隨著國內(nèi)4G網(wǎng)絡(luò)的正式商用,用戶在移動場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4G移動網(wǎng)絡(luò)的需求越來越旺盛,隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的擴大、帶寬的增強、資費的下降,萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)觸發(fā)了新的生產(chǎn)模式和商業(yè)模式,催生了移動網(wǎng)絡(luò)新的數(shù)據(jù)生產(chǎn)和消費方式;離散制造、流程制造等智能制造亟待需要靠近現(xiàn)場、能提供可靠性高、實時性、準確性強的系統(tǒng),以實現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)與智能制造系統(tǒng)深度融合。
隨著云計算技術(shù)的成熟與快速應(yīng)用,現(xiàn)在大部分應(yīng)用系統(tǒng)都采用云計算的架構(gòu)來構(gòu)建,一些傳統(tǒng)架構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)也在逐步向云平臺遷移,采用云平臺架構(gòu)來集中化的建設(shè)應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)化了傳統(tǒng)架構(gòu)的諸多缺點,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。線性增長的云計算能力無法匹配爆炸式增長的海量網(wǎng)絡(luò)邊緣數(shù)據(jù);傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬負載急劇增加造成較長的網(wǎng)絡(luò)延遲,難以滿足控制類數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)和流式等數(shù)據(jù)的傳輸需求。
隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,越來越多的用戶習(xí)慣通過多樣化的移動終端來使用移動網(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)用及高清視頻會消耗大量的網(wǎng)絡(luò)資源和帶寬,而目前運營商的傳統(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,如何滿足用戶移動互聯(lián)網(wǎng)化的各種業(yè)務(wù)需求、提高用戶的業(yè)務(wù)體驗,為用戶提供差異化的服務(wù),成為運營目前移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展演進的難題。
移動邊緣計算MEC(Mobile Edge Computing)將虛擬化的平臺引入移動網(wǎng)絡(luò)中,能有效實現(xiàn)業(yè)務(wù)錨點下沉,縮短業(yè)務(wù)響應(yīng)時間,很好地解決目前4G移動網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)發(fā)展存在的諸多問題,還能提供將傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)的通信能力開放,為開展網(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
移動邊緣計算MEC是把移動網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)兩者技術(shù)有效融合在一起,在移動網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加了計算、存儲、數(shù)據(jù)處理等功能;構(gòu)建了開放式平臺以植入應(yīng)用,并通過無線API開放移動網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)服務(wù)器之間的信息交互,移動網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)進行了深度融合,將傳統(tǒng)的無線基站升級為智能化基站;MEC的部署策略尤其是距離用戶的相對地理位置可以有效實現(xiàn)低延遲、高帶寬等,MEC也可以實時獲取移動網(wǎng)絡(luò)信息和更精準的位置信息來提供更加精準的位置服務(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算、存儲、控制功能和硬件虛擬化組件,完成虛擬化的計算處理、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)的對外接口適配功能,通過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、無線網(wǎng)絡(luò)信息、虛擬機通信、應(yīng)用與服務(wù)注冊等能力,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)用注冊管理、無線信息交互等功能。
MEC應(yīng)用層:基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的虛擬機應(yīng)用架構(gòu),將MEC功能組件層封裝的基礎(chǔ)功能進一步組合成虛擬應(yīng)用, 包括無線緩存、本地內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)、增強現(xiàn)實、業(yè)務(wù)優(yōu)化等應(yīng)用, 并通過標(biāo)準的API和第三方應(yīng)用APP實現(xiàn)對接。
如下圖所示,MEC系統(tǒng)通常位于無線接入點及有線網(wǎng)絡(luò)之間。在電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)中,MEC系統(tǒng)可部署于無線接入網(wǎng)與移動核心網(wǎng)之間。MEC系統(tǒng)的核心設(shè)備是基于IT通用硬件平臺構(gòu)建的MEC服務(wù)器。MEC系統(tǒng)通過部署于無線基站內(nèi)部或無線接入網(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)部的私有云實現(xiàn)混合云服務(wù)。MEC系統(tǒng)提供基于云平臺的虛擬化環(huán)境,支持第三方應(yīng)用在邊緣云內(nèi)的虛擬機(VM)上運行。相關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)能力可通過MEC服務(wù)器上的平臺中間件向第三方應(yīng)用開放。
MEC系統(tǒng)架構(gòu)
MEC技術(shù)原理
移動邊緣計算MEC可利用無線接入網(wǎng)絡(luò)就近提供用戶所需服務(wù)和云端計算功能,而創(chuàng)造出一個具備高性能、低延遲與高帶寬的電信級服務(wù)環(huán)境,加速網(wǎng)絡(luò)中各項內(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。
