楊雅舒　史心玥　余一鑫

摘要：目前，全球均已進(jìn)入到萬物互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代之中，在這一背景下ETSI研討出一種新興技術(shù)——移動邊緣計(jì)算，這種技術(shù)通過在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行智能和計(jì)算單元的增加，從而實(shí)現(xiàn)近距離部署和業(yè)務(wù)本地化。可以說，移動邊緣計(jì)算的設(shè)計(jì)初衷是想要進(jìn)一步緩解云計(jì)算由于終端資源不足所導(dǎo)致的傳輸延遲和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷問題，因此在對其設(shè)計(jì)時(shí)確保了其具有低時(shí)延和高帶寬的特質(zhì)。通過無線設(shè)備接入側(cè)部署服務(wù)器，移動邊緣計(jì)算即可為移動網(wǎng)絡(luò)邊緣提供云計(jì)算能力和IT服務(wù)環(huán)境，提供低時(shí)延、高帶寬業(yè)務(wù)。此外，這種技術(shù)還可以利用對無線網(wǎng)絡(luò)上下文的感知與集中化云計(jì)算平臺相聯(lián)合，從而控制傳輸網(wǎng)絡(luò)的壓力，提升信息處理速度，提供差異化服務(wù)，提升用戶體驗(yàn)感。

前言

經(jīng)濟(jì)社會的到來與發(fā)展刺激了我國車輛保有量的增長速度，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截止到2019年年末，我國民用汽車保有量已經(jīng)高達(dá)2.62億輛，據(jù)預(yù)測在未來一段時(shí)間內(nèi)此數(shù)據(jù)還將持續(xù)上漲。此外，交通實(shí)際需要的提升以及人們對便捷出行的需求上漲進(jìn)一步促進(jìn)了公民對車輛需求的增長。隨著車輛數(shù)量的快速增長，道路擁擠、安全問題頻發(fā)以及貨運(yùn)成本高等問題相繼暴露在我國的公路交通運(yùn)輸方面。而車聯(lián)網(wǎng)不僅能夠進(jìn)行道路危險(xiǎn)預(yù)警，進(jìn)而一定程度上確保交通的安全并降低道路擁堵的程度，還能夠提供停車位導(dǎo)航和車輛位置尋找等增值服務(wù)，這種技術(shù)的出現(xiàn)對于上述道路交通問題而言具有一定的緩解作用。超視距信息交互有利有弊，利在于其能夠使智能交通更加高效與安全，弊在于其在運(yùn)行的同時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能完全應(yīng)付，在此情況下，通過移動邊緣計(jì)算技術(shù)能夠有效的降低擁擠程度從而達(dá)到最優(yōu)化。

1 移動邊緣計(jì)算概述

1.1移動邊緣計(jì)算概念

隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟化，云計(jì)算也得到了行業(yè)的高度重視并得到了快速發(fā)展。將復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)轉(zhuǎn)至云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器中進(jìn)行，從而緩解移動終端資源有限的問題，但是在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心部署業(yè)務(wù)應(yīng)用又增加了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，導(dǎo)致傳輸時(shí)延，對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的要求。為了解決移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展帶來的高網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷問題，國際標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI提出了移動邊緣計(jì)算。移動邊緣計(jì)算技術(shù)通過在網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行智能和計(jì)算單元的增加，使得業(yè)務(wù)本地化、近距離部署成為可能，能夠更好地支持高帶寬、低延時(shí)業(yè)務(wù)。同時(shí)，移動邊緣計(jì)算可以通過感知無線網(wǎng)絡(luò)上下文信息來實(shí)現(xiàn)與集中化云計(jì)算平臺的相輔相成、互相補(bǔ)充，以降低傳輸網(wǎng)絡(luò)的壓力，讓網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商能于基站側(cè)快速處理信息，實(shí)現(xiàn)差異化服務(wù)，提升用戶體驗(yàn)。

