基于5G的MEC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

蔡 浩

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，移動(dòng)邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing，MEC）體系也在不斷發(fā)展健全。為了滿足系統(tǒng)研發(fā)和部署的要求，整合MEC試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證檢測(cè)分析模式，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌管理的目標(biāo)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一。

1 MEC系統(tǒng)概述

1.1 內(nèi) 涵

MEC是將云計(jì)算平臺(tái)從移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)體系直接遷移到移動(dòng)接入網(wǎng)的邊緣，打造更加可控的技術(shù)應(yīng)用模式，并借助計(jì)算系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)等邊緣節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的部署，提升通信傳輸管控工作的質(zhì)量水平，維持良好的控制模式[1]。

1.2 整體架構(gòu)

對(duì)于MEC系統(tǒng)而言，整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用核心是服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)終端的全覆蓋。借助MEC服務(wù)器部署方案，就能保證無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間建立完整的信息交互通道。與此同時(shí)，MEC系統(tǒng)還能為無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)提供更加合理的服務(wù)，打造效率更快且時(shí)延更小的計(jì)算通信服務(wù)模式，為用戶終端服務(wù)質(zhì)量的提升予以支持。MEC整體框架如圖1所示。

圖1 MEC整體框架

1.3 功能組件

在MEC技術(shù)體系中，主要的功能組件包括路由子系統(tǒng)模塊、能力開放處理系統(tǒng)模塊、平臺(tái)管理系統(tǒng)模塊以及邊緣云基礎(chǔ)應(yīng)用模塊，如圖2所示。

圖2 功能組件

路由子系統(tǒng)模塊主要負(fù)責(zé)完成MEC系統(tǒng)和無線接入系統(tǒng)、平臺(tái)管理系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)交互處理。在移動(dòng)設(shè)備請(qǐng)求數(shù)據(jù)后，MEC系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備中已經(jīng)完成了目標(biāo)數(shù)據(jù)的載入，此時(shí)可以借助子系統(tǒng)直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向用戶側(cè)的下發(fā)處理。如果系統(tǒng)中并沒有存儲(chǔ)目標(biāo)數(shù)據(jù)，則可以借助路由子系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)包，并向移動(dòng)核心網(wǎng)傳輸，最終直接傳達(dá)到第三方服務(wù)器或云數(shù)據(jù)中心[2]。

能力開放處理系統(tǒng)借助路由子系統(tǒng)完成網(wǎng)絡(luò)和用戶動(dòng)態(tài)信息的實(shí)時(shí)性匯總，并直接面向平臺(tái)管理子系統(tǒng)完成能力開放注冊(cè)信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的上報(bào)，配合路由轉(zhuǎn)發(fā)策略提升業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管控效能。與此同時(shí)，通過能力開放子系統(tǒng)還能進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析。

平臺(tái)管理系統(tǒng)模塊圍繞移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平面控制展開相關(guān)工作，在滿足調(diào)用請(qǐng)求的同時(shí)還能對(duì)邊緣云內(nèi)的IT基礎(chǔ)設(shè)施予以虛擬化資源管控，維持信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理的合理性[3]。

邊緣云基礎(chǔ)應(yīng)用模塊中，借助終端用戶提供的小型化硬件平臺(tái)完成相關(guān)單元的設(shè)定，并保證存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通信等應(yīng)用的最優(yōu)化，為MEC系統(tǒng)本地化數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理工作的順利開展予以支持。

除此之外，MEC系統(tǒng)還需要在公平性、安全性等方面予以優(yōu)化，有效融合移動(dòng)邊緣計(jì)算，打造更加可控合理的服務(wù)管理平臺(tái)，提升管道信息化服務(wù)的質(zhì)量。

2 基于5G的MEC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容

結(jié)合5G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用要求，在建立MEC系統(tǒng)的過程中要整合技術(shù)要點(diǎn)，確保關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容都能落實(shí)到位。只有打造科學(xué)合理且規(guī)范的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)，才能提高計(jì)算處理實(shí)時(shí)性分析質(zhì)量和水平，并為數(shù)據(jù)處理本地化和信息交互高效化管理創(chuàng)設(shè)良好的技術(shù)平臺(tái)[4]。網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算的構(gòu)成如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算

2.1 計(jì)算卸載

在MEC系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境中，計(jì)算卸載技術(shù)的應(yīng)用能最大程度上完成終端業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)化控制和處理。計(jì)算卸載技術(shù)是利用相應(yīng)的技術(shù)手段將部分計(jì)算功能直接從移動(dòng)設(shè)備卸載，然后遷移到MEC服務(wù)器上，此時(shí)便可開展對(duì)應(yīng)的執(zhí)行工作。在終端發(fā)起計(jì)算卸載請(qǐng)求后，終端資源監(jiān)測(cè)器此時(shí)能夠完成MEC系統(tǒng)資源信息的匯總。結(jié)合接收服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)信息，配合終端內(nèi)部計(jì)算卸載決策引擎，從而完成本地執(zhí)行任務(wù)、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)相關(guān)工作[5]。借助計(jì)算卸載處理技術(shù)對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行綜合評(píng)估和分析，并在完成任務(wù)計(jì)算后及時(shí)卸載到對(duì)應(yīng)的邊緣計(jì)算服務(wù)器位置，保證計(jì)算處理的及時(shí)性和規(guī)范性，為提高移動(dòng)設(shè)備即時(shí)性計(jì)算水平予以支持，減少計(jì)算延遲造成的影響，最大程度上延長移動(dòng)終端的電池使用壽命。

