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5G及移动边缘计算(MEC)

yimo~
2018-10-22 10:09:45

 1、1G~5G发展变革
      1G:第一代移动通信系统出现在蜂窝系统理论提出之后,主要满足人们无线移动通话的需求。
      2G:第二代蜂窝移动通信系统出现在数字蜂窝技术的发展与成熟之后,为了进一步提高通话的质量,推出了数字化语音业务的第二代蜂窝移动通信系统。
      3G:20世纪末,IP和互联网技术的快速发展改变了人们的通信方式,传统的语音通信的吸引力下降,人们期望无线移动网络也能够提供互联网业务,于是出现了能够提供数据业务的第三代移动通信系统。
      4G:第四代移动通信系统提供了3G不能满足的无线网络宽带化。4G网络是全IP化网络,主要提供数据业务,其数据传输的上行速率可达20Mbit/s,下行速率高达100Mbit/s,基本能够满足各种移动通信业务的需求。
      5G:移动互联网和物联网的快速发展导致第五代移动通信系统的诞生。
       ——“5G网络技术研究现状和发展趋势”(王胡成等.《电信科学》2015.09)
      如果说4G时代的智能终端技术全面促进了传统PC互联网同移动网络的深度融合,那么在5G时代,MEC技术将会推动云计算平台同移动网络的融合,并可能在技术及商业生态上带来新一轮的变革和颠覆。

      5G网络在未来主要用于满足三大类业务的需求:(1)面向全球大约25亿用户的增强移动宽带业务,如高清视频、远程医疗、远程办公、远程教育等更为丰富的融合通信体验。(2)实现万物互联的物联网业务。(3)满足超高可靠超低时延的关键通信场景需求。——《5G移动边缘计算》(俞一帆等)
  
      5G网络的通信场景:(1)连续广域覆盖场景:最传统的通信场景,以保证用户的移动性和业务连续性为目标 , 为用户提供100 Mbit/s 以上无缝的高速业务体验。(2)热点高容量场景:主要面向局部热点区域,为用户提供极高的数据传输速率(1 Gbit/s),满足网络极高的流量密度(数十 Tbit/s/km2)需求。(3)低功耗大连接场景:针对物联网中部署大量终端的应用场景,要求网络支持超千亿设备连接,满 足百万/km2 连接数密度指标要求,还要保证终端的超低功耗和超低成本。(4)低延时高可靠场景:主要面向车联网、工业控制等垂直行业的极端性能需求,为用户提供毫秒级的端到端时延和/或接近 100%的业务可靠性保证。
——“5G网络技术研究现状和发展趋势”(王胡成等.《电信科学》2015.09)

 2、移动边缘计算的起源
      移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)概念最初于2013年出现。IBM与Nokia Siemens网络当时共同推出了一款计算平台,可在无线基站内部运行应用程序,向移动用户提供业务。欧洲电信标准协会(European Telecommunications Standards Institute, ETSI)于2014年成立移动边缘计算规范工作组(Mobile Edge Computing Industry Specification Group),正式宣布推动移动边缘计算标准化。其基本思想是把云计算平台从移动核心网络内部迁移到移动接入网边缘,实现计算及存储资源的弹性利用。这一概念将传统电信蜂窝网络与互联网业务进行了深度融合,旨在减少移动业务交付的端到端时延,发掘无线网络的内在能力,从而提升用户体验,给电信运营商的运作模式带来全新变革,并建立新型的产业链及网络生态圈。2016年,ETSI把MEC的概念扩展为多接入边缘计算(Multi-Access Edge Computing),将边缘计算从电信蜂窝网络进一步延伸至其他无线接入网络(如WiFi)。MEC可以看作是一个运行在移动网络边缘的、运行特定任务的云服务器。

       据估计,将应用服务器部署于无线网络边缘,可在无线接入网络与现有应用服务器之间的回程线路(Backhaul)上节省高达35%的带宽使用。到2018年,来自游戏、视频和基于数据流的网页内容将占据84%的IP流量,这要求移动网络提供更好的体验质量。利用边缘云架构,可使用户体验到的网络延迟降低50%。据Gartner报告,全球联网的物联网设备至2020年将高达208亿台。在图像识别方面,服务器的处理时间增加50~100ms,能提高10%~20%的识别准确率,这意味着在不对现有识别算法做改进的情况下,通过引入移动边缘计算技术,就可通过降低服务器同移动终端之间的传输时延改善识别效果。——《5G移动边缘计算》(俞一帆等)

