5G边缘计算技术详解与应用分析
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摘 要：4G时代的智能终端技术全面促进了传统PC互联网同移动网络的深度融合，而在5G时代，移动边缘计算技术将会推动云计算平台同移动网络的融合，这将减少移动业务交付的端到端时延，发掘无线网络的内在能力，从而提升用户体验，给电信运营商的运作模式带来全新变革，并建立新型的产业链及网络生态圈。该文首先分析了移动边缘计算产生的原因以及5G网络与移动边缘计算的关系，然后从用户维度分析了移动边缘计算的四大应用场景，最后说明移动边缘计算的社会价值。
关键词：5G技术;边缘计算;云计算
中图分类号：TN929 文献标志码：A
1 5G边缘计算技术分析
4G时代的智能终端技术全面促进了传统PC互联网同移动网络的深度融合，而在5G时代，移动边缘计算技术将会推动云计算平台同移动网络的融合，并可能在技术及商业生态上带来新一轮的变革和颠覆。
1.1 移动边缘计算的提出
5G是4G网络的强大升级版本，4G LTE服务仅提供75 Mbps的传输速率，而5G网络已成功实现28 GHz频段的1 024 Mbps吞吐量。同时，在5G时代，连接设备的数量将急剧增加，网络边缘将产生大量的数据。如果这些数据全部由主管理平台处理，则数据的敏感性、安全性和机密性以及数据处理的时效性将会受到影响。然而，通过引入先进技术进行计算处理，根据接近原理处理这样的一组数据，并且大量后台设备同时工作以实现有效的协同处理，可以解决大流量和集中处理的难题。移动边缘计算正是这样一种技术，可以解决5G网络的延迟、拥塞和容量等问题。
1.2 移动边缘计算是5G的核心技术之一
根据国际电信联盟（ITU）5G的要求，5G标准包括增强型移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）、超可靠低延迟通信（URLLC）的3种应用场景，主要指标包括提供峰值10 Gbps以上的速率、毫秒级时延和超高密度连接，移动性达500 km/h、时延低至1 ms，用户体验数据率达到100 Mbps、实现网络性能新的跃升。
在当前的网络架构中，由于主网络的高位部署，传输延迟相对较长，不能满足极端延迟服务的要求。LTE技术可以将无线接口的速率乘以10，但端到端的延迟只能优化为3倍。原因是空中效率大幅提升之后，网络架构未完全优化成为业务延迟的瓶颈。尽管LTE网络实现了扁平的两跳架构，但核心网络基站往往距离数百公里，多个传输设备与不可预测的拥塞和抖动相关联，无法保证低延迟。为了减少等待时间和功耗，有必要显著减少空中接口的传输延迟，尽可能地减少传输节点并减少源节点和节点之间的“距离”。此外，该服务在云中完全无效，特别是某些区域服务未在本地完成，浪费带宽和增加延迟。
移动边缘计算能够解决上述问题。一方面，移动边缘计算部署在网络边缘，有效地集成了无线网络和互联网技术，并为无线网络侧增加了计算、存储、处理和其他功能，由于服务和应用程序内容部署在移动边缘，因此可以减少数据传输和处理时间，减少端到端延迟，满足低延迟要求并降低功耗。另一方面，移动边缘计算将数据内容下沉到区域网络边缘，在本地缓存内容，一些区域性企业不需要通过终端进行远程任务分配。因此，移动边缘计算技术成为5G网络的核心技术之一。
2 典型应用场景
移动边缘计算技术通过将计算存储能力与业务服务能力向网络边缘迁移可以为移动运营商、服务提供商以及终端用户等带来很大价值。在5G时代，移动边缘计算可以广泛应用在各个领域，象高清视频、虚拟现实、智能驾驶、全息技术等领域，主要的业务应用场景包括。
2.1 网络传输场景
