移动边缘计算：架构、应用和挑战

高志鹏 尧聪聪 肖楷乐

摘要：通过对移动边缘计算（MEC）的概念、框架、应用场景等详细阐述，认为MEC作为一种新的计算范式，一方面可以满足用户设备飞速增长的计算需求，另一方面也可以提高用户体验的质量。另外，MEC的及时性和即时性等特征为时延敏感应用的发展提供了良好的基础。

关键词：MEC;架构;5G;物联网;车联网;安全和隐私;增强现实

Abstract： Through detailed descriptions of the concepts， frameworks， and application scenarios of mobile edge computing （MEC） in this paper， we believe that MEC， as a new computing paradigm， can meet the computational demands of user equipment， and improve the quality of user experience. What's more， the timeliness and immediacy of MEC provide a good foundation for the development of delay-sensitive applications.

Key words： MEC; architecture; 5G; Internet of things; Internet of vehicles; security and privacy; augmented reality

1 移动边缘计算的诞生和发展

在过去的十几年中，云计算把计算能力、存储能力和网络管理集中化，其中网络管理指的是对数据中心网、骨干IP网以及蜂窝核心网络的管理。云计算通过云中大量可用的资源对资源受限的终端用户设备提供弹性计算和数据存储功能。云计算推动了许多互联网公司的快速增长，例如软件即服务[1]被广泛应用到谷歌、Facebook、Twitter等著名信息技术（IT）企业的数据中心;云业务已经成为亚马逊盈利最大的部门;Dropbox的成功很大程度上也取决于亚马逊的云服务。然而近些年来，万物互联时代带来了数据传输带宽、时延，以及应用和服务性能、可靠性等方面的新需求。据估计，在不久的将来，数百亿台边缘设备将被部署，按照摩爾定律，它们的处理器速度也将呈指数级增长。通过把这些大量分布在网络边缘的空闲计算能力和存储空间整合，使其无缝为移动设备提供计算和存储支持，一种新的计算范式——移动边缘计算[2]（MEC）被提出。MEC系统如图1所示，关键组件包括MEC服务器和移动设备（也称为终端用户、客户端、服务订购方）。MEC服务器通常是由电信运营商进行部署的、与终端用户非常接近的小型数据中心，通过网关经由互联网连接到数据中心，并且可以与无线接入点进行协同合作。移动设备和服务器可以使用先进的无线通信和网络技术建立可靠的无线链路。

MEC的出现使得传统电信蜂窝网络和互联网业务得到了深度融合，减少了移动业务交付时的端到端时延，挖掘出无线网络的潜在能力，进而提升用户体验。MEC模式将给电信运营商在运作模式上带来一系列全新的变革，继而推进电信运营商建立新型的产业链和网络生态圈。

移动边缘计算的出现同时推动了物联网、5G和运营商个性化业务的发展。

（1）物联网的高速发展。

未来是万物互联的时代，国际数据公司（IDC）的统计数据显示：预计2020年将有500亿的智能终端和设备接入互联网[3-4]。连接设备的数量的快速增长，不仅代表着海量数据的产生，接入网的设备往往还需要进行一定的智能计算。物联网的核心理念是万物互联[5]，是为了让每个物体都能够智能地连接和运行。MEC遵循“业务应用在边缘，管理在云端”的计算模式[6]，完成了把计算、网络和存储能力从云延伸至物联网网络边缘的转变。通过在近网络边缘进行数据分析处理，MEC使得物联网中物与物之间的传感、交互和控制变得更加容易。具备计算和存储能力的智能终端使得在网络边缘完成数据的分析处理成为可能。

（2）5G网络技术需要MEC的支持。

移动互联网和物联网的快速发展推动了5G网络技术[7]的诞生，5G技术要求网络实现“大容量、大带宽、大联结、低延迟、低功耗”。在当前的网络架构中，核心网部署在远端，导致传输时延比较大，无法满足低延迟业务需求。MEC部署在网络边缘，融合了无线网络和互联网技术，并在无线网络侧增加了计算、存储等功能模块。通过把5G应用程序和业务部署在移动边缘，MEC可以减少数据传输过程中的转发和处理时间，明显降低端到端时延，并且在满足低延时要求的情况下，降低了功耗。

（3）MEC助力运营商推出个性化业务。

传统的运营商网络是非智能的。包月套餐大量存在，难以满足不同用户的需求差异;资费相同的情况下，带来的结果是流量使用少的用户补贴流量使用多的用户;业务缺少优先级的区分，导致对实时性要求高的业务无法获得优先保障。与非智能的网络形成对比的是通信网络正在承载着更多基于新型智能终端、基于IP的多媒体应用，运营商商业模式和资费的单一，让运营商在业务和用户的掌控力上显得不足。MEC的关键技术包含了业务和用户的感知能力，因为边缘网络靠近用户，能够实时获取用户真实的信息。MEC可以通过大数据分析用户的特征实现用户画像。用户画像有利于对用户需求和行为进行预测，为不同的用户定制个性化业务，带来更好的用户体验。

2 MEC的架构

在欧洲电信标准化协会（EISI）制定的“MEC全球标准003版本”（GS MEC 003）中，ETSI定义了移动边缘计算基于网络功能虚拟化（NFV）的参考架构[8]。根据ETSI的定义，移动边缘计算侧重的是在移动网络边缘给用户提供IT服务的环境和云计算的能力，意在靠近移动用户来减少网络操作和服务交付的时延。移动边缘计算架构分为3级：系统层、主机层和网络层，如图2所示。ETSI提出的系统架构中展示了MEC的功能要素和每个功能要素之间的参考节点。