下圖1展示了移動邊緣服務(wù)器端結(jié)構(gòu)。其中虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)的主要功能是在通用服務(wù)器的計(jì)算及存儲等資源的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步為應(yīng)用層創(chuàng)造多個高效、靈活、獨(dú)立運(yùn)行的平臺，最終實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)本地化和近距離的處理工作。移動邊緣平臺的功能是對移動邊緣應(yīng)用程序所需要求進(jìn)行處理，這其中就包含了無線網(wǎng)絡(luò)信息管理、網(wǎng)絡(luò)加速、域名、路由規(guī)則管控、大數(shù)據(jù)分析以及業(yè)務(wù)注冊等等，其中值得注意的是，移動邊緣計(jì)算平臺具備一個最基礎(chǔ)的功能就是本地分流，這一功能也使無線網(wǎng)絡(luò)具備了高帶寬和低時(shí)延傳輸?shù)哪芰Α?/p>

面向業(yè)務(wù)層面，移動邊緣計(jì)算有著更加多元化的服務(wù)，可以極大地提升網(wǎng)絡(luò)利用率，通過網(wǎng)絡(luò)獲取定位，提供更加精準(zhǔn)的服務(wù)。

1.2移動邊緣計(jì)算特征

（1）鄰近性：從服務(wù)器布置位置看，移動邊緣計(jì)算的服務(wù)器與信息源十分近，這種計(jì)算便于對大數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵信息進(jìn)行捕捉與分析，而且移動邊緣計(jì)算也能夠提供設(shè)備直接訪問服務(wù)，所以更加便于衍生出特定的商業(yè)應(yīng)用。

（2）低時(shí)延：移動邊緣計(jì)算運(yùn)行的位置就在終端設(shè)備上或是終端設(shè)備附近，能夠有效控制延遲現(xiàn)象。延遲現(xiàn)象的緩解有效的提升了反饋效率，從而提升了用戶的體驗(yàn)感，一定程度上減免了網(wǎng)絡(luò)在其余部分產(chǎn)生擁堵的情況。

（3）高帶寬：數(shù)據(jù)與信息無需全部上傳到云端，能夠在本地進(jìn)行迅速處理，有效緩解了核心網(wǎng)的傳輸壓力，使網(wǎng)絡(luò)堵塞情況得到降低，從而大大的提升了網(wǎng)絡(luò)的速率。

（4）位置認(rèn)知：不管是蜂窩還是WiFi，只要網(wǎng)絡(luò)邊緣屬于無線網(wǎng)絡(luò)的一部分時(shí)，本地服務(wù)均可以通過數(shù)量有限的信息對任意連接設(shè)備的位置進(jìn)行確定。

2 移動邊緣計(jì)算應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1移動邊緣計(jì)算是5G的核心技術(shù)之一

5G技術(shù)也稱為第五代移動通信技術(shù)，是繼4G、3G、2G后的延伸，以“大容量、大帶寬、大連結(jié)、低延遲、低功耗”為性能目標(biāo)。在當(dāng)下的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，核心網(wǎng)的高位置部署導(dǎo)致在進(jìn)行傳輸時(shí)會產(chǎn)生較嚴(yán)重的延時(shí)，而且存在部分業(yè)務(wù)終結(jié)不發(fā)生在本地，這樣一來不僅會浪費(fèi)帶寬，還會導(dǎo)致時(shí)延增加。移動邊緣計(jì)算能夠有效的解決上述問題，一方面來說這種技術(shù)能夠在邊緣位置進(jìn)行部署，在終端設(shè)備上進(jìn)行邊緣服務(wù)能提升反饋速度，從而緩解時(shí)延;另一方面來說，移動邊緣計(jì)算能提供智能化的流量調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的本地化，內(nèi)容在本地得以緩存。

