隨著國(guó)內(nèi)4G網(wǎng)絡(luò)的正式商用，用戶在移動(dòng)場(chǎng)景下高速率交互能力得到了大幅度提升。物聯(lián)網(wǎng)、智能制造及云計(jì)算等新興產(chǎn)業(yè)快速的發(fā)展已催生了一大批行業(yè)應(yīng)用規(guī)?；涞貞?yīng)用。這些新產(chǎn)業(yè)對(duì)4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的需求越來(lái)越旺盛，隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的擴(kuò)大、帶寬的增強(qiáng)、資費(fèi)的下降，萬(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)觸發(fā)了新的生產(chǎn)模式和商業(yè)模式，催生了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)新的數(shù)據(jù)生產(chǎn)和消費(fèi)方式；離散制造、流程制造等智能制造亟待需要靠近現(xiàn)場(chǎng)、能提供可靠性高、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性強(qiáng)的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與智能制造系統(tǒng)深度融合。
隨著云計(jì)算技術(shù)的成熟與快速應(yīng)用，現(xiàn)在大部分應(yīng)用系統(tǒng)都采用云計(jì)算的架構(gòu)來(lái)構(gòu)建，一些傳統(tǒng)架構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)也在逐步向云平臺(tái)遷移，采用云平臺(tái)架構(gòu)來(lái)集中化的建設(shè)應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)化了傳統(tǒng)架構(gòu)的諸多缺點(diǎn)，但是這種集中化的建設(shè)方式在靠近用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣也存在許多不足之處。線性增長(zhǎng)的云計(jì)算能力無(wú)法匹配爆炸式增長(zhǎng)的海量網(wǎng)絡(luò)邊緣數(shù)據(jù)；傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬負(fù)載急劇增加造成較長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)延遲，難以滿足控制類數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和流式等數(shù)據(jù)的傳輸需求。
隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的用戶習(xí)慣通過(guò)多樣化的移動(dòng)終端來(lái)使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用和觀看網(wǎng)絡(luò)中各種高清視頻，并且各類行業(yè)應(yīng)用的APP鋪天蓋地的發(fā)展，這些APP應(yīng)用及高清視頻會(huì)消耗大量的網(wǎng)絡(luò)資源和帶寬，而目前運(yùn)營(yíng)商的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還不能完全滿足如用戶所愿的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，如何滿足用戶移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)化的各種業(yè)務(wù)需求、提高用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，為用戶提供差異化的服務(wù)，成為運(yùn)營(yíng)目前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展演進(jìn)的難題。
移動(dòng)邊緣計(jì)算MEC（Mobile Edge Computing）將虛擬化的平臺(tái)引入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，能有效實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)錨點(diǎn)下沉，縮短業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)間，很好地解決目前4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)發(fā)展存在的諸多問(wèn)題，還能提供將傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的通信能力開(kāi)放，為開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)能力相關(guān)的創(chuàng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。
MEC技術(shù)概述
移動(dòng)邊緣計(jì)算MEC是把移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)兩者技術(shù)有效融合在一起，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加了計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理等功能；構(gòu)建了開(kāi)放式平臺(tái)以植入應(yīng)用，并通過(guò)無(wú)線API開(kāi)放移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)服務(wù)器之間的信息交互，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)進(jìn)行了深度融合，將傳統(tǒng)的無(wú)線基站升級(jí)為智能化基站；MEC的部署策略尤其是距離用戶的相對(duì)地理位置可以有效實(shí)現(xiàn)低延遲、高帶寬等，MEC也可以實(shí)時(shí)獲取移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信息和更精準(zhǔn)的位置信息來(lái)提供更加精準(zhǔn)的位置服務(wù)。
MEC系統(tǒng)通常包括以下部分：
MEC系統(tǒng)底層：基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化NFV技術(shù)的硬件資源和虛擬化層架構(gòu)，分別提供底層硬件的計(jì)算、存儲(chǔ)、控制功能和硬件虛擬化組件，完成虛擬化的計(jì)算處理、緩存、虛擬交換及相應(yīng)的管理功能。
