5G新基建背景下MEC系統關鍵技術的應用

杜玉紅，侯守明

（1.鶴壁職業技術學院，河南 鶴壁 458030；2.河南理工大學，河南 焦作 454003)

1 概述

1.1 5G新基建

5G新基建是指在5G技術基礎上建設的新一代信息基礎設施，包括5G網絡、5G應用、5G設備等。5G新基建是我國提出的重大戰略，旨在推動數字經濟發展、促進產業升級、提升國家競爭力。5G新基建的推進涉及基礎設施建設、產業發展、人才培養、政策制定等多個方面。目前，我國已經啟動了5G新基建計劃，并陸續發布了一系列支持政策，吸引了眾多企業和投資者的關注。

1.2 MEC系統關鍵技術

MEC（Multi-access Edge Computing）系統是一種面向5G網絡的邊緣計算技術，它在網絡邊緣部署計算、存儲、網絡等資源，提供低時延、高帶寬的邊緣計算服務，為5G應用提供支持。其主要是從移動核心網內將云平臺遷移到移動接入網邊緣，從而更加合理地實現計算資源、存儲資源等的利用，實現傳統運營商蜂窩網絡與互聯網等的更深度融合，提升移動用戶的訪問效率[1]。

1.2.1 整體架構

如圖1所示，在MEC系統整體架構中的服務器是其核心，由多臺或一臺服務器組成，通過在無線接入網、核心網之間部署服務器，在網絡近端的無線網絡側為客戶提供高效、低延時的計算和存儲等服務，提升移動終端用戶的滿意度。MEC服務器是由路由子系統、平臺管理系統、能力開放子系統等組件組成，實現與無線接入網、企業網、軟件基礎環境等的相互融合，并進行數據信息動態交互。MEC系統的主要應用場景包括AR、VR視頻、車輛網、輔助計算等。比如在車輛網中，利用MEC系統分析車輛及路測傳感器的數據，可以將危險等時延敏感性信息分享給周邊的車輛，有利于減少行車完全事故的發生概率，緩解交通擁堵等問題，具有較高的應用優勢和前景。

圖1 MRC系統整體架構

1.2.2 基本功能組件

MEC系統包括路由子系統、能力開放子系統、平臺管理子系統、邊緣云基礎設施四大基本功能組件，前三者主要部署于MEC服務器內，后者則位于網絡邊緣的小型數據中心內。MEC服務器的路由系統需要與網絡切片、應用程序管理、安全與隱私保護等其他模塊協同工作，以實現MEC系統的高效和可靠運行，而且MEC服務器的路由系統需要與移動網絡和互聯網的路由系統相互配合，實現端到端的通信服務。能力開放子系統主要是MEC服務器向應用程序開放其內部資源和服務的系統，向路由子系統提供數據信息的實時動態，并向平臺管理子系統上報能力開放的相關注冊信息、能力調用統計信息。能力開放子系統提供一種標準化的接口，使得應用程序可以方便地獲取和使用MEC服務器的能力，加速應用程序的開發和部署，可以為應用程序提供更加靈活和豐富的服務，同時也可以提高MEC服務器的利用率和效率。平臺管理子系統是用于管理和維護MEC服務器的軟件和硬件資源的系統，需要具備高可用性、高可擴展性和高性能，以保證MEC系統的穩定和可靠。其還需要與其他子系統協同工作，實現MEC系統的全面管理和運營。邊緣云基礎設施是指支持MEC系統運行的硬件和軟件基礎設施，主要利用小型化硬件平臺構建的物理資源池為終端用戶提供計算、存儲、通信等功能，及時處理MRC系統本地的數據業務[2]。

2 MEC系統的關鍵技術

2.1 計算卸載技術

計算卸載技術是MEC系統的關鍵技術之一，它通過將計算任務從移動設備卸載到MEC服務器上進行處理，實現移動設備的輕量化，延長電池壽命，同時提高運行效率和用戶體驗，包括任務卸載、資源分配、網絡通信、安全保障等內容。任務卸載是將計算任務從移動設備卸載到MEC服務器上進行處理，需要考慮數據傳輸、任務調度、安全性等問題，以保證任務在MEC服務器上的高效執行。資源分配是根據計算任務的性質和需求，動態分配MEC服務器上的計算、存儲、網絡等資源，以滿足任務的執行需求。網絡通信是通過高速、低延遲的網絡連接，實現移動設備與MEC服務器之間的實時數據傳輸和任務協同。安全保障是通過利用數據加密、身份認證、訪問控制等安全機制，保障數據和計算任務的安全性。計算卸載技術主要應用于視頻處理、語音識別、圖像識別、機器學習等領域中。

2.2 無線數據緩存

無線數據緩存是通過在MEC服務器和移動設備之間建立數據緩存，將常用數據緩存在MEC服務器中，以減少移動設備和MEC服務器之間的數據傳輸，提高數據訪問效率和用戶體驗，包括緩存管理、數據一致性、數據預取、離線緩存等內容。緩存管理是根據數據的使用情況，動態調整數據緩存的大小和位置，以最大程度地提高數據訪問效率。數據一致性可保證MEC服務器和移動設備之間的數據一致性，避免因數據不一致而導致的錯誤和延遲。數據預取是根據用戶的使用習慣和行為，預取可能會使用的數據，以提高數據訪問速率和用戶體驗。離線緩存是將常用數據緩存至本地，以在無網絡或網絡不穩定時也能訪問數據，主要用于視頻、音樂、圖像等大型媒體文件的訪問、網頁瀏覽等[3]。

