隨著國內4G網(wǎng)絡的正式商用，用戶在移動場景下高速率交互能力得到了大幅度提升。物聯(lián)網(wǎng)、智能制造及云計算等新興產(chǎn)業(yè)快速的發(fā)展已催生了一大批行業(yè)應用規(guī)?；涞貞谩＿@些新產(chǎn)業(yè)對4G移動網(wǎng)絡的需求越來越旺盛，隨著網(wǎng)絡覆蓋范圍的擴大、帶寬的增強、資費的下降，萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)觸發(fā)了新的生產(chǎn)模式和商業(yè)模式，催生了移動網(wǎng)絡新的數(shù)據(jù)生產(chǎn)和消費方式；離散制造、流程制造等智能制造亟待需要靠近現(xiàn)場、能提供可靠性高、實時性、準確性強的系統(tǒng)，以實現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)與智能制造系統(tǒng)深度融合。
隨著云計算技術的成熟與快速應用，現(xiàn)在大部分應用系統(tǒng)都采用云計算的架構來構建，一些傳統(tǒng)架構的應用系統(tǒng)也在逐步向云平臺遷移，采用云平臺架構來集中化的建設應用系統(tǒng)優(yōu)化了傳統(tǒng)架構的諸多缺點，但是這種集中化的建設方式在靠近用戶的網(wǎng)絡邊緣也存在許多不足之處。線性增長的云計算能力無法匹配爆炸式增長的海量網(wǎng)絡邊緣數(shù)據(jù)；傳輸網(wǎng)絡帶寬負載急劇增加造成較長的網(wǎng)絡延遲，難以滿足控制類數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)和流式等數(shù)據(jù)的傳輸需求。
隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，越來越多的用戶習慣通過多樣化的移動終端來使用移動網(wǎng)絡中的應用和觀看網(wǎng)絡中各種高清視頻，并且各類行業(yè)應用的APP鋪天蓋地的發(fā)展，這些APP應用及高清視頻會消耗大量的網(wǎng)絡資源和帶寬，而目前運營商的傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構還不能完全滿足如用戶所愿的業(yè)務體驗，如何滿足用戶移動互聯(lián)網(wǎng)化的各種業(yè)務需求、提高用戶的業(yè)務體驗，為用戶提供差異化的服務，成為運營目前移動網(wǎng)絡架構發(fā)展演進的難題。
移動邊緣計算MEC（Mobile Edge Computing）將虛擬化的平臺引入移動網(wǎng)絡中，能有效實現(xiàn)業(yè)務錨點下沉，縮短業(yè)務響應時間，很好地解決目前4G移動網(wǎng)絡中業(yè)務發(fā)展存在的諸多問題，還能提供將傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡的通信能力開放，為開展網(wǎng)絡能力相關的創(chuàng)新業(yè)務應用奠定良好的基礎。
MEC技術概述
移動邊緣計算MEC是把移動網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)兩者技術有效融合在一起，在移動網(wǎng)絡側增加了計算、存儲、數(shù)據(jù)處理等功能；構建了開放式平臺以植入應用，并通過無線API開放移動網(wǎng)絡與業(yè)務服務器之間的信息交互，移動網(wǎng)絡與業(yè)務進行了深度融合，將傳統(tǒng)的無線基站升級為智能化基站；MEC的部署策略尤其是距離用戶的相對地理位置可以有效實現(xiàn)低延遲、高帶寬等，MEC也可以實時獲取移動網(wǎng)絡信息和更精準的位置信息來提供更加精準的位置服務。
MEC系統(tǒng)通常包括以下部分：
MEC系統(tǒng)底層：基于網(wǎng)絡功能虛擬化NFV技術的硬件資源和虛擬化層架構，分別提供底層硬件的計算、存儲、控制功能和硬件虛擬化組件，完成虛擬化的計算處理、緩存、虛擬交換及相應的管理功能。
