西安中學(xué) 張晉祚

0 前言

通信，指人與人或人與自然之間通過(guò)某種行為或媒介進(jìn)行的信息交流與傳遞[1]。通信的產(chǎn)生可以追溯至遠(yuǎn)古時(shí)期，那時(shí)的壁畫(huà)及象形文字就是其存在的最好證明。之后，產(chǎn)生了語(yǔ)言、圖符、鐘鼓、煙火、竹簡(jiǎn)、紙書(shū)等傳遞信息的方式，通信的形式豐富了起來(lái)。中國(guó)古典神話故事《西游記》中千里眼，順風(fēng)耳的出現(xiàn)就是古代勞動(dòng)人民對(duì)進(jìn)行及時(shí)有效的通信的強(qiáng)烈夙求的最好印證。近現(xiàn)代以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)通信有了長(zhǎng)足的發(fā)展，信息傳遞的不僅可以通過(guò)金屬導(dǎo)線、光纖等有線媒介進(jìn)行傳遞，也可以通過(guò)電磁波等無(wú)線媒介進(jìn)行傳遞。

移動(dòng)通信大致分為四個(gè)發(fā)展階段首先是20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)80年代的第一代模擬制式的移動(dòng)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)以北美的AMPS和歐洲的TACS為典型的技術(shù)代表，當(dāng)然還有一些別的系統(tǒng)但是其應(yīng)用范圍和影響力遠(yuǎn)小于AMPS和TACS系統(tǒng)。由于采用的是模擬的信號(hào)處理方式，信息的質(zhì)量不是很理想，容易被外界干擾，使得用戶在通話時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)聽(tīng)不清的情況，這嚴(yán)重地影響了移動(dòng)通信的服務(wù)質(zhì)量。為了提高通話的質(zhì)量，到了20世紀(jì)90年代左右開(kāi)始出現(xiàn)了以GSM為代表的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，它也是讓移動(dòng)通信迅速火起來(lái)的技術(shù)，以至于現(xiàn)在公認(rèn)語(yǔ)音通話質(zhì)量最好的還是GSM系統(tǒng)。它采用的是數(shù)字化的信息處理技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力大幅增加。但是隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，用戶需求的不斷增加，移動(dòng)通信開(kāi)始逐漸支撐數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，第三代移動(dòng)通信和第四代移動(dòng)通信主要是在這個(gè)方面進(jìn)行研究，使得我們手機(jī)上網(wǎng)的速率越來(lái)越快，能夠輕松流暢的用手機(jī)觀看高清視頻。

隨著科技的發(fā)展，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)需要更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)能力，移動(dòng)邊緣計(jì)算就很好地切合了這一點(diǎn)，例如MEC可以和緩存進(jìn)行結(jié)合[2]，可以將大家都喜歡訪問(wèn)的數(shù)據(jù)文件緩存在服務(wù)器中，使用戶以更快的速度瀏覽到想要的信息，一些不是很熱門(mén)的文件可以像原來(lái)一樣，依然從核心網(wǎng)進(jìn)行查找。MEC可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)，交通，農(nóng)業(yè)種植等方面，例如汽車(chē)無(wú)人駕駛，植物生理情況的定時(shí)監(jiān)控等。5G網(wǎng)下的MEC擁有廣大的前景，是未來(lái)移動(dòng)通訊的新領(lǐng)域。

1 MEC與車(chē)聯(lián)網(wǎng)

隨著現(xiàn)代移動(dòng)通信業(yè)和汽車(chē)運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)車(chē)載環(huán)境和運(yùn)輸?shù)氖孢m有了更高的要求，在車(chē)內(nèi)實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)，通訊和自駕駛應(yīng)用的需求大大增加。而以上新應(yīng)用的載體與根基就是車(chē)聯(lián)網(wǎng)，它實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛與公眾網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)連接，因而可以將行車(chē)的路況，車(chē)輛，交通環(huán)境收集起來(lái)以更好地駕駛。還有，就是得到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)。在5G技術(shù)下，車(chē)聯(lián)網(wǎng)將有新的應(yīng)用與拓展。

