一種車聯網的邊緣計算構建方法

（中國移動通信集團四川有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

現有的技術無法消除傳輸距離產生的傳輸時延，并且在網絡流量較大時，會產生嚴重的擁塞，本文提出一種車聯網中移動邊緣計算方法及系統，將移動邊緣計算與車聯網相結合，充分發揮了移動邊緣計算高帶寬、低時延的技術特點。同時，本文提出一種車聯網中移動邊緣計算能力構建方法，該方法的主要步驟為：（1）車載終端經由基站將數據包發送到移動邊緣計算服務器；（2）所述移動邊緣計算服務器判斷所述數據包是否為車聯網數據，如果是非車聯網數據則將所述數據包發送到核心網進行處理，如果是車聯網數據則通過移動邊緣計算服務器對所述數據包進行處理后發送至相應基站，再由基站發送至特定的車載終端。

1 基于MEC的邊緣計算構建

1.1 車聯網邊緣計算系統

本文所提出的車聯網中移動邊緣計算系統，包括以下3個部分。

（1）車載終端：用于發送車聯網數據或非車聯網數據；

（2）基站：用于在車載終端與移動邊緣計算服務器之間傳送數據；

（3）移動邊緣計算服務器：用于對所述車聯網數據進行處理，將處理后的車聯網數據通過基站發送給車載終端，并且將非車聯網數據發送給核心網進行處理。

其中，移動邊緣計算服務器包括流量分流網關TOF、GTP網關（GTP GW），以及移動邊緣應用平臺APP platform[1]。TOF用于將車聯網數據和非車聯網數據分流，使車聯網數據在移動邊緣計算服務器上處理，將非車聯網數據發送到核心網進行處理，GTP GW完成GTP解包和封包，APP platform用于運行具體應用實現不同功能。

車載終端將數據包發送至基站，基站進行GTP封包后發送至TOF，TOF將收到的數據包進行GTP基礎解包、匹配源IP地址，如果源IP匹配失敗，則將數據包重新封GTP包后發送至核心網中的服務網關SGW，然后根據現網數據處理流程，對GTP包進行解包，得到數據并處理完成后再封包經由SGW發送至TOF，TOF將收到的GTP數據包發送至基站，基站進行GTP解包后發送至車載終端[2]。

如果源IP匹配成功則表明為車聯網數據，則TOF將車聯網數據轉發至GTP GW，GTP GW對接收到的車聯網數據進行GTP解包，得到車聯網數據，然后把數據轉發至APP platform，APP platform將處理完的數據發送至GTP GW，然后進行GTP封包后發送至TOF，TOF將收到的GTP數據包發送至基站，基站進行GTP解包后發送至車載終端[3]。

在該系統中，將S1-U細化擴展為S1-UM，作為基站與TOF之間的通信接口，以及S1-US作為TOF與SGW之間的通信接口，將S1-MME擴展為S1-C作為移動管理實體MME與基站之間的通信接口，以及S1-CM作為MME與TOF之間的通信接口。

新增加的移動邊緣計算服務器將車聯網數據發送給了移動邊緣計算服務器，這部分數據也就不再傳送至核心網，如不設計新的計費接口，就會產生計費偏差。所以，如需對車輛網數據進行計費，可仿造LTE中Gx接口在TOF與PCRF之間設計一個新的接口，實現對發送至移動邊緣計算平臺的數據進行計費。

1.2 邊緣計算構建過程

邊緣計算的構建過程如下。

步驟1：將移動邊緣計算服務器部署于匯聚機房，使得移動邊緣計算服務器能夠同時服務多個基站。

將移動邊緣計算服務器部署于匯聚機房，一個移動邊緣計算服務器可服務多個基站，從而降低實際部署成本，增加數據傳輸效率。匯聚機房用于在網絡中負責將本地業務節點連接到骨干節點，可覆蓋至少2 000 m2的范圍。移動邊緣計算服務器服務的基站數量可取決于該匯聚機房可覆蓋范圍內基站的數量。