MEC功能組件：承載業(yè)務的對外接口適配功能，通過API完成和基站及上層應用層之間的接口協(xié)議封裝，提供流量旁路、無線網(wǎng)絡信息、虛擬機通信、應用與服務注冊等能力，具備相應的底層數(shù)據(jù)包解析、內容路由選擇、上層應用注冊管理、無線信息交互等功能。
MEC應用層：基于網(wǎng)絡功能虛擬化的虛擬機應用架構，將MEC功能組件層封裝的基礎功能進一步組合成虛擬應用， 包括無線緩存、本地內容轉發(fā)、增強現(xiàn)實、業(yè)務優(yōu)化等應用， 并通過標準的API和第三方應用APP實現(xiàn)對接。
如下圖所示，MEC系統(tǒng)通常位于無線接入點及有線網(wǎng)絡之間。在電信蜂窩網(wǎng)絡中，MEC系統(tǒng)可部署于無線接入網(wǎng)與移動核心網(wǎng)之間。MEC系統(tǒng)的核心設備是基于IT通用硬件平臺構建的MEC服務器。MEC系統(tǒng)通過部署于無線基站內部或無線接入網(wǎng)邊緣的邊緣云，可提供本地化的云服務，并可連接其它網(wǎng)絡如企業(yè)網(wǎng)內部的私有云實現(xiàn)混合云服務。MEC系統(tǒng)提供基于云平臺的虛擬化環(huán)境，支持第三方應用在邊緣云內的虛擬機（VM）上運行。相關的無線網(wǎng)絡能力可通過MEC服務器上的平臺中間件向第三方應用開放。
MEC系統(tǒng)架構
MEC技術原理
移動邊緣計算MEC可利用無線接入網(wǎng)絡就近提供用戶所需服務和云端計算功能，而創(chuàng)造出一個具備高性能、低延遲與高帶寬的電信級服務環(huán)境，加速網(wǎng)絡中各項內容、服務及應用的快速下載，讓用戶享有不間斷的高質量業(yè)務體驗。
MEC系統(tǒng)原理如下圖所示，每個用戶終端（UE）發(fā)起內容調用申請時，傳統(tǒng)的內容獲取需要經(jīng)過基站接入后，通過核心網(wǎng)（CN）連接目標內容，再逐層進行傳遞完成終端和該目標內容間的交互，同一個基站下的其他終端如要發(fā)起同樣的內容調用，上述調用流程和連接將重復發(fā)送，這樣，一方面占用了路徑上的各級網(wǎng)絡資源，另一方面也增加了相應的時延。
引入MEC技術后，通過在基站側疊加MEC服務器，由MEC服務器和目標內容直接完成內容提取和緩存，這樣當同一個基站內其他終端進行相同內容調用時，將可以直接從ＭＥＣ服務器中予以獲取，不再通過核心網(wǎng)重復獲取，有效節(jié)省了核心網(wǎng)側的系統(tǒng)資源，同時由于業(yè)務內容的下沉將顯著縮短相應的業(yè)務響應時延。
MEC系統(tǒng)原理示意圖
MEC技術優(yōu)勢
可以提供更低的時延。由于業(yè)務緩存的內容大幅度接近用戶終端設備，大大縮短了業(yè)務接續(xù)和響應時延，從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡實際狀態(tài)進行快速反饋，用以改善用戶業(yè)務體驗，同時減少網(wǎng)絡中其他部分的擁塞。
可提供位置感知。MEC服務器可以使用獲取的無線網(wǎng)絡的信令信息來確定每個連接設備的位置，可為后續(xù)基于位置的服務、分析等業(yè)務應用奠定良好基礎。
可獲取網(wǎng)絡內容信息。MEC服務器獲取的實時網(wǎng)絡數(shù)據(jù)如空中接口條件、網(wǎng)絡參數(shù)等，可以作為能力開放給應用程序和服務，從而為開發(fā)新的應用程序通過開發(fā)API獲得網(wǎng)絡能力信息以幫助移動用戶獲得基于位置的興趣點、商業(yè)信息以及業(yè)務消費習慣等提供了技術可行性。
MEC典型應用場景分析
4k高清視頻、視頻直播及VR等對網(wǎng)絡時延要求很高的業(yè)務場景。在這種業(yè)務應用中，MEC服務器和各業(yè)務系統(tǒng)可進行實時交互，能獲取視頻業(yè)務中的熱點內容并在本地緩存，MEC服務器對網(wǎng)絡中的實時數(shù)據(jù)進行深度的解析，并和本地緩存內容進行詳細地對比，如果申請訪問內容已在本地緩存中，則直接將緩存內容及時推送給申請用戶，網(wǎng)絡中的熱點內容可以根據(jù)用戶訪問情況進行動態(tài)實時更新。這樣以來，一方面可以有效降低內容訪問時延，緩解網(wǎng)絡壓力；另一方面可以依托對內容的定向緩存，能顯著提升用戶的業(yè)務體驗，挖掘基于視頻內容的增值價值。