具有高帶寬低時(shí)延特點(diǎn)的MEC在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣可以向車(chē)輛提供服務(wù)，對(duì)時(shí)延要求特別高的車(chē)聯(lián)網(wǎng)非常適用。通過(guò)在道路附近部署路設(shè)單元，接收并分析車(chē)載應(yīng)用和道路傳感器的本地信息，發(fā)布重要或緊急消息給本區(qū)域其他車(chē)輛，實(shí)現(xiàn)區(qū)域性車(chē)輛信息交流。在有基站覆蓋的地區(qū)，在車(chē)中的我們可以連接本地MEC服務(wù)器共享本車(chē)的實(shí)時(shí)位置及發(fā)布給附近車(chē)輛用戶信息，如在駕車(chē)過(guò)程中，車(chē)輛損壞需要求救，可以將該信息通過(guò)本地車(chē)載服務(wù)器共享給周?chē)?chē)用戶以求幫助。或是在駕車(chē)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)前方道路不通或發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情可以及時(shí)告知給后面的車(chē)輛。以上提及的是將信息發(fā)布共享在本地信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)信息共享和路況收集。我們還可以從MEC上獲取多媒體和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)。如在車(chē)內(nèi)可以從MEC中下載歌曲，游戲，視頻，資訊等服務(wù)，這樣豐富了車(chē)內(nèi)體驗(yàn)。

由于低時(shí)延的特性，MEC可以應(yīng)用到車(chē)輛無(wú)人駕駛。在5G網(wǎng)絡(luò)下，網(wǎng)絡(luò)延遲由原來(lái)100ms降低到20ms[3]，這樣滿足了對(duì)無(wú)人駕駛這種實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。在5G技術(shù)和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的共同進(jìn)步下，3到5年內(nèi)將取得突破性，跨越性發(fā)展。與之前的技術(shù)相比，5G可以的延遲最低降低到1毫秒，峰值速度高達(dá)10Gbps，使汽車(chē)幾乎實(shí)時(shí)獲得周?chē)男熊?chē)環(huán)境。5G還支持基于本地MEC的數(shù)據(jù)，溝通其它車(chē)輛及其他交通設(shè)施。

MEC用于交通信息傳播上對(duì)于本地產(chǎn)業(yè)的推廣也是一大助力。當(dāng)把關(guān)于某省，市，縣，鄉(xiāng)等地的相關(guān)產(chǎn)業(yè)如風(fēng)景名勝，民風(fēng)民俗，生活習(xí)慣，當(dāng)?shù)靥禺a(chǎn)，知名地點(diǎn)等放到本地MEC上，當(dāng)有游客途徑本地時(shí)，在自己的汽車(chē)上從MEC平臺(tái)上不消耗流量獲取關(guān)于本地信息，這樣可以引起過(guò)路人的興趣，提高本地的知名度，吸引更多人的流入，推動(dòng)本地經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 MEC與本地分流

MEC可以降低網(wǎng)絡(luò)的回傳，使得業(yè)務(wù)可以得到快速的響應(yīng)，提升用戶的服務(wù)體驗(yàn)。而MEC一項(xiàng)突出的優(yōu)勢(shì)在于將數(shù)據(jù)節(jié)流在了接入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)的本地業(yè)化，而不需要將數(shù)據(jù)流上傳到核心網(wǎng)進(jìn)行處理。打個(gè)比方，MEC可以輕松地搭建一個(gè)基于蜂窩的局域網(wǎng)，使得在局域網(wǎng)里的用戶享受到了高速快捷的數(shù)據(jù)服務(wù)。

為了實(shí)現(xiàn)這種本地分流的功能，MEC平臺(tái)需要具備DNS查詢以及IP地址重定位的能力進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分流。當(dāng)終端發(fā)出業(yè)務(wù)請(qǐng)求的時(shí)候，MEC服務(wù)器會(huì)首先接收到其URL訪問(wèn)地址，如果該資源在本地可以獲取到，會(huì)觸發(fā)MEC平臺(tái)進(jìn)行域名查詢，重新定位服務(wù)器的IP地址，并將對(duì)應(yīng)IP地址反饋給用戶。MEC平臺(tái)將需要查詢的本地IP地址與其本地域名對(duì)應(yīng)起來(lái)，如果是制定本地子網(wǎng)的報(bào)文，則轉(zhuǎn)發(fā)給本地網(wǎng)絡(luò)，否則直接透?jìng)鹘o核心網(wǎng)[4]。同時(shí)，MEC平臺(tái)將收到的本地網(wǎng)絡(luò)報(bào)文返回給終端用戶。MEC在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用，例如在商場(chǎng)或者景區(qū)，可以通過(guò)MEC服務(wù)器向用戶手機(jī)終端推送免費(fèi)的商家促銷(xiāo)信息，或者商品的高質(zhì)量音視頻介紹。同時(shí)在企業(yè)辦公大樓可以將的視頻監(jiān)控通過(guò)本地分流技術(shù)直接上傳給部署在本地的視頻監(jiān)控中心通過(guò)MEC平臺(tái)對(duì)視頻監(jiān)控進(jìn)行分析，在提升視頻監(jiān)控部署便利性的同時(shí)降低了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)回傳帶寬的消耗。