2.2移動邊緣計(jì)算滿足5G低時(shí)延要求

5G技術(shù)“低功耗大連接”這一應(yīng)用場景要求其擁有連接超千億網(wǎng)絡(luò)的能力，連接數(shù)密度指標(biāo)為100萬/km2，在數(shù)據(jù)如此巨大和連接密度如此之高的情況下，確保低功耗和低時(shí)延尤為關(guān)鍵。自2019年5G正式上線后，為確保提供工業(yè)控制業(yè)務(wù)，提出了1ms端到端時(shí)延的計(jì)劃。想要實(shí)現(xiàn)低功耗和低時(shí)延，不僅要對空口傳輸時(shí)延進(jìn)行大幅度的降低，還需要最大程度控制轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，從而縮短源與目的節(jié)點(diǎn)間的距離。

然而截止到目前的移動技術(shù)均不能很好的進(jìn)行時(shí)延優(yōu)化，雖然LTE技術(shù)能夠?qū)⒖湛谕掏侣侍嵘?0倍以上，但是對端到端的時(shí)延優(yōu)化只能達(dá)到3倍。出現(xiàn)這種情況的主要原因是在大幅度提升空口效率后的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架并未得到充分優(yōu)化?；九c核心網(wǎng)之間的距離一般會長達(dá)數(shù)百公里，途徑十分繁瑣，而且中途還存在未知的抖動與擁塞，盡管LTE網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)2跳的扁平構(gòu)架，也不能確保實(shí)現(xiàn)低時(shí)延。移動邊緣計(jì)算在邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署，能夠有效的融合互聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，進(jìn)而增加無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)的計(jì)算、存儲以及處理功能，對移動邊緣云加以構(gòu)建，使其具備云計(jì)算能力并成功提供信息技術(shù)服務(wù)環(huán)境。因?yàn)閮?nèi)容部署與應(yīng)用服務(wù)均處在移動邊緣，如此便能一定程度縮短數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，從而使端到端時(shí)延得到減緩并降低功耗。

2.3移動邊緣計(jì)算可以避免運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)管道化

到目前為止，傳統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)均為非智能的。在這個網(wǎng)絡(luò)社會中，運(yùn)營商的商業(yè)模式及資費(fèi)比較單一，對用戶及業(yè)務(wù)的掌握程度不夠。直到現(xiàn)在很多用戶均在使用包月套餐，但是卻很難滿足不同用戶的不同需求。而且因?yàn)闃I(yè)務(wù)并沒有優(yōu)先級之分，因此很多業(yè)務(wù)盡管占用大量帶寬卻并未發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，譬如一些P2P業(yè)務(wù)和視頻流媒體等等，這也讓一些包括移動辦公在內(nèi)的業(yè)務(wù)不能獲取優(yōu)先保障。面對這種情況，很多運(yùn)營商都開始尋求策略，而想要實(shí)現(xiàn)“智能管道”，就需要明確不同用戶之間的差別，全面充分地掌握用戶的真實(shí)需求。內(nèi)容感知是智能化的5G網(wǎng)絡(luò)的一個重要特征，通過分析網(wǎng)絡(luò)流量的內(nèi)容進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)黏性、用戶黏性和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)黏性。而業(yè)務(wù)和用戶感知同樣也是移動邊緣計(jì)算的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，充分利用本地網(wǎng)絡(luò)資源，在移動邊緣識別業(yè)務(wù)與用戶，對其優(yōu)化并提升網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)質(zhì)量，為不同的用戶提供不同的服務(wù)讓其能夠有不一樣的體驗(yàn)。

3 移動邊緣計(jì)算在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1移動邊緣計(jì)算在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

車聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)道路預(yù)測，對于前方的未知危險(xiǎn)和隱患做好充分的預(yù)測，極大地提升了行車安全，另外，超視距的信息互通使得交通過程更加安全，在車聯(lián)網(wǎng)的大量普及中，能夠最大程度的保證駕駛員的安全，為駕駛員留出充分的反應(yīng)時(shí)間。在信息的傳輸過程中，延時(shí)時(shí)間將會減少，保證信息的實(shí)時(shí)性。

