5G邊緣計算技術詳解與應用分析

馬曉凱

摘? 要：4G時代的智能終端技術全面促進了傳統PC互聯網同移動網絡的深度融合，而在5G時代，移動邊緣計算技術將會推動云計算平臺同移動網絡的融合，這將減少移動業務交付的端到端時延，發掘無線網絡的內在能力，從而提升用戶體驗，給電信運營商的運作模式帶來全新變革，并建立新型的產業鏈及網絡生態圈。該文首先分析了移動邊緣計算產生的原因以及5G網絡與移動邊緣計算的關系，然后從用戶維度分析了移動邊緣計算的四大應用場景，最后說明移動邊緣計算的社會價值。

關鍵詞：5G技術;邊緣計算;云計算

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 5G邊緣計算技術分析

4G時代的智能終端技術全面促進了傳統PC互聯網同移動網絡的深度融合，而在5G時代，移動邊緣計算技術將會推動云計算平臺同移動網絡的融合，并可能在技術及商業生態上帶來新一輪的變革和顛覆。

1.1 移動邊緣計算的提出

5G是4G網絡的強大升級版本，4G LTE服務僅提供75 Mbps的傳輸速率，而5G網絡已成功實現28 GHz頻段的1 024 Mbps吞吐量。同時，在5G時代，連接設備的數量將急劇增加，網絡邊緣將產生大量的數據。如果這些數據全部由主管理平臺處理，則數據的敏感性、安全性和機密性以及數據處理的時效性將會受到影響。然而，通過引入先進技術進行計算處理，根據接近原理處理這樣的一組數據，并且大量后臺設備同時工作以實現有效的協同處理，可以解決大流量和集中處理的難題。移動邊緣計算正是這樣一種技術，可以解決5G網絡的延遲、擁塞和容量等問題。

1.2 移動邊緣計算是5G的核心技術之一

根據國際電信聯盟（ITU）5G的要求，5G標準包括增強型移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）、超可靠低延遲通信（URLLC）的3種應用場景，主要指標包括提供峰值10 Gbps以上的速率、毫秒級時延和超高密度連接，移動性達500 km/h、時延低至1 ms，用戶體驗數據率達到100 Mbps、實現網絡性能新的躍升。

在當前的網絡架構中，由于主網絡的高位部署，傳輸延遲相對較長，不能滿足極端延遲服務的要求。LTE技術可以將無線接口的速率乘以10，但端到端的延遲只能優化為3倍。原因是空中效率大幅提升之后，網絡架構未完全優化成為業務延遲的瓶頸。盡管LTE網絡實現了扁平的兩跳架構，但核心網絡基站往往距離數百公里，多個傳輸設備與不可預測的擁塞和抖動相關聯，無法保證低延遲。為了減少等待時間和功耗，有必要顯著減少空中接口的傳輸延遲，盡可能地減少傳輸節點并減少源節點和節點之間的“距離”。此外，該服務在云中完全無效，特別是某些區域服務未在本地完成，浪費帶寬和增加延遲。

移動邊緣計算能夠解決上述問題。一方面，移動邊緣計算部署在網絡邊緣，有效地集成了無線網絡和互聯網技術，并為無線網絡側增加了計算、存儲、處理和其他功能，由于服務和應用程序內容部署在移動邊緣，因此可以減少數據傳輸和處理時間，減少端到端延遲，滿足低延遲要求并降低功耗。另一方面，移動邊緣計算將數據內容下沉到區域網絡邊緣，在本地緩存內容，一些區域性企業不需要通過終端進行遠程任務分配。因此，移動邊緣計算技術成為5G網絡的核心技術之一。

2 典型應用場景

移動邊緣計算技術通過將計算存儲能力與業務服務能力向網絡邊緣遷移可以為移動運營商、服務提供商以及終端用戶等帶來很大價值。在5G時代，移動邊緣計算可以廣泛應用在各個領域，象高清視頻、虛擬現實、智能駕駛、全息技術等領域，主要的業務應用場景包括。

