移动边缘计算的探究和应用

西安中学 张晋祚

0 前言

通信，指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递[1]。通信的产生可以追溯至远古时期，那时的壁画及象形文字就是其存在的最好证明。之后，产生了语言、图符、钟鼓、烟火、竹简、纸书等传递信息的方式，通信的形式丰富了起来。中国古典神话故事《西游记》中千里眼，顺风耳的出现就是古代劳动人民对进行及时有效的通信的强烈夙求的最好印证。近现代以来，随着科学技术的进步，人类通信有了长足的发展，信息传递的不仅可以通过金属导线、光纤等有线媒介进行传递，也可以通过电磁波等无线媒介进行传递。

移动通信大致分为四个发展阶段首先是20世纪70年代到20世纪80年代的第一代模拟制式的移动通信系统，该系统以北美的AMPS和欧洲的TACS为典型的技术代表，当然还有一些别的系统但是其应用范围和影响力远小于AMPS和TACS系统。由于采用的是模拟的信号处理方式，信息的质量不是很理想，容易被外界干扰，使得用户在通话时经常出现听不清的情况，这严重地影响了移动通信的服务质量。为了提高通话的质量，到了20世纪90年代左右开始出现了以GSM为代表的第二代移动通信系统，它也是让移动通信迅速火起来的技术，以至于现在公认语音通话质量最好的还是GSM系统。它采用的是数字化的信息处理技术，使得网络抗干扰能力大幅增加。但是随着互联网的发展，用户需求的不断增加，移动通信开始逐渐支撑数据业务，第三代移动通信和第四代移动通信主要是在这个方面进行研究，使得我们手机上网的速率越来越快，能够轻松流畅的用手机观看高清视频。

随着科技的发展，未来网络需要更强的网络能力，移动边缘计算就很好地切合了这一点，例如MEC可以和缓存进行结合[2]，可以将大家都喜欢访问的数据文件缓存在服务器中，使用户以更快的速度浏览到想要的信息，一些不是很热门的文件可以像原来一样，依然从核心网进行查找。MEC可以应用于网络，交通，农业种植等方面，例如汽车无人驾驶，植物生理情况的定时监控等。5G网下的MEC拥有广大的前景，是未来移动通讯的新领域。

1 MEC与车联网

随着现代移动通信业和汽车运输业的飞速发展，人们对车载环境和运输的舒适有了更高的要求，在车内实现上网，通讯和自驾驶应用的需求大大增加。而以上新应用的载体与根基就是车联网，它实现了车辆与公众网络通信系统的动态连接，因而可以将行车的路况，车辆，交通环境收集起来以更好地驾驶。还有，就是得到移动互联网应用服务。在5G技术下，车联网将有新的应用与拓展。

具有高带宽低时延特点的MEC在移动网络边缘可以向车辆提供服务，对时延要求特别高的车联网非常适用。通过在道路附近部署路设单元，接收并分析车载应用和道路传感器的本地信息，发布重要或紧急消息给本区域其他车辆，实现区域性车辆信息交流。在有基站覆盖的地区，在车中的我们可以连接本地MEC服务器共享本车的实时位置及发布给附近车辆用户信息，如在驾车过程中，车辆损坏需要求救，可以将该信息通过本地车载服务器共享给周围汽车用户以求帮助。或是在驾车过程中发现前方道路不通或发现险情可以及时告知给后面的车辆。以上提及的是将信息发布共享在本地信息网络平台上实现信息共享和路况收集。我们还可以从MEC上获取多媒体和移动互联网应用服务。如在车内可以从MEC中下载歌曲，游戏，视频，资讯等服务，这样丰富了车内体验。

由于低时延的特性，MEC可以应用到车辆无人驾驶。在5G网络下，网络延迟由原来100ms降低到20ms[3]，这样满足了对无人驾驶这种实时监控的要求。在5G技术和汽车产业的共同进步下，3到5年内将取得突破性，跨越性发展。与之前的技术相比，5G可以的延迟最低降低到1毫秒，峰值速度高达10Gbps，使汽车几乎实时获得周围的行车环境。5G还支持基于本地MEC的数据，沟通其它车辆及其他交通设施。

MEC用于交通信息传播上对于本地产业的推广也是一大助力。当把关于某省，市，县，乡等地的相关产业如风景名胜，民风民俗，生活习惯，当地特产，知名地点等放到本地MEC上，当有游客途径本地时，在自己的汽车上从MEC平台上不消耗流量获取关于本地信息，这样可以引起过路人的兴趣，提高本地的知名度，吸引更多人的流入，推动本地经济发展。

