MEC技术在5G通信网络体系中的应用及效果探究.pdf

2023 年 6 月胡要M E C 技术在5 G 通信网络体系中的应用及效果探究杰（广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东 深圳 518038）【摘要】移动边缘计算渊mobile edge computing,MEC冤技术是由欧洲电信标准化协会渊ETSI冤以 5G 演进架构为基础提出的一种新技术袁对 MEC 相应的内容缓存策略袁技术在 5G 通信网络体系中的应用方法进行研究袁分析技术应用价值尧技术应用难点和技术完善方法袁提出相应的内容缓存策略推动通信行业健康发展袁以期为相关人员提供参考遥【关键词】MEC 系统曰5G 通信曰技术应用方法【中图分类号】TN929.5【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）06-0046-03图 1 2017要2022 年移动网络流量与月用户流量增长情况3 0002 5002 0001 5001 00050001.734.642467117.821 22010.351 65613.362 21615.202 6182017201820192020202120220.04.08.012.016.0移动网络接入流量月用户移动网络接入流量年份0 引言移动边缘计算（mobile edge computing,MEC）作为使移动网络服务环境与大数据云计算边缘节点有机结合的新兴技术，将其应用于 5G 通信网络体系，不仅可以优化网络运行环境，还能提升用户通信体验，为信息传输工作的稳定推进提供支持。因此，研究此项课题具有十分重要的意义。1 MEC 技术的应用价值工业和信息化部发布的2022 年通信业统计公报 显示，截至 2022 年底，我国移动通信基站总数达1 083 万个，其中 5G 基站为 231.2 万个，占总数的21.3%。在此驱动下，全国电话用户呈净增趋势，移动电话用户总数达到 16.83 亿户，其中 5G 移动电话用户有 5.61 亿户，占移动电话用户的 33.3%。20172022 年移动网络流量与月用户流量增长情况如图 1所示。随着月用户移动网络接入流量的不但增长，传统的移动通信网络架构已经无法满足用户的通信需求，因此，将 MEC 技术融入 5G 通信网络体系构建中成为一项极为必要的工作。在实际应用过程中，MEC技术可以将数据信息接入网络边缘，并完善系统存储、计算、数据管理、通信等功能，在实现云计算有效迁移的基础上减少网络负荷，从而满足移动用户对于数据服务功能、宽带质量的要求。自 2009 年以来，MEC 技术的研发力度不断加大，不仅满足了 5G 通信网络体系构建的需要，还为物联网、车联网等与人们生活密切相关的领域的完善提供了有效支持。例如，广东移动作为中国移动的子公司，掌握着通信市场大部分客户资源，现阶段，为了更好地满足消费者对信息传输的需求，需明确未来市场发展方向，主要包括云虚拟现实/增强现实、车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、联网无人机、社交网络、人工智能辅助、智慧城市等应用场景，在构建 5G 通信网络体系时，将 MEC 技术融入其中，能够满足当前用户对于信息传输质量要求的同时，为自身未来的稳健发展打下了坚实的基础1。2 MEC 技术在 5G 通信网络体系中的应用2.1 技术应用价值在当前的 5G 通信网络体系中，MEC 技术在靠近用户侧布置了一个高度分布式的计算环境，不仅可以满足应用程序和内容服务的部署需要，还能实现部分信息的存储与处理工作。MEC 技术可以将云计算、云储存拉近到网络边缘，执行边缘缓存命令的同时实现信息的边缘处理，因此，在信息传输处理过程中，MEC 技术可以提升内容服务和应用程序的转换速度，从而达到提升信息边缘响应能力的目的。近年来，随着移动通信系统的多样化发展以及移动网络流量的爆炸式增长，大数据技术在 5G 通信网络体通信设计与应用462023 年 6 月系中的应用已经受到人们的广泛关注，数据管理与处理、内容缓存已经成为当前信息通信管理领域的关键性问题。现阶段，为了切实解决上述问题，将MEC 技术融入信息通信管理领域中，构建 5G 通信网络模型（图 2），借助 MEC 技术加速内容缓存，利用大数据技术实现内容缓存活动中用户行为、需求的捕捉、预测，参照捕捉预测结果制定高效的内容缓存策略，以更好地满足用户需求2。2.2 技术应用难点MEC 技术在 5G 通信信息传输过程中可以有效降低数据重复传输的概率，降低传输时延，提升数据传输效率，保证相关工作能够有序开展。但受微小基站以及相关技术可以转移业务负载，从而减少网络堵塞情况的影响，在内容传输、数据业务传递等环节仍需要借助相应基站与射频资源开展信息传输工作。考虑到用户端对 MEC 技术的具体需要，可通过不断优化设备、制定相应内容缓存及传输策略的方式，实现基站与射频资源的有效释放，提升网络传输性能，确保在后续信息传输过程中可以通过传输效率更高的链路完成信息传输工作。2.3 技术完善方法2.3.1 搭建大数据平台为节约 5G 通信数据缓存的时间，在将 MEC 技术融入 5G 通信网络体系的过程中，搭建大数据平台，提取统计信息，制定主动缓存策略，满足信息缓存工作的需要。为了保证主动缓存策略能够顺利实施，首先，应保证大数据平台可以在短时间内处理大量数据，并以数据结构为基础做出主动缓存决策，在短时间内制定智能缓存方案。其次，大数据平台应具备清理解析与格式化数据的能力，便于完成数据统计分析与机器学习工作。在处理不同类型的数据时，大数据平台需要能够消除原始数据包中的错误数据，提取所需的数据字段，并对数据字段进行解析编码处理。