對于如視頻教學系統(tǒng)、各種論壇、郵件、FTP等在本地頻繁訪問的業(yè)務系統(tǒng)，用戶如果訪問的是非內部網(wǎng)絡內容，MEC服務器通過詳細地解析，可識別為非本地業(yè)務，則直接將業(yè)務轉發(fā)至核心網(wǎng)，進行業(yè)務的訪問。
用戶如果訪問的是本地業(yè)務，MEC服務器通過深度的包解析，可識別為本地業(yè)務，則將業(yè)務轉發(fā)至本地網(wǎng)絡，進入相應的內容和應用服務器訪問。這樣避免了通過外部互聯(lián)網(wǎng)訪問本地內容的路由迂回，能有效降低用戶訪問業(yè)務的時延， 提升用戶的業(yè)務體驗， 能有效緩解傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)的壓力。
對于室內多樣化業(yè)務的應用場景，比如飛機場、規(guī)模較大的商住區(qū)、大型的場館、地鐵及高鐵等這些場景下不同的用戶業(yè)務需求也不同，面向所有用戶的各類業(yè)務需求，可以部署LTE小站加MEC服務器，將應用、服務和內容下沉至無線接入網(wǎng)，拉近應用、服務和內容與用戶之間的距離，有效降低無線接入網(wǎng)到核心網(wǎng)的傳輸帶寬壓力，使得室內的業(yè)務交互可以更直接、更高效、更優(yōu)質，從而為用戶提供高品質業(yè)務體驗，提高室內網(wǎng)絡投資收益。
隨著云計算技術的快速發(fā)展、完善成熟及在數(shù)據(jù)中心的應用，運營商及各大互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的云數(shù)據(jù)中心快速建成并投入使用，由于云計算具有能有效降低成本、保證數(shù)據(jù)安全、業(yè)務部署快速靈活等特點，越來越多的政府、企業(yè)將各類應用向云數(shù)據(jù)中心遷移，云數(shù)據(jù)中心新的應用不斷地涌現(xiàn)，同時在云端部署應用，它的局限性也慢慢地暴露出來，業(yè)務部署在云數(shù)據(jù)中心，給用戶到數(shù)據(jù)中心之間的傳輸網(wǎng)造成很大的壓力，業(yè)務高峰期時，用戶的業(yè)務體驗極差，有時甚至無法訪問相應的應用，如果在各大云數(shù)據(jù)中心引入MEC技術，將傳統(tǒng)的無線基站升級為智能化基站，把云數(shù)據(jù)中心的計算、網(wǎng)絡及存儲等彈性資源從核心網(wǎng)下沉到分布式基站，在靠近用戶的無線網(wǎng)絡側增加計算、網(wǎng)絡及存儲等資源處理等能力，將能有效降低用戶訪問業(yè)務時的延遲，緩解云數(shù)據(jù)中心傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)的壓力，MEC邊緣計算和云計算技術相互協(xié)同，將能有效地提升云數(shù)據(jù)中心的業(yè)務體驗。
云數(shù)據(jù)中心引入MEC技術架構示意圖
由于MEC服務器獲取了網(wǎng)絡側和用戶的信令、位置等海量數(shù)據(jù)信息，可以和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行對接，作為大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)輸入源之一，為大數(shù)據(jù)運營提供準確的用戶位置信息、信令交互等大量有價值的數(shù)據(jù)。
目前，MEC正逐步從實驗室研究階段走向現(xiàn)網(wǎng)實驗階段，隨著系統(tǒng)架構、API接口、商業(yè)模式、所承載的應用等進一步完善，以后必將在現(xiàn)網(wǎng)部署商用，會進一步提升4G甚至5G無線網(wǎng)絡的業(yè)務應用體驗，有效帶動無線網(wǎng)絡的價值增值。