5G新基建背景下MEC系统关键技术的应用.pdf

DIGITCW技术 应用Technology Application128DIGITCW2023.101 概述1.1 5G新基建5G新基建是指在5G技术基础上建设的新一代信息基础设施，包括5G网络、5G应用、5G设备等。5G新基建是我国提出的重大战略，旨在推动数字经济发展、促进产业升级、提升国家竞争力。5G新基建的推进涉及基础设施建设、产业发展、人才培养、政策制定等多个方面。目前，我国已经启动了5G新基建计划，并陆续发布了一系列支持政策，吸引了众多企业和投资者的关注。1.2 MEC系统关键技术MEC（Multi-access Edge Computing）系统是一种面向5G网络的边缘计算技术，它在网络边缘部署计算、存储、网络等资源，提供低时延、高带宽的边缘计算服务，为5G应用提供支持。其主要是从移动核心网内将云平台迁移到移动接入网边缘，从而更加合理地实现计算资源、存储资源等的利用，实现传统运营商蜂窝网络与互联网等的更深度融合，提升移动用户的访问效率1。1.2.1 整体架构如图1所示，在MEC系统整体架构中的服务器是其核心，由多台或一台服务器组成，通过在无线接入网、核心网之间部署服务器，在网络近端的无线网络侧为客户提供高效、低延时的计算和存储等服务，提升移动终端用户的满意度。MEC服务器是由路由子系统、平台管理系统、能力开放子系统等组件组成，实现与无线接入网、企业网、软件基础环境等的相互融合，并进行数据信息动态交互。MEC系统的主要应用场景包括AR、VR视频、车辆网、辅助计算等。比如在车辆网中，利用MEC系统分析车辆及路测传感器的数据，可以将危险等时延敏感性信息分享给周边的车辆，有利于减少行车完全事故的发生概率，缓解交通拥堵等问题，具有较高的应用优势和前景。5G新基建背景下MEC系统关键技术的应用杜玉红1，侯守明2（1.鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030；2.河南理工大学，河南 焦作 454003)摘要：文章阐述了5G新基建、MEC系统关键技术的内涵及其关键技术，分析了5G新基建背景下MEC系统关键技术面临的挑战，提出了5G新基建背景下MEC系统关键技术的应用方案。关键词：5G新基建；MEC系统关键技术；应用doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.10.042中图分类号：TN 929.5 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2023）10-0128-03Application of Key Technologies in MEC System under 5G New InfrastructureDU Yuhong1,HOU Shouming2(1.Hebi Vocational and Technical College,Hebi 458030,China;2.Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China)Abstract:This article elaborates on the connotation and key technologies of 5G new infrastructure and MEC system,analyzes the challenges faced by MEC system key technologies under 5G new infrastructure,and proposes application solutions for MEC system key technologies under 5G new infrastructure.Key words:5G new infrastructure;key technologies of MEC system;application基金项目：河南省高等学校重点科研项目计划（教科技 2021 383号）：5G新基建下MEC在数字乡村建设中的关键技术的研究（22B520018）；校重点课题：数字乡村建设中5G移动边缘计算的关键技术的研究（2022-KJZD-006）。