2 MEC与本地分流

MEC可以降低网络的回传，使得业务可以得到快速的响应，提升用户的服务体验。而MEC一项突出的优势在于将数据节流在了接入网，实现了服务的本地业化，而不需要将数据流上传到核心网进行处理。打个比方，MEC可以轻松地搭建一个基于蜂窝的局域网，使得在局域网里的用户享受到了高速快捷的数据服务。

为了实现这种本地分流的功能，MEC平台需要具备DNS查询以及IP地址重定位的能力进而对数据实现分流。当终端发出业务请求的时候，MEC服务器会首先接收到其URL访问地址，如果该资源在本地可以获取到，会触发MEC平台进行域名查询，重新定位服务器的IP地址，并将对应IP地址反馈给用户。MEC平台将需要查询的本地IP地址与其本地域名对应起来，如果是制定本地子网的报文，则转发给本地网络，否则直接透传给核心网[4]。同时，MEC平台将收到的本地网络报文返回给终端用户。MEC在生产生活中有广泛的应用，例如在商场或者景区，可以通过MEC服务器向用户手机终端推送免费的商家促销信息，或者商品的高质量音视频介绍。同时在企业办公大楼可以将的视频监控通过本地分流技术直接上传给部署在本地的视频监控中心通过MEC平台对视频监控进行分析，在提升视频监控部署便利性的同时降低了无线网络回传带宽的消耗。

3 MEC部署方式

MEC可以有多种部署方式，MEC的功能也可以集成在移动通信网络的各个网元之中，本文重点考虑在无线接入网侧和核心网边缘两种部署方式。

如果移动边缘服务器部署在无线接入网，其可以放置在基站的后面，供多个基站共享，每个基站的数据流量都在移动边缘服务器进行汇总。然后再由移动边缘服务器与核心网的相关网管进行连接，这种架构方案的优势在于更方便地通过监听、解析接口的信令来获取基站侧无线相关信息，但计费和合法监听等安全问题需要进一步解决[5]。除了这种方式，还可以将别是将移动边缘服务器部署在基站或者与基站进行集成，这种部署使得移动边缘服务器与用户的距离更近，是最快速的移动边缘服务器部署方式，但是这样为每个基站部署一个服务器会使得投入成本增高，运行效率降低。

如果移动边缘服务器部署在核心网边缘，可以与数据包网关部署在一起，这样可以使得数据包网关的工作效率显著提高，并且引入智能处理能力。该部署方式不存在计费、安全等问题，因为相应的操作可以交给网关处理，但是可以有两种思路来实现。第一种就是不改变原有网络的架构，移动边缘计算服务器作为独立的网元出现，对数据流进行处理。第二种是改变现有网络架构，对网元功能进行解构和重组，移动边缘计算服务器和网关中关于数据部分的模块进行重组，网管中关于控制的模块单独分离出来形成新的网元，进行计费、监听、鉴权等功能。这样的话需要定义新的接口，实现不同网元之间的信息沟通，增加了网络结构的复杂度，对现有网络架构不兼容[3]。

4 总结

未来是移动数据爆炸的时代，到2020年全世界移动网络接入端的数量将跨越到200亿台左右，这对移动通信提出了严峻的考验。移动边缘计算可以为移动通信提供新的解决方案，实现一个智能，安全，有高带宽，低时延的网络平台，它的应用会为解决网络的拥塞，延迟等问题带来贡献。本文重点研究了移动通信与移动边缘计算的结合，首先从移动通信的发展开始，探究了未来移动通信的发展方向，其次指出了移动边缘计算的优势与未来的发展前景，体现了移动边缘计算技术的价值。然后，本文提出了移动边缘计算与车联网的结合，将移动边缘计算低时延的优势体现在了车联网的自动驾驶和交通信息实时分享等上面。除此之外，本文还研究了移动边缘计算在本地业务分流上的优势，实现了业务处理的本地化。最后，本文研究了移动边缘计算的网络架构，体现了不同网络架构下各自的特点与优势。

[1]周炯槃,等.通信原理(第3版)[M].北京邮电大学出版社,2008.

[2]戴晶,陈丹,范斌.移动边缘计算促进5G发展的分析[J].邮电设计技术,2016.

[3]李佐昭,刘金旭.移动边缘计算在车联网中的应用[J].现代电信科技,2017.

[4]张建敏,谢伟良,杨峰义,武洲云,谢亮.移动边缘计算技术及其本地分流方案[M].电信科学,2016.

[5]李福昌,李一喆,唐雄燕,张忠皓.MEC关键解决方案与应用思考[J].邮电设计技术,2016.