再次，大数据平台应具备数据分析能力，在开展数据分析处理工作时，可以借助分析控制平台与数据平台的报头荷载有效信息，迅速获取数据包与请求内容间的关系，进而预测用户行为。最后，大数据平台应具备统计分析与可视化功能，在数据分析过程中，可以将分析结果存储并重新用于进一步统计分析工作当中，并且为了提升数据的可读性，可以采用图表或表格的方式将结果展现给用户。2.3.2 应用自适应比特率流媒体技术由于用户对特定视频的偏好与需求存在一定的差别，在 5G 通信网络体系中网络连接与用户处理能力的一致性可能会对信息传输质量产生一定的影响，例如，拥有高性能设备与快速网络连接的用户可以实现高分辨率视频的高质量观看，而低处理能力或低宽带连接的用户可能会因网络延迟影响视频观看体验。为了保证高清视频能够流畅地在设备中显示出来，可以将自适应比特率流媒体技术融入 MEC 架构中，在提升无线网络性能的同时提高视频传输质量，依据用户设备能力、网络连接情况以及特定需求完成视频流质量的调整工作。传统视频缓存系统在满足用户浏览视频需求时，会对每个请求视频进行单独处理，忽略请求之间的代码转换关系，导致视频流加载速度较慢。将自适应比特率流媒体技术应用到 MEC 架构当中，可以使 MEC服务器充当缓存服务器与代码转换服务器，借助MEC 自身的存储计算能力实现服务器间的相互协作，在满足视频请求的同时，将请求转化为适当的变体，保证在不同网络条件下的用户均能浏览到合适版本的视频，同时提升缓存命中率，实现网络处理负载的有效平衡3。3 基于 MEC 架构的协作式内容缓存应用在 5G 通信网络体系中，将数据提取缓存到本地MEC 服务器，用户在接收信息时可以直接从本地服务器完成数据下载请求，缩短冗余传输耗时，提升用户服务响应速度，优化用户服务体验。考虑到单个MEC 服务器的存储资源以及存储数据处理能力较为有限，为了实现大量数据缓存以及为多个用户同时提供服务，在当前的 5G 通信网络体系构建过程中，图 2 5G 通信网络模型上行链路下行链路MEC 服务器MECMEC 服务器内容缓存网络感知数据分析计算卸载互联网核心网（CN）接入网（RAN）用户终端通信设计与应用472023 年 6 月可以将多个 MEC 服务器连接为一个整体，通过协作式内容缓存技术高效利用 MEC 服务器资源，满足当前用户对于信息传输、缓存的需要。图 3 为基于 MEC 架构的协作式内容缓存系统模型，移动运营商将 MEC 服务器部署在各个 3GPP长期演进（long term evolution,LTE）基站点，在 LTE无线网络中增加计算、存储、处理等功能，构建开放式平台满足应用植入的需要，并通过开放无线应用程序编程接口（application programming interface,API），实现无线网络与业务服务器的信息交互，从而满足传统 LTE 无线基站的升级要求。由图 3 可知，远程中心缓存服务器与 MEC 服务器利用回程链路进行连接，可以通过链路完成服务内容的分发工作，本地缓存 C1、C2、C3 构成了一个协作缓存域，一个协作缓存域中的业务支撑系统（business support system,BSS）可以通过光纤进行通信，实现信息内容的共享。同时，由于 MEC 服务器设施被部署在网络边缘，因此，在信息通信过程中多媒体服务内容可以被提前部署到本地 MEC 服务器当中，用户在接收、存储信息时，可以直接从本地 MEC 服务器中获取内容，不仅可以提升信息传输速率也可以避免移动通信网络流量拥堵，从而达到满足用户快速高效传输和缓存信息需要的目的4。MEC 架构下的多个协作缓存域（图 4）可以借助回程链路与核心网连接到一起，每个用户可以通过独立的本地 MEC 服务器发出数据内容请求，若本地MEC 服务器缓存区未命中用户服务需要，那么本地MEC 服务器可以通过相互协作的协作缓存域，从其他 MEC 服务器中获取相应数据内容，再由该本地MEC 服务器将相应内容传输给用户。若所在区域所有相互协作的 MEC 服务器均未命中用户要求，则可以借助远程控制中心内容服务器，通过较大的传输开销将相应内容传输至本地 MEC 服务器，再由本地MEC 服务器将内容传输给用户。由于多媒体服务在核心网的路由传输过程中会增大回路链路流量，延长用户获取内容的时间，并产生较大的传输开销，因此，内容提供商需要向移动服务商缴纳较为昂贵的宽带费用，提前将内容部署在服务器当中，这一做法可以降低上述问题的出现概率5。4 结语5G 技术的诞生与迅速发展为当前通信业提供了新的发展契机，在此背景下，为了切实提升移动通信网络的实用性与可靠性，可以在明确用户实际需要的基础上，将 MEC 技术融入的通信网络体系的构建工作中，满足用户对于更多应用服务的需要。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 王鸿璋.基于移动边缘计算的视频业务 QoS 保障研究D.北京：北京邮电大学，2021.3 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）：240，242.4 李阳.移动边缘计算中节能高效的资源联合优化若干问题研究D.长春：吉林大学，2020.5 柯洪昌.移动边缘计算数据卸载和能量感知优化技术研究D.长春：吉林大学，2022.作者简介院胡要杰（1985），男，汉族，河南平顶山人，本科，工程师，主要从事 5G 通信、数字政府、智慧城市、应急消防、企业数字化等通信信息化咨询规划及建设项目工作。图 3 基于 MEC 架构的协作式内容缓存系统模型内容文件互联网CP1CP2CP3中央服务器C1C2C3移动边缘计算机服务器协作缓存域信元 1信元 2信元 3图 4 MEC 架构下的多个协作缓存域域 1域 2域 3核心网通信设计与应用48