結(jié)合計(jì)算強(qiáng)度對(duì)其進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，主要分為二元卸載和局部卸載。二元卸載在處理過程中，針對(duì)的是密度較高且規(guī)模較小的計(jì)算任務(wù)。利用二元卸載處理方式，終端計(jì)算任務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)全部遷移，直接在MEC服務(wù)器中完成計(jì)算和分析處理。局部卸載是針對(duì)大規(guī)模計(jì)算任務(wù)開展的局部分析模式，利用一定的規(guī)則將終端計(jì)算任務(wù)劃分為不同的子任務(wù)單元，卸載到MEC服務(wù)器就能完成執(zhí)行計(jì)算工作?；趹?yīng)用的要求，數(shù)據(jù)分區(qū)模型能對(duì)終端用戶任務(wù)進(jìn)行控制。

根據(jù)計(jì)算任務(wù)完成高效的卸載處理，基于計(jì)算機(jī)中相關(guān)卸載理論內(nèi)容進(jìn)行關(guān)鍵內(nèi)容節(jié)點(diǎn)的對(duì)照，從而制定相匹配的計(jì)算卸載決策方案[6]?；谟?jì)算分析明確MEC服務(wù)器和終端的具體劃分模式，按照分析獲取的相關(guān)內(nèi)容完成后續(xù)的計(jì)算卸載工作。結(jié)合計(jì)算任務(wù)完成結(jié)果的分析，并將其最終發(fā)送到終端用戶接收端。

2.2 無線數(shù)據(jù)緩存

為了保證數(shù)據(jù)信息匯總管理的規(guī)范性，整合實(shí)時(shí)性緩存控制內(nèi)容，借助無線數(shù)據(jù)緩存技術(shù)實(shí)現(xiàn)MEC數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)本地化處理。將熱點(diǎn)數(shù)據(jù)提前緩存在MEC服務(wù)器的邊緣存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)位置，配合終端用戶實(shí)現(xiàn)規(guī)定范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的管理。

對(duì)于無線數(shù)據(jù)緩存處理系統(tǒng)而言，內(nèi)存緩存策略和內(nèi)容傳輸策略分析是關(guān)鍵，要結(jié)合具體的應(yīng)用要求落實(shí)相關(guān)工作[7]。內(nèi)容緩存策略是借助網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)對(duì)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)予以選取和緩存控制，以維持相關(guān)緩存內(nèi)容的及時(shí)性和規(guī)范性，避免系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)不當(dāng)造成的影響，為5G移動(dòng)通信技術(shù)服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)化創(chuàng)設(shè)良好的技術(shù)保障。內(nèi)容傳輸策略主要是借助網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)完成緩存熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的匯總，并且將相關(guān)關(guān)鍵數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送到申請(qǐng)用戶的傳輸終端。借助相互作用的系統(tǒng)處理機(jī)制，保證端對(duì)端內(nèi)容傳輸過程滿足預(yù)期，減少承載網(wǎng)出現(xiàn)的鏈路阻塞問題[8]。

2.3 本地分流技術(shù)

在基于5G的移動(dòng)通信MEC系統(tǒng)建立的過程中，結(jié)合軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）要求實(shí)現(xiàn)的本地分流技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，能夠打造更加可控的網(wǎng)絡(luò)信息交互處理模式。軟件定義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 軟件定義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

SDN本地分流技術(shù)中借助SDN控制器完成本地信息和策略服務(wù)器信息的獲取，保證獲取的相關(guān)內(nèi)容滿足預(yù)設(shè)分流策略的控制需求，提高相關(guān)信息交互處理的及時(shí)性和規(guī)范性，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)內(nèi)容的緩存控制，提升信息監(jiān)督應(yīng)用效率。在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)合數(shù)據(jù)流描述的具體信息和分流策略完成分流規(guī)則流表的制作，提高統(tǒng)籌分析工作的水平，為系統(tǒng)化提升信息交互管理質(zhì)量予以支持。分流網(wǎng)關(guān)要結(jié)合分流規(guī)則完成流表相關(guān)數(shù)據(jù)信息的監(jiān)督處理，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性分離。相較于傳統(tǒng)的技術(shù)模式，基于SDN的分流技術(shù)能夠有效滿足用戶的實(shí)際需求，提升終端信息應(yīng)用質(zhì)量，并依據(jù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)本地化處理標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌控制[9]。在本地分流技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)中，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用控制標(biāo)準(zhǔn)確保終端用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，有效降低核心網(wǎng)數(shù)據(jù)流量產(chǎn)生的輸送壓力，保證終端用戶服務(wù)體驗(yàn)最優(yōu)化。此外，SDN本地分流技術(shù)能快速適應(yīng)終端用戶移動(dòng)性形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

在MEC系統(tǒng)中，終端用戶的位置信息一旦出現(xiàn)變化，基于SDN的本地分流技術(shù)就能建立完整的數(shù)據(jù)分析評(píng)估模式，并結(jié)合感知信息保證網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的管理效果。建立以流表形式為基準(zhǔn)的信息，由于流表轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，因此結(jié)合本地模式就能完成網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的可控化切換，為終端用戶服務(wù)體驗(yàn)的優(yōu)化提供保障?；贛EC場景分析模式，服務(wù)器借助感知計(jì)算過程和數(shù)據(jù)緩存建立更加可控的信息管理平臺(tái)，通過融合SDN實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的合理性分配管理，為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高效調(diào)度分發(fā)提供支持[10]。

3 結(jié) 論

綜上所述，5G時(shí)代背景下，人們對(duì)MEC系統(tǒng)的研究在不斷深入。為了更好地滿足5G通信技術(shù)要求，需要整合技術(shù)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)計(jì)算分析、存儲(chǔ)以及通信的多元化管理，從而有效提升終端用戶服務(wù)質(zhì)量。