移動邊緣運算（Mobile edge computing，MEC），是一個網路架構的概念，在行動網路的邊緣提供雲端運算的能力，以及IT服務的環境。這個概念由歐洲電信標準協會（ETSI）在2014年提出，主要的想法是減少核心網路設備日益增加的營運壓力，以及讓行動營運商可以為顧客創造出獨特的行動體驗。
基本介紹
- 中文名：移動邊緣運算
- 外文名：Mobile edge computing
- 領域：計算機網路
- 目的：提供網路邊緣計算能力
- 提出組織：歐洲電信標準協會
- 目的：減少核心網路運營壓力
定義,框架,優勢,MEC關鍵技術,
定義
歐洲電信標準化協會（ETSI）對移動邊緣運算(MEC）的定義是：在行動網路邊緣提供 IT 服務環境和雲計算能力。移動邊緣計算可以被理解為在行動網路邊緣運行雲伺服器，該雲伺服器可以處理傳統網路基礎架構所不能處理的任務，例如M2M網關、控制功能、智慧型視頻加速等。需要註明的是，在研究初期MEC中的“M”是“mobile”之意，特指行動網路環境。隨著研究的不斷推進，ETSI將“M”的定義擴展為“multi-access”，旨在將邊緣計算的概念擴展到Wi-Fi等非3GPP接入的場景下，“移動邊緣計算”的術語也逐漸被過渡為“多接入邊緣計算（multi-access edge computing，MEC）”。但是業界乃至ETSI等標準制定組織研究的重點仍然是移動場景下的邊緣計算，因此業界仍多以“移動邊緣計算”稱之。MEC 運行於網路邊緣，邏輯上並不依賴於網路的其他部分，這點對於安全性要求較高的套用來說非常重要。另外，MEC伺服器通常具有較高的計算能力，因此特別適合於分析處理大量數據。同時，由於MEC距離用戶或信息源在地理上非常鄰近，使得網路回響用戶請求的時延大大減小，也降低了傳輸網和核心網部分發生網路擁塞的可能性。最後，位於網路邊緣的MEC能夠實時獲取例如基站ID、可用頻寬等網路數據以及與用戶位置相關的信息，從而進行鏈路感知自適應，並且為基於位置的套用提供部署的可能性，可以極大地改善用戶的服務質量體驗。
框架
從2014年12月開始，ETSI MEC ISG開始致力於MEC的研究，旨在提供在多租戶環境下運行第三方套用的統一規範。經過努力，ISG MEC 已經公布了關於MEC的基本技術需求和參考架構的相關規範，ISG MEC對MEC 的網路框架和參考架構進行了定義。圖1是MEC 的基本框架，該框架從一個比較巨觀的層次出發，對 MEC下不同的功能實體進行了網路（network）、ME（mobile edge）主機水平（ME host level）和ME系統水平（ME system level）這3個層次的劃分。其中MEC主機水平包含MEC主機（ME host）和相應的ME 主機水平管理實體（ME host-level management entity），ME主機又可以進一步劃分為ME平台（ME platform）、ME套用（ME application）和虛擬化基礎設施（virtualization infrastructure）。網路水平主要包含3GPP 蜂窩網路、本地網路和外部網路等相關的外部實體，該層主要表示MEC工作系統與區域網路、蜂窩移動網或者外部網路的接入情況。最上層是ME系統水平的管理實體，負責對MEC系統進行全局掌控。
框架
框架優勢
相比於傳統的網路架構和模式，MEC 具有很多明顯的優勢，能改善傳統網路架構和模式下時延高、效率低等諸多問題，也正是這些優勢，使得MEC成為未來 5G 的關鍵技術。
低時延
MEC將計算和存儲能力“下沉”到網路邊緣，由於距離用戶更近，用戶請求不再需要經過漫長的傳輸網路到達遙遠的核心網被處理，而是由部署在本地的MEC伺服器將一部分流量進行卸載，直接處理並回響用戶，因此通信時延將會大大降低。MEC的時延節省特性在視頻傳輸和VR等時延敏感的相關套用中表現得尤為明顯。以視頻傳輸為例，在不使用MEC的傳統方式下，每個用戶終端在發起視頻內容調用請求時，首先需要經過基站接入，然後通過核心網連線目標內容，再逐層進行回傳，最終完成終端和該目標內容間的互動，可想而知，這樣的連線和逐層獲取的方式是非常耗時的。引入MEC解決方案後，在靠近UE的基站側部署MEC伺服器，利用MEC提供的存儲資源將內容快取在MEC伺服器上，用戶可以直接從MEC伺服器獲取內容，不再需要通過漫長的回程鏈路從相對遙遠的核心網獲取內容數據。這樣可以極大地節省用戶發出請求到被回響之間的等待時間，從而提升用戶服務質量體驗。
改善鏈路容量
