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5G移动边缘计算(MEC)学习

发布时间:2020-04-15 07:55:22  来源:起点边缘    采编:佚名  背景:

移动边缘计算(MEC)是在移动蜂窝网络的边缘(RAN侧和靠近用户侧)提供IT服务环境和云计算能力,其目的是减少延迟,确保高效的网络运营和服务并提供更好的用户体验。

 

        移动边缘计算是信息技术(IT)与电信网络(CT)的自然融合重要方向之一。它基于NFV/SDN的虚拟化云平台,它代表了一个关键的技术和架构概念,有助于推进移动宽带网络向可编程网络的转变。在全球范围内,并有助于满足5G在预期吞吐量,延迟、可扩展性和自动化方面的近乎苛刻的要求。主要对大容量、大连接数据做本地化处理,降低时延、节省网络带宽,从而满足低时延、高带宽的需求,可支撑以DC(Data Center,数据中心)为中心的运营商网络重构。

 

        MEC有着强劲的市场驱动:

 

 

        MEC的商业价值:为最终用户提供更好的业务体验QOE (Quality of Experience)

 

 

         MEC场景:

 

         MEC基于移动网络平台,移动网络的终极目标是全连接世界,产生的数据通过网络在云端构建并不断创造价值。比如车联网、智能制造、全球物流跟踪系统、智能农业、市政抄表,智能大厦,远程医疗,灾害预警等,是物联网在垂直行业的首要切入领域,都将在5G时代蓬勃发展。

 

        4G与5G网络在设计之初需求上的不同是什么呢?

 

        5G网络所面临的是使用案例上的多样性,随着移动互联网需求的增长,多样性的业务需求随之而来,这是5G无线网络所必需要解决,要支撑的。而4G LTE网络基本上是为了单一目标/用途而设计的那就是以尽可能高的无线速率交付高速移动宽带服务。5G作为新一代无线系统和网络架构,目标是支持极速移动宽带,超可靠性,超低时延连接,以及支持物联网海量连接。以实现可编程世界的目标。这一可编程世界的实现将深远地影响我们每个个体,经济,以及社会。

 

        5G网络需要满足的技术需求以达成未来业务要求也提到过很多次了,包含以下三个方面:

 

1,EMBB,超宽带无线网络,超10Gbps的吞吐率

 

2,URLLC,紧要/关键/实时机器类通信,要求瞬时反应,例如在远程机器人控制应用下,手眼同步需求般的即时反应回馈

 

3,eMTC,海量机器类通信,超10亿规模的传感器,机器等等

 

        5G网络设计的一个重要原则便是灵活性,为了应对未来任何位置的新业务新应用。同时不可或缺的另一设计原则就是可靠性。通过灵活地集成不同技术,5G网络可以被打造成一个从2/3/4G提供尽可能好服务的网络到一个完全可依赖的通信网络,打造成可作为社会基础设施的网络。可靠性不仅仅是设备在服务时间,网络不宕机,而是更广义的,任何时间任何地点的无限网络容量及覆盖的感知和体验。同时移动通信的可靠性要求也变得愈发重要。

 

        ETSI发布的MEC应用场景分类:

 

 

 

        5G业务的逐步丰富,应用于MEC的业务场景也可以细分成很多类:

 

 

这里重点列举典型的几类来说明:

 

场景1:AR--Augmentaed Reality,即增强现实,当新一代的移动网络支持更高数据速率和更低延迟时,就会催发新的服务的诞生。增强现实(AR)是结合声音、视频、图形或GPS数据等感官输入,辅以计算机的高速运算能力而生成的对现实世界环境的模拟。下图展示了使用MEC平台提供增强现实服务的场景:

 

场景2:智能视频加速(IVA--Intelligent Video Acceleration),通过智能视频加速最终用户体验质量(QoE)和无线网络资源的利用率可以提高

 

。Internet媒体和文件传送通常是流媒体或使用TCP协议的各类应用业务。而

 