5G边缘云是CDN未来的演进方向之一，可以提供分发加速的基础网络功能，并且由于移动边缘计算更靠近无线网边缘，下沉位置更深，时延更小，因此5G边缘云还可以提供智能网络服务，象高清视频传输、本地内容缓存、无线网络性能优化等。该应用场景以优化网络性能为主要目标，华为为西班牙沃达丰部署的移动边缘计算网络，将网络时延降低了50%，大大提升了当地有名的“危机时刻”游戏体验。同样的，对于“王者荣耀”等“无线局域网”类型的团队作战游戏，5G边缘云是最新原始的、最有效的网络性能优化方案，通过移动边缘云降低网络时延，提高参与者的游戏体验。
2.2 云计算场景
作为云计算的延伸，边缘计算在处理局部的、实时性的数据上更有优势，因此能够更好地支撑本地业务的实时智能化处理。互联网云计算平台的提供商很多，然而5G边缘计算平台由于部署在電信网络边缘，因此电信运营商具有天然优势。电信运营商可以通过与第三方业务和内容提供商合作，提供5G边缘云计算平台服务，并借助无线网络资源能力，提供优于互联网云计算平台的位置跟踪、通信数据、局域专网等特殊服务。目前国内运营都在积极地进行5G网络布局，中国移动计划2019年在50个城市部署5万个5G基站，联通公司公布了《中国联通Edge-Cloud平台架构及产业生态白皮书》，中国电信提出5G MEC融合架构。基于边缘云的计算服务平台使电信运营商能够实施灵活的网络功能部署和可靠的支持基础架构，而平台的核心托管和服务功能还可以帮助第三方应用程序改善用户体验。为了在应用程序和网络价值之间获取最大的双赢效益，电信运营商正在实现管道建设者向绿色建筑商的数字化转型。
2.3 物联网场景
5G网络将给智能家居、智能城市、汽车网络、工业互联网等领域带来巨大的发展空间，然而物联网海量数据和实时处理的特点，对现有技术手段提出了挑战，而边缘计算恰恰可以满足这个需求。有机构预测，2020年将有超过500亿台设备与设备联网，而50%的物联网网络将面临网络带宽限制，40%的数据需要同时进行分析、处理和存储，边缘计算市场将超过1万亿美元，并将成为一个新兴市场。据估计，将应用服务器部署于5G边缘云，可在无线接入网络与现有应用服务器之间的回程线路上节省高达35%的带宽使用。
3 互联网应用场景
借助于电信运营商提供的移动边缘计算开放能力，第三方业务提供商可为终端用户直接带来全新功能以及体验的新型业务应用，象在线游戏、虚拟现实、人工智能等。通过移动边缘计算，可以为移动用户在5G网络环境下提供更好的AR/VR体验，在这种用户场景下，移动边缘计算通过无线网络数据确定用户位置，并将数据流实时提供给用户，边缘云上的本地增强现实服务器提供内容匹配计算和推送，实现本地实景和增强现实内容频道的高度聚合，为不在现场的用户带来独特的视角体验。在人工智能领域，特别是在图像识别方面，移动边缘计算服务器相对于移动终端在处理时间及功耗上有显著优势，移动终端可以把复杂的计算需求独立出来放到移动边缘云上，同时把有限的终端资源用于实时数据获取与结果显示，这意味着在不改进现有算法的情况下，通过引入移动边缘计算技术，就可通过降低服务器与移动终端之间的时延改善识别效果。因此许多现有终端无法实现的场景，在5G网络下都将成为现实。
4 结语
在4G时代，我们已经设想了5G技术将为我们的生活带来的变化，并且在5G技术的发展中，边缘计算技术起着至关重要的作用。象在车辆的互联网应用中，应用程序可以分析车辆数据和路边传感器，并利用边缘计算云发送危险警告和其他敏感延迟到附近车辆的信息。在智能机器人的应用中，边缘计算技术的应用可以提供更高效的计算能力，执行时间敏感的数据处理并将结果传输到终端设备。借助边缘计算技术，可以大大提高超高清视频用户的体验，优化用户的观看感知，减少延迟和初始等待时间，提高下载速度。可以看出，边缘计算技术适合不同的生活场景，成为5G改变社会的关键因素之一。
参考文献
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