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面向5G的移动边缘计算技术

2020/1/6 10:25:00边缘谋略社区关键字:5G 移动 边缘谋略技巧

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本文首先先容了MEC 的谋略和通信模型,然后先容了MEC 的资本治理技巧,着末阐发了MEC未来可能面临的寻衅。

MEC 的观点最初在 2014 年由 ETSI 提出,MEC是一种新的平台,能够在接近移动用户侧的无线接入网 RAN 侧供给 IT和云谋略能力。MEC 的主要特征是将移动谋略,收集节制和存储功能“下沉”到收集边缘(如基站和无线接入点等),如下图 1 所示,以便在资本有限的移动终端设备上应用谋略密集型和时延高的关键型利用法度榜样。MEC 可以有效削减延迟和移动能耗,是 5G 的关键技巧。无线通信和移动谋略是推动MEC 成长的两大年夜学科,并由此孕育发生了大年夜范围的新的设计,从谋略卸载技巧到收集架构。

本文首先先容了MEC 的谋略和通信模型,然后先容了MEC 的资本治理技巧,着末阐发了MEC未来可能面临的寻衅。

01 MEC的谋略和通信模型

1.1 谋略义务模型

在谋略义务的建模历程中,有各类参数发挥着关键感化,包括时延、带宽使用率、高低文感知、通用性和可丈量性等。只管建立正确的义务模型很繁杂,但也存在简单靠得住的可谋略的模型。下面将先容两种广泛应用在 MEC 上的谋略义务模型,两元卸载和部分谋略卸载模型。

(1) 二元义务卸载模型

二元卸载模型适用于完备性要求较高或者相对简单的义务,这些义务弗成瓜分,必须作为一个整体卸载到 MEC 办事器进行谋略处置惩罚。

(2) 部分义务卸载模型

部分卸载模型主要针对大年夜规模的谋略义务。经由过程部分卸载,终真个谋略义务被分成两部分,一部分在移动设备履行,一部分卸载到边缘设备履行。适用于部分卸载的最简单的义务模型是数据分区模型,此中义务是逐位自力的,可以随意率性划分为不合的组,由 MEC 系统中的不合实体履行。实际环境中,不合子义务之间可能存在着依附关系,显明影响法度榜样的履行和谋略的卸载。

首先,子义务的履行顺序是弗成以随意率性选择的,比如:子义务 A 的输出是子义务B 的输入,划分后的子义务无法同时履行。其次,因为软硬件的限定,一些子义务可以卸载到远程办事器执交运算,而一些子义务只能在本地执交运算。这种环境下上面提到的数据分区模型就不适用,必要能够捕获子义务之间的互相依附关系的更繁杂的模型。

1.2 通信模型

在 MEC 系统中,AP 和移动设备之间的通信可以采纳直接的 D2D 通信。 MEC 办事器是云谋略 / 电信运营商支配的小型数据中间,它可以与无线 AP 合营定位。无线 AP 不仅供给无线接口给 MEC 办事器,也可以经由过程环回链路造访远程办事器数据中间,这可以赞助 MEC 办事器进一步将一些谋略义务卸载到其他 MEC 办事器或大年夜型云数据中间。因为无线接口不够,手机无法直接与 MEC 办事器通信,与左近设备的 D2D 通信供给了将谋略义务转发给 MEC 办事器的时机。此外,D2D 通信还支持在移动设备集群中共享资本和谋略负载平衡方面的对等相助。

02 MEC系统资本治理

无线和谋略资本的治理对付 MEC系统实现节能和低时延有着关键的感化。MEC办事器和无线AP(例如,BS 和WiFi 路由器)位于同一位置,这样的收集架构使得响应技巧的实施变得方便。下面将对MEC系统资本治理进行具体先容。

2.1 单用户MEC系统

单用户 MEC 系统中有三种常用的义务模型:二元确定性义务模型卸载、部分卸载切实着实定性义务模型和随机义务模型。对付二元卸载,为了节约能耗,当用户信道质量抱负或者本地谋略能力小的时刻,义务卸载到边缘进行谋略,此外,波束赋型和 MIMO 技巧也可以用于低落卸载的谋略能耗。在低落延迟方面,当用户带宽较大年夜且 MEC 办事用具有较大年夜的谋略容量时,谋略卸载比本地谋略更有上风。部分卸载容许机动的数据分区。经由过程将耗时或耗能的子义务卸载到 MEC 办事器,与二元卸载比拟,部分卸载可以实现更大年夜的节能和更小的谋略延迟。对付随机义务模型,可以使用义务到达和信道的光阴相关性设计自适应动态谋略卸载策略。此外,经由过程卸载速度节制来掩护用户和 MEC 办事器上义务缓冲区的稳定性是异常紧张的。

2.2 多用户 MEC 系统

多用户 MEC 系统是由共享一个边缘办事器的多个移动设备组成的 MEC 系统,有几个新的寻衅点:多用户联合无线电和谋略资本分配、MEC 办事器调整、多用户相助边缘谋略。