MEC功能組件：承載業(yè)務(wù)的對(duì)外接口適配功能，通過(guò)API完成和基站及上層應(yīng)用層之間的接口協(xié)議封裝，提供流量旁路、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息、虛擬機(jī)通信、應(yīng)用與服務(wù)注冊(cè)等能力，具備相應(yīng)的底層數(shù)據(jù)包解析、內(nèi)容路由選擇、上層應(yīng)用注冊(cè)管理、無(wú)線信息交互等功能。
MEC應(yīng)用層：基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的虛擬機(jī)應(yīng)用架構(gòu)，將MEC功能組件層封裝的基礎(chǔ)功能進(jìn)一步組合成虛擬應(yīng)用， 包括無(wú)線緩存、本地內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、業(yè)務(wù)優(yōu)化等應(yīng)用， 并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的API和第三方應(yīng)用APP實(shí)現(xiàn)對(duì)接。
如下圖所示，MEC系統(tǒng)通常位于無(wú)線接入點(diǎn)及有線網(wǎng)絡(luò)之間。在電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，MEC系統(tǒng)可部署于無(wú)線接入網(wǎng)與移動(dòng)核心網(wǎng)之間。MEC系統(tǒng)的核心設(shè)備是基于IT通用硬件平臺(tái)構(gòu)建的MEC服務(wù)器。MEC系統(tǒng)通過(guò)部署于無(wú)線基站內(nèi)部或無(wú)線接入網(wǎng)邊緣的邊緣云，可提供本地化的云服務(wù)，并可連接其它網(wǎng)絡(luò)如企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部的私有云實(shí)現(xiàn)混合云服務(wù)。MEC系統(tǒng)提供基于云平臺(tái)的虛擬化環(huán)境，支持第三方應(yīng)用在邊緣云內(nèi)的虛擬機(jī)（VM）上運(yùn)行。相關(guān)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能力可通過(guò)MEC服務(wù)器上的平臺(tái)中間件向第三方應(yīng)用開(kāi)放。
MEC系統(tǒng)架構(gòu)
MEC技術(shù)原理
移動(dòng)邊緣計(jì)算MEC可利用無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)就近提供用戶所需服務(wù)和云端計(jì)算功能，而創(chuàng)造出一個(gè)具備高性能、低延遲與高帶寬的電信級(jí)服務(wù)環(huán)境，加速網(wǎng)絡(luò)中各項(xiàng)內(nèi)容、服務(wù)及應(yīng)用的快速下載，讓用戶享有不間斷的高質(zhì)量業(yè)務(wù)體驗(yàn)。
MEC系統(tǒng)原理如下圖所示，每個(gè)用戶終端（UE）發(fā)起內(nèi)容調(diào)用申請(qǐng)時(shí)，傳統(tǒng)的內(nèi)容獲取需要經(jīng)過(guò)基站接入后，通過(guò)核心網(wǎng)（CN）連接目標(biāo)內(nèi)容，再逐層進(jìn)行傳遞完成終端和該目標(biāo)內(nèi)容間的交互，同一個(gè)基站下的其他終端如要發(fā)起同樣的內(nèi)容調(diào)用，上述調(diào)用流程和連接將重復(fù)發(fā)送，這樣，一方面占用了路徑上的各級(jí)網(wǎng)絡(luò)資源，另一方面也增加了相應(yīng)的時(shí)延。
引入MEC技術(shù)后，通過(guò)在基站側(cè)疊加MEC服務(wù)器，由MEC服務(wù)器和目標(biāo)內(nèi)容直接完成內(nèi)容提取和緩存，這樣當(dāng)同一個(gè)基站內(nèi)其他終端進(jìn)行相同內(nèi)容調(diào)用時(shí)，將可以直接從ＭＥＣ服務(wù)器中予以獲取，不再通過(guò)核心網(wǎng)重復(fù)獲取，有效節(jié)省了核心網(wǎng)側(cè)的系統(tǒng)資源，同時(shí)由于業(yè)務(wù)內(nèi)容的下沉將顯著縮短相應(yīng)的業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)延。
MEC系統(tǒng)原理示意圖
MEC技術(shù)優(yōu)勢(shì)
可以提供更低的時(shí)延。由于業(yè)務(wù)緩存的內(nèi)容大幅度接近用戶終端設(shè)備，大大縮短了業(yè)務(wù)接續(xù)和響應(yīng)時(shí)延，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行快速反饋，用以改善用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，同時(shí)減少網(wǎng)絡(luò)中其他部分的擁塞。
可提供位置感知。MEC服務(wù)器可以使用獲取的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信令信息來(lái)確定每個(gè)連接設(shè)備的位置，可為后續(xù)基于位置的服務(wù)、分析等業(yè)務(wù)應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。
可獲取網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容信息。MEC服務(wù)器獲取的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)如空中接口條件、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等，可以作為能力開(kāi)放給應(yīng)用程序和服務(wù)，從而為開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用程序通過(guò)開(kāi)發(fā)API獲得網(wǎng)絡(luò)能力信息以幫助移動(dòng)用戶獲得基于位置的興趣點(diǎn)、商業(yè)信息以及業(yè)務(wù)消費(fèi)習(xí)慣等提供了技術(shù)可行性。
MEC典型應(yīng)用場(chǎng)景分析
4k高清視頻、視頻直播及VR等對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求很高的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。在這種業(yè)務(wù)應(yīng)用中，MEC服務(wù)器和各業(yè)務(wù)系統(tǒng)可進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，能獲取視頻業(yè)務(wù)中的熱點(diǎn)內(nèi)容并在本地緩存，MEC服務(wù)器對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的解析，并和本地緩存內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)地對(duì)比，如果申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)內(nèi)容已在本地緩存中，則直接將緩存內(nèi)容及時(shí)推送給申請(qǐng)用戶，網(wǎng)絡(luò)中的熱點(diǎn)內(nèi)容可以根據(jù)用戶訪問(wèn)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新。這樣以來(lái)，一方面可以有效降低內(nèi)容訪問(wèn)時(shí)延，緩解網(wǎng)絡(luò)壓力；另一方面可以依托對(duì)內(nèi)容的定向緩存，能顯著提升用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，挖掘基于視頻內(nèi)容的增值價(jià)值。
