基于云协同的联通MEC边缘网络架构

江雪莲

摘要：现行的联通MEC边缘网络架构在实际中服务响应延时较长，且网络带宽利用率较低，整体缺乏协同性。文章提出一种基于云协同的联通MEC边缘网络架构方案，对网络架构边缘云开通、行业云开通、共享边缘云开通、行业云开通以及云网协同开通等功能进行设计，由数据层与控制层搭建网络服务架构，利用模型对网络服务标识与描述，通过网络服务云协同计算，对边缘网络资源协同分配，将功能映射到网络服务架构上，实现了基于云协同的联通MEC边缘网络架构搭建。经实验证明，文章构建的网络架构服务响应延时较短，并且带宽利用率较低，具有良好的应用前景。

关键词：云协同；联通MEC；网络架构；带宽利用率；服务标识

中图分类号：TN929.5

文献标志码：A

0 引言

大型2B客户往往节点遍布全国，存在边缘与中心互联、边缘与边缘互联的需求，边缘云可以满足客户对实时性、安全性要求较高的应用需求^［1］。云网一体给边缘云提供敏捷供给与服务，边缘云作为创新产品，需要与中心云（公有云、行业云等）打通生态，互利多赢。作为创新产品，边缘云需要适配云网一体的框架，实现一体化供给、运营及服务，提升客户感知，持续打造领先口碑。传统网络架构存在网络服务延时较长、网络带宽利用率较低等缺陷，已经无法满足实际需求。为此，文章提出基于云协同的联通MEC边缘网络架构。

1 网络架构功能需求

本次设计的联通MEC边缘网络架构功能需求主要包括边缘云开通、行业云开通、共享边缘云开通、行业云开通以及云网协同开通。其中边缘云开通下单渠道为政企中台，主要受理无云主机相关信息，开通流程：客户经理在政企中台下单；平台将订单转发给创新融合平台；创新融合平台运维人员联系客户获取资源的信息；网络人员规划VPC ID、子网信息，配置网络；通知运维人员人工先创建租户，再创建云主机，采用默认安全组，针对该类业务根据用户、资源池和云主机IP定位云主机；运维人员反馈云主机账号和云主机IP^［2］。网络开通包含以下4种场景：云主机内网自动化开通、云主机访问公网权限自动化开通、云主机访问5G网络权限自动化开通、云主机访问专线权限自动化开通；实现云边协同产品的同开同停；实现云边网络的可视化运维^［3］。共享邊缘云开通功能需求主要为解析MEC订单，按照《20220401中国联通MEC边缘云Edge-OSS与政企中台接口规范v1.0》规范解析订购、变更、销户业务订单数据；订单展示，支持在界面查询订单云主机信息^［5］。订单状态转换如图1所示。

2 边缘网络服务架构搭建

根据网络架构功能需求，搭建联通MEC边缘网络服务架构。服务架构由数据层与控制层组成，其中数据层由无线接入点、接口以及SDN协议组成，接口包括解析边缘mec订购业务接口、解析mec修改业务接口、解析mec删除业务接口、边缘节点查询接口、订单进度查询接口等应用程序接口，通过接口与控制层中控制器、云服务器等设备连接，接收控制层中的网络信息。控制层由SDN控制器、云服务器、边缘服务器组成，采用集中式部署方式部署各个控制设备、服务设备。控制器是网络架构的核心，主要用于对整个联通MEC边缘网络集中控制和资源调度。

3 网络服务标识

为了实现网络服务架构中海量服务/资源的动态发现定位以及网络服务信息的云同步下发，利用全维可定义的服务标识模型对网络服务信息标识与描述。将联通MEC边缘网络服务标识定义为一组多维数组，其用公式表示如下：

W=｛C，X，Z，H｝（1）

式中，W表示边缘网络服务获取所需的全维参数；C表示服务位置信息维度；X表示服务类型信息维度；Z表示服务性能信息维度；H表示服务安全信息维度。利用模型对全维参数表示，其用公式表示为：

式中，SID表示边缘网络服务标识；a₁表示位置信息维度中自治系统（AS）号；a₂表示客户端经纬度；a₃表示移动位置；a₄表示卫星轨道；b₁表示类型信息维度中的视频服务；b₂表示应用服务；b₃表示网络传输服务；c₁表示性能信息维度中的质量要求/性能；c₂表示带宽要求/性能；c₃表示时延要求/性能；c₄表示分组丢失要求/性能；d₁表示安全信息维度中的信誉等级；d₂表示保密系数；d₃表示安全等级；d₄表示完整性。利用上述公式对边缘网络服务标识，为后续边缘网络资源云协同计算奠定基础。

4 基于云协同的网络架构搭建

利用云协同技术与边缘计算技术对网络资源协同分配，将功能映射到服务架构上，从而搭建一个完整的联通MEC边缘网络架构。用户应用服务被标识后，通过云协同计算，将标识后的服务协同分配到边缘服务器上，由边缘服务器对服务做出响应。服务协同分配过程分为服务上传、处理、下载3个部分，根据移动设备下行链路传输速率，服务分配到各个边缘服务器所需的时延为：

式中，T表示应用服务分配到边缘服务器所需的时延；t₁表示服务上传时延；t₂表示服务处理时延；V表示移动设备的计算任务数据大小；q表示移动设备下行链路传输速率；S表示移动设备应用服务的计算需求；p表示应用服务的计算资源分配变量。