作者简介：杜玉红（1979-），女，汉族，河南安阳人，副教授，本科，研究方向为人工智能、网络技术、图像处理等。侯守明（1972-），男，汉族，河南焦作人，教授，工学博士，主要从事虚拟现实与增强现实、计算机图形学与计算机辅助设计、工程数字化与仿真、产 品生命周期管理等方面的研究工作。DCWTechnology Application技术应用129数字通信世界2023.10图1 MRC系统整体架构服务器上的高效执行。资源分配是根据计算任务的性质和需求，动态分配MEC服务器上的计算、存储、网络等资源，以满足任务的执行需求。网络通信是通过高速、低延迟的网络连接，实现移动设备与MEC服务器之间的实时数据传输和任务协同。安全保障是通过利用数据加密、身份认证、访问控制等安全机制，保障数据和计算任务的安全性。计算卸载技术主要应用于视频处理、语音识别、图像识别、机器学习等领域中。2.2 无线数据缓存无线数据缓存是通过在MEC服务器和移动设备之间建立数据缓存，将常用数据缓存在MEC服务器中，以减少移动设备和MEC服务器之间的数据传输，提高数据访问效率和用户体验，包括缓存管理、数据一致性、数据预取、离线缓存等内容。缓存管理是根据数据的使用情况，动态调整数据缓存的大小和位置，以最大程度地提高数据访问效率。数据一致性可保证MEC服务器和移动设备之间的数据一致性，避免因数据不一致而导致的错误和延迟。数据预取是根据用户的使用习惯和行为，预取可能会使用的数据，以提高数据访问速率和用户体验。离线缓存是将常用数据缓存至本地，以在无网络或网络不稳定时也能访问数据，主要用于视频、音乐、图像等大型媒体文件的访问、网页浏览等3。2.3 基于SDN的本地分流技术基于SDN的本地分流技术通过将网络控制平面和数据平面分离，实现对网络流量的灵活管理和优化，从而提高网络性能和用户体验，包括网络流量控制、路由优化、网络安全、网络资源管理等内容。网络流量控制是指通过SDN控制器对网络流量进行管理和控制，以提高网络带宽利用率和数据传输速率；路由优化是指通过SDN控制器对网络路由进行优化，以减少数据传输延迟和网络拥塞；网络安全是指通过SDN控制器对网络安全进行管理和控制，以提高网络安全性和防御能力；网络资源管理是指通过SDN控制器对网络资源进行管理和调度，以实现网络资源的高效利用和优化。基于SDN的本地分流技术主要应用于视频流媒体、在线游戏、实时通信等需要低延迟和高带宽的应用中。3 5G新基建背景下MEC系统关键技术面 临的挑战3.1 网络安全威胁随着5G网络的广泛应用，MEC系统中的大量数1.2.2 基本功能组件MEC系统包括路由子系统、能力开放子系统、平台管理子系统、边缘云基础设施四大基本功能组件，前三者主要部署于MEC服务器内，后者则位于网络边缘的小型数据中心内。MEC服务器的路由系统需要与网络切片、应用程序管理、安全与隐私保护等其他模块协同工作，以实现MEC系统的高效和可靠运行，而且MEC服务器的路由系统需要与移动网络和互联网的路由系统相互配合，实现端到端的通信服务。能力开放子系统主要是MEC服务器向应用程序开放其内部资源和服务的系统，向路由子系统提供数据信息的实时动态，并向平台管理子系统上报能力开放的相关注册信息、能力调用统计信息。能力开放子系统提供一种标准化的接口，使得应用程序可以方便地获取和使用MEC服务器的能力，加速应用程序的开发和部署，可以为应用程序提供更加灵活和丰富的服务，同时也可以提高MEC服务器的利用率和效率。平台管理子系统是用于管理和维护MEC服务器的软件和硬件资源的系统，需要具备高可用性、高可扩展性和高性能，以保证MEC系统的稳定和可靠。其还需要与其他子系统协同工作，实现MEC系统的全面管理和运营。边缘云基础设施是指支持MEC系统运行的硬件和软件基础设施，主要利用小型化硬件平台构建的物理资源池为终端用户提供计算、存储、通信等功能，及时处理MRC系统本地的数据业务2。2 MEC系统的关键技术2.1 计算卸载技术计算卸载技术是MEC系统的关键技术之一，它通过将计算任务从移动设备卸载到MEC服务器上进行处理，实现移动设备的轻量化，延长电池寿命，同时提高运行效率和用户体验，包括任务卸载、资源分配、网络通信、安全保障等内容。