容量和吞吐量在几秒钟内可以变化一个数量级(比如由于业务特性,无线信道的变化条件一起众多的设备实时进入/离开网络等原因)。TCP可能无法快速适应无线接入网络(RAN)中的这些变动的因素从而影响用户体验。下图展示了一个智能视频加速服务场景的示例,该场景试图克服上述挑战。在这个场景中,一类无线资源分析应用程序位于MEC服务器,向视频服务器提供预测估计的可用吞吐量。这些信息可用于帮助优化TCP拥塞控制决策(例如

 

在拥塞避免阶段,当“无线链路”的状况恶化时选择初始窗口大小,设置拥塞窗口的值等)。这些信息还可用于确保应用层编码与无线下行链路的估计容量高效实时匹配。这可以减少内容的启动时间和视频暂停事件,从而改进视频质量和容量。这类IVA的解决方案如下所示:

 

 

场景3:辅助车辆网V2X应用等,MEC可用于将连接的汽车云扩展到高度分布式移动网络环境,并使数据和应用程序能够尽可能安置在车辆附近。这可以最大程度地减少数据的往返时间,MEC应用程序可以在MEC服务器上运行并部署在靠近移动基站侧。MEC应用程序可以直接从车辆和路边传感器的应用程序接收本地消息,分析然后传播(具有极低的延迟)危险警告和其他对延迟敏感的警告,并发送给该区域其他车辆的消息。这使得附近的汽车能够接收数据

 

几毫秒,让对方及时做出反应。这类方案示意图:

 

 

场景4:物联网网关(IoT Gateway),物联网(IoT)在移动通信网络上生成各类特殊的信息,并要求网关来聚合消息并确保可靠性和安全性。物联网设备通常在处理器和内存容量方面受到资源限制。需要聚合通过靠近设备的移动网络连接的各种物联网设备传递消息。这也提供了分析处理能力和低延迟响应时间。

 

 

场景5:无线机器人云端控制,MEC对降低延迟贡献不可缺少:

 

 

场景6,基于MEC的视频直播,与传统架构进行对比:

 

 

场景7,结合MEC的CDN(Content Delivery Network)场景应用,主要思路是在接入网(RAN)侧嵌入MEC为CDN提供洞察信息。为运营商带来的好处是提升RAN侧的使用和洞察能力,比如还可以基于洞察信息进行网优和网规等,对于内容提供商来说是可以调整数据流量来更好的契合客户预期。

 

 

进一步说,CDN(Content Delivery Network)的关注点是“分发”+“加速”,而MEC不仅要求加速还要求有开放API(应用程序编程接口)能力以及本地分析、分析、计算与存储等能力,从而让网络更加智能化。MEC比CDN更加靠近网络边缘--接入网(RAN)侧,因此时延可以更小。本例是CDN的重要发展方向之一,即与MEC的完美融合,互相发挥各自优势并互补来提升端到端的性能,两者的对比:

 

 

基于MEC的移动网络重构:

 

美国AT&T公司提出CORD(Center Office Re-architected as Datacenter),即网络机房的DC化重构,是试图通过软硬件解耦、控制与转发分离等技术,将运营商传统网络转变成类似云服务商的数据中心,达到降低网络成本、提升网络效益的目标。CORD初期版本分为相互独立的平台,即R-CORD(Residential CORD,家庭宽带场景)、M-CORD(Mobile CORD,移动通信场景)、E-CORD(Enterprise CORD,企业专网场景),最新版本将这些平台的虚拟网络功能统一起来,打造成统一的通用的平台。CORD代表着运营商网络重构的一个重要方向。而MEC是应对网络重构的一种重要的实现方式,这是因为首先MEC的架构与网络重构中的控制与转发分离,网络功能虚化及网络能力开放思想一致。而5G的网络切片的引入以及控制面板和用户面的进一步分离也与MEC不谋而合。

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