MEC系統(tǒng)原理如下圖所示,每個用戶終端(UE)發(fā)起內(nèi)容調(diào)用申請時,傳統(tǒng)的內(nèi)容獲取需要經(jīng)過基站接入后,通過核心網(wǎng)(CN)連接目標(biāo)內(nèi)容,再逐層進行傳遞完成終端和該目標(biāo)內(nèi)容間的交互,同一個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網(wǎng)絡(luò)資源,另一方面也增加了相應(yīng)的時延。
引入MEC技術(shù)后,通過在基站側(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)同一個基站內(nèi)其他終端進行相同內(nèi)容調(diào)用時,將可以直接從MEC服務(wù)器中予以獲取,不再通過核心網(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)時延。
MEC系統(tǒng)原理示意圖
MEC技術(shù)優(yōu)勢
可以提供更低的時延。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)時延,從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)實際狀態(tài)進行快速反饋,用以改善用戶業(yè)務(wù)體驗,同時減少網(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線網(wǎng)絡(luò)的信令信息來確定每個連接設(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)器獲取的實時網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)如空中接口條件、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等,可以作為能力開放給應(yīng)用程序和服務(wù),從而為開發(fā)新的應(yīng)用程序通過開發(fā)API獲得網(wǎng)絡(luò)能力信息以幫助移動用戶獲得基于位置的興趣點、商業(yè)信息以及業(yè)務(wù)消費習(xí)慣等提供了技術(shù)可行性。
MEC典型應(yīng)用場景分析
4k高清視頻、視頻直播及VR等對網(wǎng)絡(luò)時延要求很高的業(yè)務(wù)場景。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)可進行實時交互,能獲取視頻業(yè)務(wù)中的熱點內(nèi)容并在本地緩存,MEC服務(wù)器對網(wǎng)絡(luò)中的實時數(shù)據(jù)進行深度的解析,并和本地緩存內(nèi)容進行詳細地對比,如果申請訪問內(nèi)容已在本地緩存中,則直接將緩存內(nèi)容及時推送給申請用戶,網(wǎng)絡(luò)中的熱點內(nèi)容可以根據(jù)用戶訪問情況進行動態(tài)實時更新。這樣以來,一方面可以有效降低內(nèi)容訪問時延,緩解網(wǎng)絡(luò)壓力;另一方面可以依托對內(nèi)容的定向緩存,能顯著提升用戶的業(yè)務(wù)體驗,挖掘基于視頻內(nèi)容的增值價值。
對于如視頻教學(xué)系統(tǒng)、各種論壇、郵件、FTP等在本地頻繁訪問的業(yè)務(wù)系統(tǒng),用戶如果訪問的是非內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容,MEC服務(wù)器通過詳細地解析,可識別為非本地業(yè)務(wù),則直接將業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)至核心網(wǎng),進行業(yè)務(wù)的訪問。
用戶如果訪問的是本地業(yè)務(wù),MEC服務(wù)器通過深度的包解析,可識別為本地業(yè)務(wù),則將業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)至本地網(wǎng)絡(luò),進入相應(yīng)的內(nèi)容和應(yīng)用服務(wù)器訪問。這樣避免了通過外部互聯(lián)網(wǎng)訪問本地內(nèi)容的路由迂回,能有效降低用戶訪問業(yè)務(wù)的時延, 提升用戶的業(yè)務(wù)體驗, 能有效緩解傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)的壓力。
對于室內(nèi)多樣化業(yè)務(wù)的應(yīng)用場景,比如飛機場、規(guī)模較大的商住區(qū)、大型的場館、地鐵及高鐵等這些場景下不同的用戶業(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,提高室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)投資收益。
隨著云計算技術(shù)的快速發(fā)展、完善成熟及在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用,運營商及各大互聯(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,越來越多的政府、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),同時在云端部署應(yīng)用,它的局限性也慢慢地暴露出來,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,用戶的業(yè)務(wù)體驗極差,有時甚至無法訪問相應(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)的無線基站升級為智能化基站,把云數(shù)據(jù)中心的計算、網(wǎng)絡(luò)及存儲等彈性資源從核心網(wǎng)下沉到分布式基站,在靠近用戶的無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加計算、網(wǎng)絡(luò)及存儲等資源處理等能力,將能有效降低用戶訪問業(yè)務(wù)時的延遲,緩解云數(shù)據(jù)中心傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)的壓力,MEC邊緣計算和云計算技術(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。
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)進行對接,作為大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)輸入源之一,為大數(shù)據(jù)運營提供準確的用戶位置信息、信令交互等大量有價值的數(shù)據(jù)。
目前,MEC正逐步從實驗室研究階段走向現(xiàn)網(wǎng)實驗階段,隨著系統(tǒng)架構(gòu)、API接口、商業(yè)模式、所承載的應(yīng)用等進一步完善,以后必將在現(xiàn)網(wǎng)部署商用,會進一步提升4G甚至5G無線網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)應(yīng)用體驗,有效帶動無線網(wǎng)絡(luò)的價值增值。