 3、MEC的业务应用场景
      MEC的应用场景可以分为本地分流、数据服务、业务优化三大类。
      本地分流:主要应用于传输受限场景和降低时延场景。包括企业园区、校园、本地视频监控、VR/AR场景、本地视频直播、边缘CDN等。
      数据服务:包括室内定位、车联网等。
      业务优化:包括视频QoS优化、视频直播和游戏加速等。
       ——《中国移动5G联合创新中心创新研究报告——移动边缘计算(2017年)》

 4、MEC的关键技术
(1)网络开放:MEC可提供平台开放能力,在服务平台上集成第三方应用或在云端部署第三方应用。
(2)能力开放:通过公开API的方式为运行在MEC平台主机上的第三方MEC应用提供包括无线网络信息、位置信息等多种服务。能力开放子系统从功能角度可以分为能力开放信息、API和接口。API支持的网络能力开放主要包括网络及用户信息开放、业务及资源控制功能开放。
(3)资源开放:资源开放系统主要包括IT基础资源的管理(如CPU、GPU、计算能力、存储及网络等),能力开放控制以及路由策略控制。
(4)管理开放:平台管理系统通过对路由控制模块进行路由策略设置,可针对不同用户、设备或者第三方应用需求,实现对移动网络数据平面的控制。
(5)本地转发:MEC可以对需要本地处理的数据流进行本地转发和路由。
(6)计费和安全。
(7)移动性:终端在基站之间移动,在小区之间移动,跨MEC平台的移动。
——《中国移动5G联合创新中心创新研究报告——移动边缘计算(2017年)》

 5、NFV和SDN
       网络功能虚拟化(Network Function Vitualization, NFV)和软件定义网络(Software Defined Network, SDN)技术将成为构筑未来5G网络架构的基石。NFV将传统网络实体的软硬件进行分离,对网络功能进行了软件化,实现了网络硬件资源的共享,从而促成了网络功能的快速部署及业务容量的按需灵活分配。SDN通过控制转发平面的分离,简化了网络和流量的管理控制功能,推动了虚拟化网络的发展。——《5G移动边缘计算》(俞一帆等)

 6、 网络实现动态切片
      多种类型的业务和多样化的通信场景对 5G 网络提出了多样化的性能需求,而这些多样化的性能需求显然无法通过统一的网络架构来保证, 因此 5G 网络需具备虚拟化切片的能力 ,使得每个网络切片能够适配不同的业务和通信场景,以提供合理的网络控制和高效的资源利用。

      网络切片是指将物理网络通过虚拟化技术分割为多个相互独立的虚拟网络,每个虚拟网络被称为一个网络切片, 每个网络切片中的网络功能可以在定制化的裁剪后,通过动态的网络功能编排形成一个完整的实例化的网络架构。 通过为不同的业务和通信场景创建不同的网络切片,使得网络可以根据不同的业务特征采用不同的网络架构和管理机制,包括合理的资源分配方式、控制管理机制和运营商策略,从而保证通信场景中的性能需求,提 高用户体验以及网络资源的高效利用,例如在超密集场景下引入本地化的控制管理机制和数据传输机制,降低网络中的信令开销和传输路径的跳数。
——“5G网络技术研究现状和发展趋势”(王胡成等.《电信科学》2015.09)

 7、5G网络逻辑架构 


——“5G网络技术研究现状和发展趋势”(王胡成等.《电信科学》2015.09)
       5G云化的发展趋势主要体现在以下两个方面:
       (1)从中心云到边缘云
       (2)从边缘云到移动设备云
       随着技术的不断进步,移动设备还能够为人们提供计算、存储的资源,这可以被理解成是云的一部分,进而形成移动设备云。
       ——“5G网络技术研究现状和发展趋势”(姜春起等.《电子技术与软件工程》2018)

 8、术语缩写对照表

——《中国移动5G联合创新中心创新研究报告——移动边缘计算(2017年)》

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