下圖2展示了移動邊緣計(jì)算在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。移動邊緣計(jì)算技術(shù)能夠在網(wǎng)絡(luò)邊緣的移動基站中分散部署汽車云，并將服務(wù)器部署在靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的基站中，如此一來就可以縮短數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間，從而加快數(shù)據(jù)處理速度。移動邊緣計(jì)算的服務(wù)器端獲取消息的途徑比較便捷，可以直接在車輛和路面?zhèn)鞲衅髦蝎@取，通過具體的計(jì)算對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行甄別，并對該區(qū)域的其他車輛發(fā)送預(yù)警消息，確保預(yù)警能夠在20ms內(nèi)被附近車輛接收，這樣一來為駕駛員提供更長的反應(yīng)時(shí)間以應(yīng)對緊急突發(fā)狀況，譬如減速行駛、躲避危險(xiǎn)及其改變線路等。此外，服務(wù)器端應(yīng)用也能夠在短時(shí)間內(nèi)告知周邊其余的移動邊緣計(jì)算服務(wù)器上運(yùn)行的應(yīng)用程序，擴(kuò)大危險(xiǎn)預(yù)警傳播范圍，方便每位駕駛員進(jìn)行思考并作出決策，從而有效的降低道路擁堵問題。面對復(fù)雜的情形時(shí)，服務(wù)器端應(yīng)用將把本地信息發(fā)送到連接的汽車云上進(jìn)行進(jìn)一步的統(tǒng)籌處理，以獲取更多幫助和支援。

3.2移動邊緣計(jì)算在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用前景

根據(jù)Gartner的報(bào)告顯示，2015年北美地區(qū)在信息安全方面的支出高達(dá)339.38億美元，而中國地區(qū)只有32.15億美元，但是隨著移動邊緣計(jì)算的持續(xù)發(fā)展引起我國對網(wǎng)絡(luò)安全問題的重視，這一數(shù)據(jù)得到了持續(xù)的增長，據(jù)Gartner的報(bào)告顯示，2020年有近208億臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在全球連接，面對網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、擁塞以及容量等問題，移動邊緣計(jì)算提供了一個平臺。

可以預(yù)計(jì)，移動邊緣計(jì)算技術(shù)在未來車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中對低時(shí)延業(yè)務(wù)，譬如自動駕駛等業(yè)務(wù)的發(fā)展可以起到的重要作用。此外，由于車輛的高速移動，需要在不同的邊緣節(jié)點(diǎn)之間切換，保證車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的連續(xù)性也將成為移動邊緣計(jì)算技術(shù)發(fā)展的一大挑戰(zhàn)。

4 結(jié)論

移動邊緣計(jì)算能夠在不同的移動網(wǎng)絡(luò)邊緣提供計(jì)算服務(wù)，能夠大大降低網(wǎng)絡(luò)操作與服務(wù)交付的時(shí)延問題，而這對于對實(shí)時(shí)性具有較高要求的車聯(lián)網(wǎng)來說是一種典型的應(yīng)用。目前，全球均已進(jìn)入到萬物互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代之中，面對復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)社會，不僅要做好網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的安全預(yù)防工作，更要根據(jù)實(shí)際的發(fā)展情況與應(yīng)用場景進(jìn)行安全技術(shù)推進(jìn)并進(jìn)一步研發(fā)產(chǎn)品，從而直面網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)。而且，根據(jù)近來各大設(shè)備廠商發(fā)布的信息可知，5G平臺將會將計(jì)算與通信技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合，因此移動邊緣計(jì)算這一環(huán)節(jié)不可缺少。在5G全新時(shí)代，移動邊緣計(jì)算的應(yīng)用前景十分廣闊，將會延伸到智能駕駛、交通運(yùn)輸系統(tǒng)和實(shí)時(shí)觸覺控制等領(lǐng)域。

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