2.1 網絡傳輸場景

5G邊緣云是CDN未來的演進方向之一，可以提供分發加速的基礎網絡功能，并且由于移動邊緣計算更靠近無線網邊緣，下沉位置更深，時延更小，因此5G邊緣云還可以提供智能網絡服務，象高清視頻傳輸、本地內容緩存、無線網絡性能優化等。該應用場景以優化網絡性能為主要目標，華為為西班牙沃達豐部署的移動邊緣計算網絡，將網絡時延降低了50%，大大提升了當地有名的“危機時刻”游戲體驗。同樣的，對于“王者榮耀”等“無線局域網”類型的團隊作戰游戲，5G邊緣云是最新原始的、最有效的網絡性能優化方案，通過移動邊緣云降低網絡時延，提高參與者的游戲體驗。

2.2 云計算場景

作為云計算的延伸，邊緣計算在處理局部的、實時性的數據上更有優勢，因此能夠更好地支撐本地業務的實時智能化處理。互聯網云計算平臺的提供商很多，然而5G邊緣計算平臺由于部署在電信網絡邊緣，因此電信運營商具有天然優勢。電信運營商可以通過與第三方業務和內容提供商合作，提供5G邊緣云計算平臺服務，并借助無線網絡資源能力，提供優于互聯網云計算平臺的位置跟蹤、通信數據、局域專網等特殊服務。目前國內運營都在積極地進行5G網絡布局，中國移動計劃2019年在50個城市部署5萬個5G基站，聯通公司公布了《中國聯通Edge-Cloud平臺架構及產業生態白皮書》，中國電信提出5G MEC融合架構。基于邊緣云的計算服務平臺使電信運營商能夠實施靈活的網絡功能部署和可靠的支持基礎架構，而平臺的核心托管和服務功能還可以幫助第三方應用程序改善用戶體驗。為了在應用程序和網絡價值之間獲取最大的雙贏效益，電信運營商正在實現管道建設者向綠色建筑商的數字化轉型。

2.3 物聯網場景

5G網絡將給智能家居、智能城市、汽車網絡、工業互聯網等領域帶來巨大的發展空間，然而物聯網海量數據和實時處理的特點，對現有技術手段提出了挑戰，而邊緣計算恰恰可以滿足這個需求。有機構預測，2020年將有超過500億臺設備與設備聯網，而50%的物聯網網絡將面臨網絡帶寬限制，40%的數據需要同時進行分析、處理和存儲，邊緣計算市場將超過1萬億美元，并將成為一個新興市場。據估計，將應用服務器部署于5G邊緣云，可在無線接入網絡與現有應用服務器之間的回程線路上節省高達35%的帶寬使用。

3 互聯網應用場景

借助于電信運營商提供的移動邊緣計算開放能力，第三方業務提供商可為終端用戶直接帶來全新功能以及體驗的新型業務應用，象在線游戲、虛擬現實、人工智能等。通過移動邊緣計算，可以為移動用戶在5G網絡環境下提供更好的AR/VR體驗，在這種用戶場景下，移動邊緣計算通過無線網絡數據確定用戶位置，并將數據流實時提供給用戶，邊緣云上的本地增強現實服務器提供內容匹配計算和推送，實現本地實景和增強現實內容頻道的高度聚合，為不在現場的用戶帶來獨特的視角體驗。在人工智能領域，特別是在圖像識別方面，移動邊緣計算服務器相對于移動終端在處理時間及功耗上有顯著優勢，移動終端可以把復雜的計算需求獨立出來放到移動邊緣云上，同時把有限的終端資源用于實時數據獲取與結果顯示，這意味著在不改進現有算法的情況下，通過引入移動邊緣計算技術，就可通過降低服務器與移動終端之間的時延改善識別效果。因此許多現有終端無法實現的場景，在5G網絡下都將成為現實。

4 結語

在4G時代，我們已經設想了5G技術將為我們的生活帶來的變化，并且在5G技術的發展中，邊緣計算技術起著至關重要的作用。象在車輛的互聯網應用中，應用程序可以分析車輛數據和路邊傳感器，并利用邊緣計算云發送危險警告和其他敏感延遲到附近車輛的信息。在智能機器人的應用中，邊緣計算技術的應用可以提供更高效的計算能力，執行時間敏感的數據處理并將結果傳輸到終端設備。借助邊緣計算技術，可以大大提高超高清視頻用戶的體驗，優化用戶的觀看感知，減少延遲和初始等待時間，提高下載速度。可以看出，邊緣計算技術適合不同的生活場景，成為5G改變社會的關鍵因素之一。

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