一种车联网的边缘计算构建方法

（中国移动通信集团四川有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

现有的技术无法消除传输距离产生的传输时延，并且在网络流量较大时，会产生严重的拥塞，本文提出一种车联网中移动边缘计算方法及系统，将移动边缘计算与车联网相结合，充分发挥了移动边缘计算高带宽、低时延的技术特点。同时，本文提出一种车联网中移动边缘计算能力构建方法，该方法的主要步骤为：（1）车载终端经由基站将数据包发送到移动边缘计算服务器；（2）所述移动边缘计算服务器判断所述数据包是否为车联网数据，如果是非车联网数据则将所述数据包发送到核心网进行处理，如果是车联网数据则通过移动边缘计算服务器对所述数据包进行处理后发送至相应基站，再由基站发送至特定的车载终端。

1 基于MEC的边缘计算构建

1.1 车联网边缘计算系统

本文所提出的车联网中移动边缘计算系统，包括以下3个部分。

（1）车载终端：用于发送车联网数据或非车联网数据；

（2）基站：用于在车载终端与移动边缘计算服务器之间传送数据；

（3）移动边缘计算服务器：用于对所述车联网数据进行处理，将处理后的车联网数据通过基站发送给车载终端，并且将非车联网数据发送给核心网进行处理。

其中，移动边缘计算服务器包括流量分流网关TOF、GTP网关（GTP GW），以及移动边缘应用平台APP platform[1]。TOF用于将车联网数据和非车联网数据分流，使车联网数据在移动边缘计算服务器上处理，将非车联网数据发送到核心网进行处理，GTP GW完成GTP解包和封包，APP platform用于运行具体应用实现不同功能。

车载终端将数据包发送至基站，基站进行GTP封包后发送至TOF，TOF将收到的数据包进行GTP基础解包、匹配源IP地址，如果源IP匹配失败，则将数据包重新封GTP包后发送至核心网中的服务网关SGW，然后根据现网数据处理流程，对GTP包进行解包，得到数据并处理完成后再封包经由SGW发送至TOF，TOF将收到的GTP数据包发送至基站，基站进行GTP解包后发送至车载终端[2]。

如果源IP匹配成功则表明为车联网数据，则TOF将车联网数据转发至GTP GW，GTP GW对接收到的车联网数据进行GTP解包，得到车联网数据，然后把数据转发至APP platform，APP platform将处理完的数据发送至GTP GW，然后进行GTP封包后发送至TOF，TOF将收到的GTP数据包发送至基站，基站进行GTP解包后发送至车载终端[3]。

在该系统中，将S1-U细化扩展为S1-UM，作为基站与TOF之间的通信接口，以及S1-US作为TOF与SGW之间的通信接口，将S1-MME扩展为S1-C作为移动管理实体MME与基站之间的通信接口，以及S1-CM作为MME与TOF之间的通信接口。

新增加的移动边缘计算服务器将车联网数据发送给了移动边缘计算服务器，这部分数据也就不再传送至核心网，如不设计新的计费接口，就会产生计费偏差。所以，如需对车辆网数据进行计费，可仿造LTE中Gx接口在TOF与PCRF之间设计一个新的接口，实现对发送至移动边缘计算平台的数据进行计费。

1.2 边缘计算构建过程

边缘计算的构建过程如下。

步骤1：将移动边缘计算服务器部署于汇聚机房，使得移动边缘计算服务器能够同时服务多个基站。

将移动边缘计算服务器部署于汇聚机房，一个移动边缘计算服务器可服务多个基站，从而降低实际部署成本，增加数据传输效率。汇聚机房用于在网络中负责将本地业务节点连接到骨干节点，可覆盖至少2 000 m2的范围。移动边缘计算服务器服务的基站数量可取决于该汇聚机房可覆盖范围内基站的数量。

步骤2：车载终端与车内智能控制模块连接，车载终端与车内智能模块之间能够传输数据。

车载终端用于发送车载数据和接收基站信息，例如可以是工业级4G路由器。车内智能模块是指与车辆智能驾驶相关的功能模块，如双目摄像头、激光雷达等设备。车载终端与车内智能模块之间可通过CAN总线协议传输数据。

步骤3：在车载终端入网之前根据源 IP 地址对车联网数据和非车联网数据进行区分。

车联网数据只会来自于若干个固定IP的车载终端，因此具有这些IP的终端被认为发送的数据是车联网数据，来自其他终端发送的数据被认为是非车联网数据，因此可通过识别车载终端的IP来确定数据是否为车联网数据。车联网数据是指与车辆行驶、路况、控制等相关信息的统称。非车联网数据是指除车联网数据以外的基站能接收的数据。

步骤4：车载终端将数据包发送至基站，基站将数据进行GTP封包，然后发送至TOF。

TOF设置在移动边缘计算服务器中，实现了现网中类似于服务网关SGW的功能，对数据包进行基础解包、匹配源IP后进行数据包转发[4]。然而，TOF作为在网络结构中加入新的网络单元，需要设计该网络单元与其他网络单元之间进行通信的新的接口。作为一种可选方案，可将S1-U细化扩展为S1-UM（作为基站与TOF之间的通信接口）和S1-US（作为TOF与SGW之间的通信接口），这样能够实现TOF针对不同数据包的转发功能。另外，将S1-MME扩展为S1-C（作为移动管理实体MME与基站之间的通信接口）与S1-CM（作为MME与TOF之间的通信接口）从而实现 MME 与基站及移动边缘计算服务器的控制面信令交互。

步骤5：移动边缘计算服务器中TOF对收到的数据包进行基础解包，解包后查看数据的源IP是否为传输车联网数据的车载终端IP，如果匹配成功，则将该数据识别为车联网数据，发送至GTP GW，执行步骤7，否则转到步骤6。

在该步骤，基础解包是指TOF会执行GTP拆包功能，直到能够解析出数据包的源IP地址。

步骤6：如果TOF解包后IP匹配失败，则判断数据为非车辆网数据，TOF将数据包封为GTP包后转发至SGW，转到步骤9。

步骤7：GTP GW将从TOF传送过来的数据包进一步解包，解GTP包流程与现网相同，然后将解包后的数据发送至APP platform。

步骤8：APP platform处理完车联网数据后，将反馈信息，例如全局信息、信令信息等发送至GTP GW进行GTP封包，然后发送至TOF，转到步骤10。

APP platform从TOF收到车联网数据后，根据应用平台上不同的应用从车联网数据提取需要的数据进行数据分析、处理并生成反馈结果。

步骤9：根据现网数据处理流程，在SGW和PDN网关（PGW）之间传送控制面信息和用户面数据，交由核心网内部或者外部服务器去响应这部分非车联网数据，然后经由PGW进行GTP封包后传送至SGW，再发送到TOF，转到步骤10。

步骤10：TOF分别将接收到的GTP包通过匹配发送到相应基站，基站再对GTP解包后发送到接收反馈信息的车载终端[5]。

2 结语

本文结合网联汽车与智能路侧设备的协同在开放道路上的应用，提出一种车联网的边缘计算方法。在车联网中构建边缘计算的过程，主要是在靠近车端部署边缘计算服务器，包括移动边缘服务器实际部署位置及其具体架构和数据传输流程，以解决车联网中网络时延过高和网络负荷过大等问题。通过把移动边缘计算服务器部署到汇聚机房，利用服务器上的流量分流网关针对不同类型的数据进行不同目的地址的转发，使得车联网信息在网络边缘处理，从而提升网络质量。下一阶段，将有针对性地选择某一开放道路示范区进行测试与应用落地。