對(duì)于如視頻教學(xué)系統(tǒng)、各種論壇、郵件、FTP等在本地頻繁訪問(wèn)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，用戶如果訪問(wèn)的是非內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容，MEC服務(wù)器通過(guò)詳細(xì)地解析，可識(shí)別為非本地業(yè)務(wù)，則直接將業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)至核心網(wǎng)，進(jìn)行業(yè)務(wù)的訪問(wèn)。
用戶如果訪問(wèn)的是本地業(yè)務(wù)，MEC服務(wù)器通過(guò)深度的包解析，可識(shí)別為本地業(yè)務(wù)，則將業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)至本地網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入相應(yīng)的內(nèi)容和應(yīng)用服務(wù)器訪問(wèn)。這樣避免了通過(guò)外部互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)本地內(nèi)容的路由迂回，能有效降低用戶訪問(wèn)業(yè)務(wù)的時(shí)延， 提升用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)， 能有效緩解傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)的壓力。
對(duì)于室內(nèi)多樣化業(yè)務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)景，比如飛機(jī)場(chǎng)、規(guī)模較大的商住區(qū)、大型的場(chǎng)館、地鐵及高鐵等這些場(chǎng)景下不同的用戶業(yè)務(wù)需求也不同，面向所有用戶的各類業(yè)務(wù)需求，可以部署LTE小站加MEC服務(wù)器，將應(yīng)用、服務(wù)和內(nèi)容下沉至無(wú)線接入網(wǎng)，拉近應(yīng)用、服務(wù)和內(nèi)容與用戶之間的距離，有效降低無(wú)線接入網(wǎng)到核心網(wǎng)的傳輸帶寬壓力，使得室內(nèi)的業(yè)務(wù)交互可以更直接、更高效、更優(yōu)質(zhì)，從而為用戶提供高品質(zhì)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，提高室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)投資收益。
隨著云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展、完善成熟及在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，運(yùn)營(yíng)商及各大互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的云數(shù)據(jù)中心快速建成并投入使用，由于云計(jì)算具有能有效降低成本、保證數(shù)據(jù)安全、業(yè)務(wù)部署快速靈活等特點(diǎn)，越來(lái)越多的政府、企業(yè)將各類應(yīng)用向云數(shù)據(jù)中心遷移，云數(shù)據(jù)中心新的應(yīng)用不斷地涌現(xiàn)，同時(shí)在云端部署應(yīng)用，它的局限性也慢慢地暴露出來(lái)，業(yè)務(wù)部署在云數(shù)據(jù)中心，給用戶到數(shù)據(jù)中心之間的傳輸網(wǎng)造成很大的壓力，業(yè)務(wù)高峰期時(shí)，用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)極差，有時(shí)甚至無(wú)法訪問(wèn)相應(yīng)的應(yīng)用，如果在各大云數(shù)據(jù)中心引入MEC技術(shù)，將傳統(tǒng)的無(wú)線基站升級(jí)為智能化基站，把云數(shù)據(jù)中心的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)及存儲(chǔ)等彈性資源從核心網(wǎng)下沉到分布式基站，在靠近用戶的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)及存儲(chǔ)等資源處理等能力，將能有效降低用戶訪問(wèn)業(yè)務(wù)時(shí)的延遲，緩解云數(shù)據(jù)中心傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)的壓力，MEC邊緣計(jì)算和云計(jì)算技術(shù)相互協(xié)同，將能有效地提升云數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。
云數(shù)據(jù)中心引入MEC技術(shù)架構(gòu)示意圖
由于MEC服務(wù)器獲取了網(wǎng)絡(luò)側(cè)和用戶的信令、位置等海量數(shù)據(jù)信息，可以和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，作為大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)輸入源之一，為大數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)提供準(zhǔn)確的用戶位置信息、信令交互等大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)。
目前，MEC正逐步從實(shí)驗(yàn)室研究階段走向現(xiàn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)階段，隨著系統(tǒng)架構(gòu)、API接口、商業(yè)模式、所承載的應(yīng)用等進(jìn)一步完善，以后必將在現(xiàn)網(wǎng)部署商用，會(huì)進(jìn)一步提升4G甚至5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)應(yīng)用體驗(yàn)，有效帶動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值增值。