5 实验论证

5.1 实验准备与设计

为了验证本次提出的基于云协同的联通MEC边缘网络架构搭建方案的合理性与可行性，选择某两个传统网络架构为对比，分别为基于SDN与基于PTN技术，以下用传统架构1与传统架构2表示。实验使用Python程序设计实验模型，模拟边缘云开通、行业云开通、共享边缘云开通、行业云开通以及云网协同开通等服务请求，并将服务请求接入边缘服务器。在实验中所有的应用服务请求数据被分成不同数目，并生成大小统一的服务数据包单元，实验中服务数据包数据共10 000个，每隔0.1 s发送一个服务请求。在以上参数设置情况下，实验运行1 000次，为了保证实验结果的可靠性，3种架构运行配置相同，具体配置为：英特尔i8CPU，12 GB随机存取存储器，Windows2010操作系统的电脑上。以下对3种网络架构具体性能进行检验与测试，为了降低随机性的影响，本次实验数据采用平均值。

5.2 实验结果与讨论

实验以网络延时与带宽利用率为3种网络架构性能评价指标，首先对网络架构的服务请求延时测试，实验以向网络发送应用服务请求时间为起始时间，以用户得到边缘云开通、行业云开通、共享边缘云开通、行业云开通以及云网协同开通等服务响应时间为终止时间，使用KHFA软件测量到服务延时时间，并以服务请求数量为变量，对比不同服务请求数量下网络架构服务延时，具体数据如表1所示。

从表1可以看出，随着应用服务请求数量的增长，3种架构所表现出来的性能不同，其中本次构建的网络架构服务响应延时相对较短，虽然会随着服务请求数量的增加，延时会有所增长，但是增长幅度比较小，当服务请求数量达到100个时，网络架构延时仅为0.48 s，可以将延时控制在1 s以内，说明本文构建网络架构延时性能良好；而两种传统架构服务响应延时相对较长，并且会随着服务请求数量的增加大幅度增长，当服务请求数量达到100个时，传统架构1与传统架构2服务响应延时分别为8.13 s、8.46 s，远远长于本文架构，说明本文架构延时性能优于传统架构。

为了进一步验证本文架构的适用性，对3种架构带宽利用率进行测试，带宽利用率越高，表示网络架构云资源分配越均衡，其计算公式为：

式中，r表示网络架构带宽利用率；i表示网络流量数量；e表示第i条流量的实际带宽；w表示第i条流量的指定带宽。实验以网络负载为变量，网络负载持续时间10 s，然后增长0.2 s，记录实验数据，将其代入上述公式，计算出不同网络负载情况下3种网络架构带宽利用率，并绘制实验结果如图2所示。

从上图可以看出，随着网络负载值的增长，3种架构所表现出来的性能不同，本文架构带宽利用率相对较高，并且受到网络负载影响较小，当网络负载为1.2时，本文架构带宽利用率为92.45%，两种传统架构分别为62.15%，54.22%，远远低于本文架构。实验结果证明，无论是在延时方面还是在网络带宽利用方面，本文架构均表现出明显的优势，具有良好的可行性。

6 结语

云边协同能更好地满足大型2B客户需求，文章以5G创新能力融合平台为基础，基于MEC应用場景需求以及MEC系统架构，提出基于云协同的联通MEC边缘网络架构，开发了MEC网络能力协同系统，结合边缘计算技术，搭建联通MEC边缘网络架构，实现一体化供给、运营及服务，逐步完善MEC边缘网络能力协同功能，并通过实验论证了该网络架构具有良好的适用性与可靠性。此次研究对云协同技术在联通MEC边缘网络架构中的广泛应用具有一定的推广意义，同时丰富了该方面的理论，具有一定的理论意义。

参考文献

［1］叶迎晖，施丽琴，卢光跃.无线供能移动边缘网络中计算时延最小化资源分配方法研究［J］.电子与信息学报，2022（5）：1839-1846.

［2］秦靖尧，韩子媛.基于5G网络的MEC边缘计算平台在电力系统中的部署研究［J］.集成电路应用，2022（2）：98-101.

［3］刘伯阳，马杰，白静，等.基于MDP的协作认知边缘计算网络资源分配方案［J］.西安邮电大学学报，2022（1）：23-28.

［4］郑远鹏，张天魁，朱光宇，等.MEC系统中面向网络切片的3C联合资源分配算法［J］.北京邮电大学学报，2021（5）：41-47.

［5］沈刚，陈斌，毛明荣.基于边缘云协同网络的数据存储容灾备份仿真［J］.计算机仿真，2021（5）：380-383，412.

（编辑 王雪芬）

Unicom MEC Edge network architecture based on cloud collaboration

Jiang Xuelian

（China United Network Communications Co.， Ltd.， Guangdong Branch， Guangzhou 510000， China）

Abstract： Because the current Unicom MEC edge network architecture has a long service response delay time in practice， and the low network bandwidth utilization rate， and the overall lack of synergy， a Unicom MEC edge network architecture scheme based on cloud collaboration is proposed. On network architecture edge cloud opening， industry opening， sharing edge cloud opening， cloud opening and cloud network collaborative opening function requirements design， built by the data layer and control layer network service architecture， using the model of network service identification and description， through network services， the edge network resource allocation， function mapping to the network service architecture， implements the network based on the cloud collaborative unicom MEC edge network architecture structures. It is proved that the network architecture constructed in this paper has a relatively short response delay time and a low bandwidth utilization rate， which has a good application prospect.

Key words： cloud collaboration; unicom MEC; network architecture; bandwidth utilization; service identification