步驟2：車載終端與車內智能控制模塊連接，車載終端與車內智能模塊之間能夠傳輸數據。

車載終端用于發送車載數據和接收基站信息，例如可以是工業級4G路由器。車內智能模塊是指與車輛智能駕駛相關的功能模塊，如雙目攝像頭、激光雷達等設備。車載終端與車內智能模塊之間可通過CAN總線協議傳輸數據。

步驟3：在車載終端入網之前根據源 IP 地址對車聯網數據和非車聯網數據進行區分。

車聯網數據只會來自于若干個固定IP的車載終端，因此具有這些IP的終端被認為發送的數據是車聯網數據，來自其他終端發送的數據被認為是非車聯網數據，因此可通過識別車載終端的IP來確定數據是否為車聯網數據。車聯網數據是指與車輛行駛、路況、控制等相關信息的統稱。非車聯網數據是指除車聯網數據以外的基站能接收的數據。

步驟4：車載終端將數據包發送至基站，基站將數據進行GTP封包，然后發送至TOF。

TOF設置在移動邊緣計算服務器中，實現了現網中類似于服務網關SGW的功能，對數據包進行基礎解包、匹配源IP后進行數據包轉發[4]。然而，TOF作為在網絡結構中加入新的網絡單元，需要設計該網絡單元與其他網絡單元之間進行通信的新的接口。作為一種可選方案，可將S1-U細化擴展為S1-UM（作為基站與TOF之間的通信接口）和S1-US（作為TOF與SGW之間的通信接口），這樣能夠實現TOF針對不同數據包的轉發功能。另外，將S1-MME擴展為S1-C（作為移動管理實體MME與基站之間的通信接口）與S1-CM（作為MME與TOF之間的通信接口）從而實現 MME 與基站及移動邊緣計算服務器的控制面信令交互。

步驟5：移動邊緣計算服務器中TOF對收到的數據包進行基礎解包，解包后查看數據的源IP是否為傳輸車聯網數據的車載終端IP，如果匹配成功，則將該數據識別為車聯網數據，發送至GTP GW，執行步驟7，否則轉到步驟6。

在該步驟，基礎解包是指TOF會執行GTP拆包功能，直到能夠解析出數據包的源IP地址。

步驟6：如果TOF解包后IP匹配失敗，則判斷數據為非車輛網數據，TOF將數據包封為GTP包后轉發至SGW，轉到步驟9。

步驟7：GTP GW將從TOF傳送過來的數據包進一步解包，解GTP包流程與現網相同，然后將解包后的數據發送至APP platform。

步驟8：APP platform處理完車聯網數據后，將反饋信息，例如全局信息、信令信息等發送至GTP GW進行GTP封包，然后發送至TOF，轉到步驟10。

APP platform從TOF收到車聯網數據后，根據應用平臺上不同的應用從車聯網數據提取需要的數據進行數據分析、處理并生成反饋結果。

步驟9：根據現網數據處理流程，在SGW和PDN網關（PGW）之間傳送控制面信息和用戶面數據，交由核心網內部或者外部服務器去響應這部分非車聯網數據，然后經由PGW進行GTP封包后傳送至SGW，再發送到TOF，轉到步驟10。

步驟10：TOF分別將接收到的GTP包通過匹配發送到相應基站，基站再對GTP解包后發送到接收反饋信息的車載終端[5]。

2 結語

本文結合網聯汽車與智能路側設備的協同在開放道路上的應用，提出一種車聯網的邊緣計算方法。在車聯網中構建邊緣計算的過程，主要是在靠近車端部署邊緣計算服務器，包括移動邊緣服務器實際部署位置及其具體架構和數據傳輸流程，以解決車聯網中網絡時延過高和網絡負荷過大等問題。通過把移動邊緣計算服務器部署到匯聚機房，利用服務器上的流量分流網關針對不同類型的數據進行不同目的地址的轉發，使得車聯網信息在網絡邊緣處理，從而提升網絡質量。下一階段，將有針對性地選擇某一開放道路示范區進行測試與應用落地。