部署在行動網路邊緣的MEC伺服器能對流量數據進行本地卸載，從而極大地降低對傳輸網和核心網頻寬的要求。以上一節中提到的視頻傳輸為例，對於某些流行度較高的視頻，如NBA比賽、電子產品發布會等，經常是以直播這種高並發的方式發布，同一時間內就有大量用戶接入，並且請求同一資源，因此對頻寬和鏈路狀態的要求極高。通過在網路邊緣部署MEC 伺服器，可以將視頻直播內容實時快取在距離用戶更近的地方，在本地進行用戶請求的處理，從而減少對回程鏈路的頻寬壓力，同時也可以降低發生鏈路擁塞和故障的可能性，從而改善鏈路容量。
提高能量效率，實現綠色通信
在行動網路下，網路的能量消耗主要包括任務計算耗能和數據傳輸耗能兩個部分，能量效率和網路容量將是5G實現廣泛部署需要克服的一大難題。MEC的引入能極大地降低網路的能量消耗。MEC自身具有計算和存儲資源，能夠在本地進行部分計算的卸載，對於需要大量計算能力的任務再考慮上交給距離更遠、處理能力更強的數據中心或雲進行處理，因此可以降低核心網的計算能耗。另一方面，隨著快取技術的發展，存儲資源相對於頻寬資源來說成本逐漸降低，MEC的部署也是一種以存儲換取頻寬的方式，內容的本地存儲可以極大地減少遠程傳輸的必要性，從而降低傳輸能耗。當前已有許多工作致力於研究邊緣計算的能量消耗問題。
感知鏈路狀況，改善用戶服務質量體驗
部署在無線接入網的MEC伺服器可以獲取詳細的網路信息和終端信息，同時還可以作為本區域的資源控制器對頻寬等資源進行調度和分配。以視頻套用為例，MEC伺服器可以感知用戶終端的鏈路信息，回收空閒的頻寬資源，並將其分配給其他需要的用戶，用戶得到更多的頻寬資源之後，就可以觀看更高速率版本的視頻，在用戶允許的情況下，MEC伺服器還可以為用戶自動切換到更高的視頻質量版本。鏈路資源緊缺時，MEC伺服器又可以自動為用戶切換到較低速率版本，以避免卡頓現象的發生，從而給予用戶極致的觀看體驗。同時，MEC 伺服器還可以基於用戶位置提供一些基於位置的服務，例如餐飲、娛樂等推送服務，進一步提升用戶的服務質量體驗。
MEC關鍵技術
MEC 的實現依賴於虛擬化、雲技術和 SDN等關鍵技術的支撐。
虛擬化技術
虛擬化技術是一種資源管理技術。維基百科對其的定義是：虛擬化技術將計算機的各種實體資源（CPU、記憶體、磁碟空間、網路適配器等）予以抽象、轉換後呈現出來並可供分區、組合為一個或多個電腦配置環境，由此打破實體結構間不可分割的障礙，使用戶可以比原本配置更好的方式套用這些電腦硬體資源。虛擬化技術中使用Hypervisor實現了套用軟體環境與基礎硬體資源的解耦，使得可以在同一個硬體平台上部署多個虛擬機，從而共享硬體資源，多個虛擬機之間通過虛擬交換機實現頑健、安全和高效的通信，並通過指定的物理接口實現數據流量的路由。虛擬化技術與網路的結合催生了網路功能虛擬化（network function virtualization，NFV）技術，該技術將網路功能整合到行業標準的伺服器、交換機和存儲硬體上，並且提供最佳化的虛擬化數據平面，可通過伺服器上運行的軟體實現管理從而取代傳統的物理網路設備。NFV 使得 MEC 平台中多個第三方套用和功能可以共平台部署，各種套用和服務實際上是運行於虛擬化基礎設施平台上的虛擬機，極大地方便了 MEC 實現統一的資源管理。
雲技術
虛擬化技術促進了雲技術的發展，雲技術的出現使得按需提供計算和存儲資源成為可能，極大地增加了網路和服務部署的靈活性和可擴展性。現今大多數移動手機套用都是基於雲服務設計的，值得一提的是，雲技術與行動網路的結合還促進了 C-RAN這一創新性套用的產生。C-RAN將原本位於基站的基帶處理單元等需要耗費計算和存儲資源的模組遷移到雲上，在很大程度上解決了基站的容量受限問題，提高了行動網路的系統能量效率。MEC技術在網路邊緣提供計算和存儲資源，NFV和雲技術能夠幫助 MEC 實現多租戶的共建。由於MEC伺服器的容量相對於大規模數據中心來說還是較小，不能提供大規模數據中心帶來的可靠性優勢，所以需要結合雲技術引入雲化的軟體架構，將軟體功能按照不同能力屬性分層解耦地部署，在有限的資源條件下實現可靠性、靈活性和高性能。
軟體定義網路（SDN）技術
SDN 技術是一種將網路設備的控制平面與轉發平面分離，並將控制平面集中實現的軟體可程式的新型網路體系架構。SDN 技術採用集中式的控制平面和分散式的轉發平面，兩個平面相互分離，控制平面利用控制—轉發通信接口對轉發平面上的網路設備進行集中控制，並向上提供靈活的可程式能力，這極大地提高了網路的靈活性和可擴展性。MEC部署在網路的邊緣，靠近接入側，這意味著核心網網關功能將分布在網路的邊緣，這會造成大量接口的配置、對接和調測。利用SDN 技術將核心網的用戶面和控制面進行分離，可以實現網關的靈活部署，簡化組網。
