信息化進(jìn)行整合

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，全球在2020年之前已經(jīng)超過5×1010部移動終端在全球的不同位置進(jìn)行建設(shè)，而5G邊緣計算技術(shù)的出現(xiàn)可以為不同地區(qū)的移動終端建立出相關(guān)的聯(lián)系，讓其在新的時期能夠有更大的機(jī)遇，使5G系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球范圍的信息化整合。此外，5G邊緣計算技術(shù)還能夠促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)終端的電池容量往更大的方向進(jìn)行改進(jìn)，從而更好地實(shí)現(xiàn)5G邊緣計算技術(shù)對全球化信息整合的建設(shè)和發(fā)展。

4.4 在其他場景中的應(yīng)用

隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，5G邊緣計算技術(shù)在很多場景中都得到了廣泛應(yīng)用，如在本地服務(wù)器配置上應(yīng)用5G邊緣計算技術(shù)可以讓無線網(wǎng)絡(luò)的信息有效地結(jié)合起來，通過對用戶特征的結(jié)合實(shí)時性傳送不同用戶的信息[10]。此外，5G邊緣計算技術(shù)還可以對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息進(jìn)行高效利用，在一定程度上為用戶提供專門化的服務(wù)，從而提升用戶的服務(wù)質(zhì)量，增強(qiáng)用戶的滿意度。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商通過5G邊緣計算技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用，能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)采集實(shí)時的信息，然后進(jìn)行分析處理反饋給第三方，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的配置和業(yè)務(wù)開發(fā)能力，提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。

5 5G邊緣計算技術(shù)應(yīng)用策略

5.1 增強(qiáng)移動寬帶的場景應(yīng)用

5G邊緣計算技術(shù)的增強(qiáng)移動寬帶場景主要是針對家庭和個人用戶進(jìn)行，這種商業(yè)模式比較清晰簡單，主要是在地市的核心及比較重要的匯聚機(jī)房進(jìn)行場景的部署。利用Leaf Spine網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架進(jìn)行拓?fù)?，利用硬件隔離不同領(lǐng)域中的網(wǎng)絡(luò)流量，通過支持多種方式的固定接入，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同下沉。沿用網(wǎng)絡(luò)計費(fèi)的管理模式，對本地的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分流，從而減少網(wǎng)絡(luò)回傳帶的壓力，降低網(wǎng)絡(luò)的成本，提升用戶對網(wǎng)絡(luò)的體驗(yàn)感。

5.2 降低邊緣設(shè)備的復(fù)雜度

5G邊緣計算技術(shù)的應(yīng)用能夠使邊緣計算機(jī)系統(tǒng)下沉到匯聚機(jī)房中，網(wǎng)絡(luò)的硬件形態(tài)可以使用網(wǎng)絡(luò)邊緣一體機(jī)或者是專門的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。通過5G邊緣計算技術(shù)的平臺部署，可以進(jìn)一步完善5G邊緣計算平臺，網(wǎng)絡(luò)切片開始向商業(yè)化進(jìn)行發(fā)展。通過網(wǎng)絡(luò)任務(wù)卸載和區(qū)域本地網(wǎng)絡(luò)的計算可以降低邊緣設(shè)備的復(fù)雜度，從而減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的成本，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣數(shù)據(jù)的變現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)能力的增值[11]。

5.3 合理部署5G邊緣計算位置

隨著5G邊緣計算技術(shù)體系的不斷成熟，進(jìn)一步提升了網(wǎng)絡(luò)能力，通過在靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的站點(diǎn)進(jìn)行5G邊緣計算的部署，可以通過對大數(shù)據(jù)的采集和分析幫助運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)智慧化的網(wǎng)絡(luò)自動管理。通過這種部署可以開闊超高可靠與低時延通信的場景。進(jìn)行5G邊緣計算的部署會存在著5G邊緣生態(tài)碎片化和行業(yè)差異較大的問題，應(yīng)該通過智能整合從而完善5G邊緣計算體系的各個環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)邊緣資源在不同行業(yè)的拓展。

6 結(jié) 論

4G時代中已經(jīng)規(guī)劃好了5G技術(shù)的發(fā)展，而邊緣技術(shù)在5G技術(shù)的發(fā)展中有著重要的作用，能夠推動各個行業(yè)的深度發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)用戶帶來更好的舒適體驗(yàn)。5G邊緣計算技術(shù)作為一套完整的技術(shù)體系，可以充分考慮網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的需求，為其提供出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的系統(tǒng)化解決方案，讓5G業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)可管、可控以及可運(yùn)，從而提升企業(yè)的信息化應(yīng)變能力，加速網(wǎng)絡(luò)能力的變現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和需求的蓬勃發(fā)展。