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(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)模化落地應(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(kuò)大、帶寬的增強(qiáng)、資費(fèi)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(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、能提供可靠性高、實(shí)時性、準(zhǔn)確性強(qiáng)的系統(tǒng)，以實(shí)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(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(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。線性增長的云計(jì)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(fù)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(shí)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(yùn)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(yàn)，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(yàn)，為用戶提供差異化的服務(wù)，成為運(yùn)營目前移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展演進(jìn)的難題。
移動邊緣計(jì)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(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)錨點(diǎn)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(jì)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(jì)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(jìn)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(shí)現(xiàn)低延遲、高帶寬等，MEC也可以實(shí)時獲取移動網(wǎng)絡(luò)信息和更精準(zhǔn)的位置信息來提供更加精準(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、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(jī)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(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， 并通過標(biāo)準(zhǔn)的API和第三方應(yīng)用APP實(shí)現(xiàn)對接。
如下圖所示，MEC系統(tǒng)通常位于無線接入點(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(shí)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(jī)（VM）上運(yùn)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(jì)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(jì)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(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(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)對網(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(shí)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(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(jìn)行實(shí)時交互，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)器對網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時數(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)地對比，如果申請?jiān)L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(diǎn)內(nèi)容可以根據(jù)用戶訪問情況進(jìn)行動態(tài)實(shí)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(yàn)，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(xì)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(jìn)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(jìn)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(yàn)， 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(jī)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(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(yàn)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(jì)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(jì)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(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(yùn)營提供準(zhǔn)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(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，會進(jìn)一步提升4G甚至5G無線網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)應(yīng)用體驗(yàn)，有效帶動無線網(wǎng)絡(luò)的價值增值。