(1) 联合无线和谋略资本分配

MEC 办事器的谋略资本相对较少,是以,设计一个多用户 MEC 系统的关键问题便是若何分配有限的无线和谋略资本给多个移动设备以实现系统级目标,比如最低总量的移动能耗。为了适应不合的 MEC 系统,集中和散播式的资本分配机制都已经有了钻研。对付集中资本分配,MEC 办事器得到所有移动信息,包括 CSI 和谋略哀求,做出资本分配抉择,并向移动设备看护决策。钻研的另一个重点是针对多用户 MEC 系统的散播式资本分配,这些系统是应用博弈论和分化技巧设计,假设谋略义务是经由过程一个或多个滋扰信道进行本地谋略或者完全卸载。

(2) MEC 办事器调整

前面的评论争论都是基于用户同步的假设和并行局部边缘谋略的可行性。然而,实际的 MEC 办事器调整必要关注以下问题。首先,不合用户的到达光阴平日是异步的,假如具有有限谋略资本的边缘办事器顺序地缓冲和谋略义务,会导致排队时延。其次,纵然是义务同步到达,在运行不合类型的利用法度榜样的用户之间,时延要求也可能存在显明差异,这就要求办事器调整根据用户的时延要求分配不合级其余优先级。着末,一些谋略义务由多个自力的子义务组成,导致这些模型的调整必须满意义务相关性要求。

(3) 多用户相助边缘谋略

多用户相助谋略是一种有盼望改进 MEC 机能的技巧,这种技巧有两大年夜上风。首先,MEC 办事器谋略资本有限,处置惩罚大年夜数量的卸载移动用户数据时会过载。这种环境下,经由过程点到点的移动相助谋略,办事器的包袱会减轻。其次,用户间共享谋略资本可以平衡用户间不平均散播的谋略事情量和谋略能力。

2.3 有异构办事器的 MEC 系统

为了实现无处不在的边缘谋略,异构 MEC(Het-MEC)系统已经被提出,系统包括一其中央云和多个边缘办事器。钻研点集中在办事器选择、相助、谋略迁移。

(1) 办事器选择

异构 MEC系统中的用户,一个关键的设计问题是抉择谋略卸载的位置,是在边缘照样中间云办事器。

(2) 办事器相助

经由过程办事器协作进行资本共享不仅能前进资本使用率、增添谋略办事器供给者的收益,而且能为用户供给更多的资本增强他们的体验。

(3) 谋略迁移

MEC 办事器上的谋略迁移是由卸载用户的移动性驱动的。当用户接近新的 MEC 办事器时,收集节制器可以选择将谋略迁移到该办事器,或者在原办事器中谋略义务,然后经由过程新办事器将结果转发给用户。

03 未来寻衅

从大年夜规模MEC 系统支配、支配缓存的MEC、绿色MEC、MEC的安然性这四个方面先容:

3.1 MEC系统支配

MEC 将云谋略能力“下沉”到收集边缘以低落核心网中因为收集拥塞和传输延时导致的时延。然而,没有正式定义 MEC 办事器是什么,详细位置在哪里。这样 MEC 办事器的站点选择就成了一个钻研问题。

3.2 MEC 的移动性治理

移动性是 MEC 利用的固有属性。比如,VR 帮助的博物馆参不雅,用来提升用户的体验度。在这些利用法度榜样中,用户的运动和轨迹为边缘办事器供给位置信息和小我的偏好信息,前进了处置惩罚用户谋略哀求的效率。另一方面,因为下列缘故原由,移动性也为实现无所不在的、靠得住的谋略带来了重大年夜寻衅。首先,MEC 将在 HetNet 体系布局中实现,该体系布局由多个宏站、微站和 WiFi 接入点构成。用户的移动导致将会在小范围的边缘办事器范围内频繁切换。因为不合系统的设置设置设备摆设摆设不合、用户和办事器的关联策略不合,这就会变得异常繁杂。其次,用户在不合小区间的移动会孕育发生严重的滋扰和导频污染,这会大年夜大年夜低落通信质量。着末,频繁的切换会增添谋略时延,低落用户体验度。

3.3 绿色MEC

MEC办事器是小型数据中间,每一个都比传统的云数据中间耗损更少的能量。然而,它们密集的支配模式引起了对全系统能源耗损的极大年夜关注。是以,开拓实现绿色 MEC的立异技巧无疑是异常紧张的。

3.4 MEC 中安然和隐私问题

安然和保护隐私的移动办事的需求越来越大年夜。MEC 能够支持新类型的办事,但其独特的特点也带来了新的安然和隐私问题。首先,MEC 系统固有的异构性使得传统的相信和认证机制无法适用。其次,支持 MEC 的通信技巧的多样性和收集治理机制的软件特点带来了新的安然性的要挟。

04 结语

MEC 是一种立异的收集范式,能够满意空前增长的谋略需乞降赓续前进的用户体验需求。MEC 经由过程将富厚的谋略和存储资本推向收集边缘,使云谋略能力和 IT 办事能够靠近终极用户。可以预见,MEC 必将成为未来移动通信系统弗成或缺的紧张组成部分。

参考文献

[1] 李子姝,谢人超,孙礼,黄韬 . 移动边缘谋略综述 [J].电信科学,2018(1):87-101.

[2] 虞湘宾, 王光英,许方铖 . 未来移动通信收集中移动边缘谋略技巧 [J]. 南京航空航天大年夜学学报,

2018(5):586-594

[3] 宋晓诗,闫岩,王梦源 . 面向 5G 的 MEC 系统关键技巧 [J]. 再起通讯技巧,2018(1):21-25

作者

丁健 浩鲸云谋略科技株式会社

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