3 MEC部署方式

MEC可以有多種部署方式，MEC的功能也可以集成在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)網(wǎng)元之中，本文重點(diǎn)考慮在無(wú)線接入網(wǎng)側(cè)和核心網(wǎng)邊緣兩種部署方式。

如果移動(dòng)邊緣服務(wù)器部署在無(wú)線接入網(wǎng)，其可以放置在基站的后面，供多個(gè)基站共享，每個(gè)基站的數(shù)據(jù)流量都在移動(dòng)邊緣服務(wù)器進(jìn)行匯總。然后再由移動(dòng)邊緣服務(wù)器與核心網(wǎng)的相關(guān)網(wǎng)管進(jìn)行連接，這種架構(gòu)方案的優(yōu)勢(shì)在于更方便地通過(guò)監(jiān)聽(tīng)、解析接口的信令來(lái)獲取基站側(cè)無(wú)線相關(guān)信息，但計(jì)費(fèi)和合法監(jiān)聽(tīng)等安全問(wèn)題需要進(jìn)一步解決[5]。除了這種方式，還可以將別是將移動(dòng)邊緣服務(wù)器部署在基站或者與基站進(jìn)行集成，這種部署使得移動(dòng)邊緣服務(wù)器與用戶的距離更近，是最快速的移動(dòng)邊緣服務(wù)器部署方式，但是這樣為每個(gè)基站部署一個(gè)服務(wù)器會(huì)使得投入成本增高，運(yùn)行效率降低。

如果移動(dòng)邊緣服務(wù)器部署在核心網(wǎng)邊緣，可以與數(shù)據(jù)包網(wǎng)關(guān)部署在一起，這樣可以使得數(shù)據(jù)包網(wǎng)關(guān)的工作效率顯著提高，并且引入智能處理能力。該部署方式不存在計(jì)費(fèi)、安全等問(wèn)題，因?yàn)橄鄳?yīng)的操作可以交給網(wǎng)關(guān)處理，但是可以有兩種思路來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一種就是不改變?cè)芯W(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器作為獨(dú)立的網(wǎng)元出現(xiàn)，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理。第二種是改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對(duì)網(wǎng)元功能進(jìn)行解構(gòu)和重組，移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)中關(guān)于數(shù)據(jù)部分的模塊進(jìn)行重組，網(wǎng)管中關(guān)于控制的模塊單獨(dú)分離出來(lái)形成新的網(wǎng)元，進(jìn)行計(jì)費(fèi)、監(jiān)聽(tīng)、鑒權(quán)等功能。這樣的話需要定義新的接口，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)元之間的信息溝通，增加了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不兼容[3]。

4 總結(jié)

未來(lái)是移動(dòng)數(shù)據(jù)爆炸的時(shí)代，到2020年全世界移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入端的數(shù)量將跨越到200億臺(tái)左右，這對(duì)移動(dòng)通信提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。移動(dòng)邊緣計(jì)算可以為移動(dòng)通信提供新的解決方案，實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能，安全，有高帶寬，低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，它的應(yīng)用會(huì)為解決網(wǎng)絡(luò)的擁塞，延遲等問(wèn)題帶來(lái)貢獻(xiàn)。本文重點(diǎn)研究了移動(dòng)通信與移動(dòng)邊緣計(jì)算的結(jié)合，首先從移動(dòng)通信的發(fā)展開(kāi)始，探究了未來(lái)移動(dòng)通信的發(fā)展方向，其次指出了移動(dòng)邊緣計(jì)算的優(yōu)勢(shì)與未來(lái)的發(fā)展前景，體現(xiàn)了移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)的價(jià)值。然后，本文提出了移動(dòng)邊緣計(jì)算與車(chē)聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，將移動(dòng)邊緣計(jì)算低時(shí)延的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在了車(chē)聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)駕駛和交通信息實(shí)時(shí)分享等上面。除此之外，本文還研究了移動(dòng)邊緣計(jì)算在本地業(yè)務(wù)分流上的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)處理的本地化。最后，本文研究了移動(dòng)邊緣計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，體現(xiàn)了不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下各自的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。

[1]周炯槃,等.通信原理(第3版)[M].北京郵電大學(xué)出版社,2008.

[2]戴晶,陳丹,范斌.移動(dòng)邊緣計(jì)算促進(jìn)5G發(fā)展的分析[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù),2016.

[3]李佐昭,劉金旭.移動(dòng)邊緣計(jì)算在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電信科技,2017.

[4]張建敏,謝偉良,楊峰義,武洲云,謝亮.移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)及其本地分流方案[M].電信科學(xué),2016.

[5]李福昌,李一喆,唐雄燕,張忠皓.MEC關(guān)鍵解決方案與應(yīng)用思考[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù),2016.