任务卸载是将计算任务从移动设备卸载到MEC服务器上进行处理，需要考虑数据传输、任务调度、安全性等问题，以保证任务在MECDIGITCW技术 应用Technology Application130DIGITCW2023.10据流量和敏感数据将面临更多的数据泄露、恶意攻击、拒绝服务攻击等网络安全威胁，而且MEC系统本身的分布式架构也加大了网络安全攻击的维度，随着移动边缘计算的更加智能化、信息化，使得其受到网络安全威胁的概率逐渐加大，出现软件的感染或安全漏洞的攻击概率加大，从而影响其安全性。3.2 公平性受到威胁MEC系统的公平性指的是对不同用户和应用程序的公平分配和利用网络资源的能力。在5G网络中，MEC系统需要面对大量的用户和应用程序，网络资源的分配和利用将面临更多的挑战。3.3 互操作性和连续性MEC系统需要与其他网络设备和应用程序进行互操作，同时需要保持连续性，以保证用户和应用程序的无缝连接和服务体验。MEC系统需要遵循行业标准和规范，保证和其他网络设备和应用程序的互操作性。不同的供应商如果未按照统一的标准规范、协议等进行操作，很容易使异构的MEC设备和系统之间的互操作性减低，甚至影响MEC系统的正常运行。MEC系统需要保持高可用性和可靠性，确保用户和应用程序的连续性，服务体验如何实现终端用户业务的连续、无缝切换也是MEC系统重点关注的对象。4 5G新基建背景下MEC系统关键技 术的应用方案4.1 流量疏导方案在5G网络中，由于其高速、低延迟、大容量等特点，用户会产生大量的数据流量。如果这些流量无法得到有效的疏导和管理，将会给网络带来很大的压力，影响用户的网络体验和服务质量，因此，流量疏导方案是5G新基建背景下MEC系统关键技术的一个重要应用方案。流量疏导方案的实现需要依赖MEC系统的边缘计算和存储能力，通过在网络边缘部署计算和存储资源，实现对流量的实时监测和管理。首先，可以通过在网络边缘部署监测设备，实时监测网络中的流量情况，对流量进行分类和分析，更好地了解网络中的流量状况，为后续的疏导和管理提供数据支持，再在网络边缘部署疏导设备，对流量进行定向疏导，根据不同的流量类型和特点，将流量疏导到不同的网络路径和设备中，以实现流量的分流和优化。其次，通过在网络边缘部署缓存和加速设备对流量进行缓存和加速。对于一些常用的应用和数据，可以将其缓存在边缘设备中，以减少网络中的数据传输和延迟，提高用户的网络体验和服务质量。最后，通过在网络边缘部署安全设备，对流量进行安全管理。对于一些存在安全风险的流量，可以进行实时监测和防护，保障网络和用户的安全，有效地管理和优化网络中的流量，提高用户的网络体验和服务质量4。4.2 业务连续性方案首先，通过在网络边缘部署服务分发和负载均衡设备，将服务分发到不同的计算节点和存储节点中，实现业务的高可用和负载均衡，再在网络边缘部署数据备份和恢复设备，实现数据的备份和恢复，在网络故障或数据丢失时可以迅速恢复数据，保障业务的连续性和稳定性。其次，通过在网络边缘部署弹性计算和存储设备，实现计算和存储资源的弹性调度和管理，在业务负载变化或故障发生时，可以自动调整计算和存储资源，保障业务的连续性和稳定性。最后，通过在网络边缘部署容错和故障转移设备，实现业务的容错和故障转移，在计算节点或存储节点发生故障时，可以自动转移业务到其他节点，保障业务的连续性和稳定性，保障用户的服务体验和服务质量5。5 结束语随着5G网络的快速发展和应用，MEC系统作为5G新基建的重要支撑技术，也逐渐受到了各界的关注和重视。MEC系统的边缘计算和存储能力，为各种应用和服务的实时处理和传输提供了重要的支持和保障。对MEC系统关键技术进行深入研究和应用，可以实现5G网络的高效、稳定和安全运行，为各种应用和服务的发展和创新提供重要的支持和保障。未来，随着5G网络和MEC系统技术的不断发展和完善，MEC系统关键技术的应用研究也将不断深入和扩展。我们期待着MEC系统关键技术的应用研究能够为5G新基建的发展和创新做出更大的贡献。参考文献1 黄庆MEC系统关键技术在5G通信中的应用J信息技术与信息化，2022(12):167-169,173.2 王丽佳，张萌，常明杰媒体融合发展中5G+MEC技术的创新应用J邯郸职业技术学院学报，2022,35(3):37-39,43.3 刘学林，褚瑞娟基于5G网络边缘计算MEC技术研究与应用J中国新通信，2020,22(22):96-97.4 王丽丽MEC系统关键技术在5G通信中的应用J新闻研究导刊，2020,11(2):240,242.5 宋晓诗，闫岩，王梦源面向5G的MEC系统关键技术J中兴通讯技术，2018,24(1):21-25.