基于移动边缘计算技术的MEC网络部署和应用探讨

周鹏 1 李莉 2 高艳丽 3 于菡 4 郭文娟 5

摘要：将新一代的计算数据和网络数据进行有效的融合，从而形成一个开放的、封闭的、可存储的网络应用，无需将数据传输到远程云计算中心进行分析处理，大大减少了系统时延，节省了传输带宽，提高了服务质量和可靠性。相对于传统网络结构的优势和广阔的应用前景，边缘计算已经引起了各大标准组织的重视。

关键词：移动边缘计算技术；MEC网络部署；应用

1 MEC关键技术

1.1 边缘缓存

随着5G网络的出现和智能移动设备的迅速普及，虚拟现实和增强现实（VR/AR）、在线3D游戏、多媒体应用等新兴应用应运而生。新应用的快速发展给网络体系结构带来了越来越大的流量压力。然而，研究人员发现，这些服务请求的一个有趣特征是，同一地区的设备经常多次请求相同的内容。为了应对日益增长的多媒体业务需求，区域内容缓存技术成为实现对请求的快速响应、减少网络上的流量负载的迫切解决方案来。其中，随着边缘计算（如移动边缘计算）技术的不断发展，边缘缓存被认为是最有前途的解决方案之一。

在边缘缓存中，主动缓存是一种利用这种动态流量的方法，主动缓存在非高峰时段流行的内容，以减少高峰流量需求。由于边缘缓存的缓存单元部署在网络的边缘，因此可以利用大量的信息来提高缓存效率。例如，可以使用用户的社会结构通过D2D通信缓存和分发内容。因此，边缘缓存不仅可以实现更快的请求响应，而且可以减少同一内容在网络中的重复传输。然而，边缘缓存也面临许多挑战。通常，边缘缓存需要解决两个密切相关的问题：边缘节点覆盖区域内的内容流行度分布很难估计，因为它可能是不同的，并且可能随时间和空间而变化；分层缓存结构和复杂的网络特性进一步使内容缓存策略的设计复杂化。

1.2 计算卸载

计算卸载技术是MEC的关键技术之一，它允许边缘移动设备在功率、延迟和计算能力的约束下，将其计算任务的全部或部分卸载到边缘节点，从而打破移动设备在计算能力、电池资源和存储可用性方面的局限。作为数据挖掘的一项关键技术，已有大量相关研究成果，主要包括卸载决策和资源配置两个问题。卸载决策是关于是否卸载、卸载多少和卸载什么的问题，资源配置是研究资源在何处卸载的问题。

卸载决策是用户决定是否卸载、卸载多少以及卸载什么的问题。如图1所示，用户计算的卸载决策的结果可以分为本地执行、完全卸载和部分卸载。决策结果取决于用户的能量消耗和完成计算任务的时间延迟。卸载决策的目标分为三个方面：减少时延、降低能耗、平衡时延和能量。其次，一旦做出卸载决策，下一步就是要考虑资源的合理分配，即卸载到哪里。如果移动用户的计算任务是不可分割的，或者在可分割但可分割的部分之间存在链接，那么卸载任务需要卸载到同一个MEC服务器上。对于可以拆分但拆分部分没有任何连接的计算任务，可以将其卸载到多个MEC服务器上。资源分配的问题就是解决在哪里卸载资源的问题。

图1 MEC卸载决策

1.3 服务迁移

MEC已成为实现物联网愿景的关键支撑技术。MEC的另一个关键技术是解决考虑用户移动性的业务迁移问题。由于有限覆盖的边缘服务器和用户终端的连续运动(如智能手机和智能汽车),网络性能会显著下降,这可能会进一步导致急剧下降的服务质量(QoS)的用户,甚至导致服务中断正在进行的边缘。因此，为了保证用户迁移时的业务连续性，实现业务的无缝迁移就显得尤为重要。

如图2所示，在连续服务期间，用户可以在由不同边缘服务器服务的无线区域中漫游。为了保持令人满意的服务性能，需要考虑服务迁移。当用户从一个服务器区域移动到另一个服务器区域时，我们可以通过边缘连接通过数据中继在原始边缘服务器上继续运行服务，也可以跟随用户的移动将服务迁移到另一个边缘服务器。显然，由于网络距离的扩大，前者会导致较长的通信等待时间，后者会减少服务等待时间，但会带来额外的迁移成本，如带宽使用不足、潜在的服务中断甚至交换失败等成本。

图2 考虑用户移动性的服务迁移示意图

当用户在几个相邻或重叠的地理区域移动时，服务迁移应该处理以下问题:

1）是否应将进行中的服务迁移出承载该服务的当前边缘服务器；

2）如果是，服务应该迁移到哪个边缘服务器;

3）考虑开销和QoS需求，如何执行服务迁移过程。

这些问题产生于整个服务迁移过程中的迁移成本（例如，迁移成本和传输成本）之间的权衡，以及用户对迁移后可以实现什么QoS的期望的增加（即，用户的延迟或网络开销减少）。由于用户移动性和请求模式的高度不确定性以及传输和迁移成本的潜在非线性，很难获得最佳的服务缓解。另外，考虑到用户和应用的数量庞大以及边缘服务器的异构性，服务迁移变得更加复杂，成为MEC中需要解决的关键技术问题。

2 MEC网络部署应用

作为MEC系统的核心设备，MEC服务器主要建立在通用硬件平台的基础上。为了更好地提供本地化的公共云端服务，我们有必要在无线基站和无线接达网络的边缘部署云端运算设施。同时，它可以连接其他网络内部的私有云，如企业网，从而实现混合云服务。当在基站和核心网之间安装MEC设备时，MEC会通过调用规则限制其应用。这种分路主要是根据源端口、源端口、目的端口、目的端口和TCP/UDP类型五个元组来制定的。上游流量通过ENODEB流向MEC服务器。MEC不仅包括全局规则，还包括内部规则。如果有全局规则，MEC服务器将分解每个数据包，并检查每个数据包中的数据对全局规则的适应性。

1）对于线上、线下集成计费，可以完成统一的计费平台，然后根据用户流量消耗情况，向用户发送“流量平衡”短信提醒。

2）当分组业务属性为“预付费”手机用户签名的用户鉴权时，PDP上下文激活和默认负载创建将启动计费过程；

3）核心网将授信控制请求发送到计费消息控制节点，然后提出业务配额需求，主要指流量、时间等需求;

4）计费报文控制节点收到信用控制请求报文后，向核心网返回信用控制响应报文。判断后发现用户处于关机状态，拒绝配额申请信息。如果正常使用，则接受配额申请，并允许用户使用和保存记录。

5）在收到来自核心网网元的信令消息和计费信息后，计费消息控制节点将其发送到统一计费平台，统一计费平台将整合计费并生成统一的存储列表;

3 结语

在5G时代，随着基于移动边缘计算技术的MEC网络的部署，运营商网络将实现从连接管道向信息服务使能平台的转变，从而更好地适应时代的发展。

参考文献：

[1]孙立杰,葛振宇,伍竹歆,刘昌海.多接入移动边缘计算技术在移动网络的部署实践与思考[J].电信工程技术与标准化,2020,33(01):125-130.

[2]井然,牟超宇,魏佳莉,丁国仁.基于移动边缘计算技术的MEC网络部署和应用[J].电信技术,2019,56(05):153-155.