2.3 基于SDN的本地分流技術

基于SDN的本地分流技術通過將網絡控制平面和數據平面分離，實現對網絡流量的靈活管理和優化，從而提高網絡性能和用戶體驗，包括網絡流量控制、路由優化、網絡安全、網絡資源管理等內容。網絡流量控制是指通過SDN控制器對網絡流量進行管理和控制，以提高網絡帶寬利用率和數據傳輸速率；路由優化是指通過SDN控制器對網絡路由進行優化，以減少數據傳輸延遲和網絡擁塞；網絡安全是指通過SDN控制器對網絡安全進行管理和控制，以提高網絡安全性和防御能力；網絡資源管理是指通過SDN控制器對網絡資源進行管理和調度，以實現網絡資源的高效利用和優化。基于SDN的本地分流技術主要應用于視頻流媒體、在線游戲、實時通信等需要低延遲和高帶寬的應用中。

3 5G新基建背景下MEC系統關鍵技術面臨的挑戰

3.1 網絡安全威脅

隨著5G網絡的廣泛應用，MEC系統中的大量數據流量和敏感數據將面臨更多的數據泄露、惡意攻擊、拒絕服務攻擊等網絡安全威脅，而且MEC系統本身的分布式架構也加大了網絡安全攻擊的維度，隨著移動邊緣計算的更加智能化、信息化，使得其受到網絡安全威脅的概率逐漸加大，出現軟件的感染或安全漏洞的攻擊概率加大，從而影響其安全性。

3.2 公平性受到威脅

M EC系統的公平性指的是對不同用戶和應用程序的公平分配和利用網絡資源的能力。在5G網絡中，MEC系統需要面對大量的用戶和應用程序，網絡資源的分配和利用將面臨更多的挑戰。

3.3 互操作性和連續性

MEC系統需要與其他網絡設備和應用程序進行互操作，同時需要保持連續性，以保證用戶和應用程序的無縫連接和服務體驗。M EC系統需要遵循行業標準和規范，保證和其他網絡設備和應用程序的互操作性。不同的供應商如果未按照統一的標準規范、協議等進行操作，很容易使異構的MEC設備和系統之間的互操作性減低，甚至影響MEC系統的正常運行。MEC系統需要保持高可用性和可靠性，確保用戶和應用程序的連續性，服務體驗如何實現終端用戶業務的連續、無縫切換也是MEC系統重點關注的對象。

4 5G新基建背景下MEC系統關鍵技術的應用方案

4.1 流量疏導方案

在5G網絡中，由于其高速、低延遲、大容量等特點，用戶會產生大量的數據流量。如果這些流量無法得到有效的疏導和管理，將會給網絡帶來很大的壓力，影響用戶的網絡體驗和服務質量，因此，流量疏導方案是5G新基建背景下MEC系統關鍵技術的一個重要應用方案。流量疏導方案的實現需要依賴MEC系統的邊緣計算和存儲能力，通過在網絡邊緣部署計算和存儲資源，實現對流量的實時監測和管理。首先，可以通過在網絡邊緣部署監測設備，實時監測網絡中的流量情況，對流量進行分類和分析，更好地了解網絡中的流量狀況，為后續的疏導和管理提供數據支持，再在網絡邊緣部署疏導設備，對流量進行定向疏導，根據不同的流量類型和特點，將流量疏導到不同的網絡路徑和設備中，以實現流量的分流和優化。其次，通過在網絡邊緣部署緩存和加速設備對流量進行緩存和加速。對于一些常用的應用和數據，可以將其緩存在邊緣設備中，以減少網絡中的數據傳輸和延遲，提高用戶的網絡體驗和服務質量。最后，通過在網絡邊緣部署安全設備，對流量進行安全管理。對于一些存在安全風險的流量，可以進行實時監測和防護，保障網絡和用戶的安全，有效地管理和優化網絡中的流量，提高用戶的網絡體驗和服務質量[4]。

4.2 業務連續性方案

首先，通過在網絡邊緣部署服務分發和負載均衡設備，將服務分發到不同的計算節點和存儲節點中，實現業務的高可用和負載均衡，再在網絡邊緣部署數據備份和恢復設備，實現數據的備份和恢復，在網絡故障或數據丟失時可以迅速恢復數據，保障業務的連續性和穩定性。其次，通過在網絡邊緣部署彈性計算和存儲設備，實現計算和存儲資源的彈性調度和管理，在業務負載變化或故障發生時，可以自動調整計算和存儲資源，保障業務的連續性和穩定性。最后，通過在網絡邊緣部署容錯和故障轉移設備，實現業務的容錯和故障轉移，在計算節點或存儲節點發生故障時，可以自動轉移業務到其他節點，保障業務的連續性和穩定性，保障用戶的服務體驗和服務質量[5]。

5 結束語

隨著5G網絡的快速發展和應用，MEC系統作為5G新基建的重要支撐技術，也逐漸受到了各界的關注和重視。MEC系統的邊緣計算和存儲能力，為各種應用和服務的實時處理和傳輸提供了重要的支持和保障。對MEC系統關鍵技術進行深入研究和應用，可以實現5G網絡的高效、穩定和安全運行，為各種應用和服務的發展和創新提供重要的支持和保障。未來，隨著5G網絡和MEC系統技術的不斷發展和完善，MEC系統關鍵技術的應用研究也將不斷深入和擴展。我們期待著MEC系統關鍵技術的應用研究能夠為5G新基建的發展和創新做出更大的貢獻。■