科普：5G及移动边缘计算

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1、1G~5G发展变革

1G：实现了模拟语音通信，大哥大没有屏幕只能打电话；

2G：实现了语音通信数字化，功能机有了小屏幕可以发短信了；

3G：能够提供数据业务，实现了语音以外图片等的多媒体通信，屏幕变大可以看图片了；

4G：提供了3G不能满足的无线网络宽带化，主要提供数据业务，实现局域高速上网，大屏智能机可以看短视频了，但在城市信号好，老家信号差。

5G：是移动互联网和物联网快速发展后的第五代移动通信系统，主要特点是超宽带，超高速度，超低延时。

1G和2G满足了无线通话需求，3G和4G主要集中在移动宽带业务，旨在解决人与人之间的连接，而5G则着眼于实现“万物互联”。可见5G的业务形态将发生很大变化，将是多业务多技术融合的网络。

5G的三大应用场景：

（1）增强移动宽带业务：如高清视频、远程医疗、远程办公、远程教育等更为丰富的融合通信体验。

（2）超高可靠与超低时延服务场景：如面向车联网、工业控制等垂直行业的极端性能需求，为用户提供毫秒级的端到端时延和/或接近 100%的业务可靠性保证。

（3）大规模机器类通信：如针对IoT大规模部署的应用场景、面向局部热点区域为用户提供极高数据传输速率和极高网络流量密度的场景等。

2、移动边缘计算（MEC）

MEC的起源

移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）最初于2013年在IBM和Nokia Siemens共同推出的一款计算平台上出现。之后，各大电信标准组织开始推动移动边缘计算的规范化工作。根据欧洲电信标准协会（ETSI）的定义，移动边缘计算侧重在移动网边缘提供IT服务环境和云计算能力，强调靠近移动用户以减少网络操作和服务交付的时延。

MEC的概念内涵

移动边缘计算是一种可将计算能力由云端下沉到网络边缘侧，进一步提高数据处理与传输效率的新型计算技术，它可利用无线接入网络就近提供电信用户IT所需服务和云端计算功能，而创造出一个具备高性能、低延迟与高带宽的电信级服务环境，加速网络中各项内容、服务及应用的快速下载，让消费者享有不间断的高质量网络体验。

欧洲电信标准协会（ETSI）对MEC的定义：“在移动网络边缘提供IT服务环境和云计算能力”。同时该定义强调了MEC需靠近移动用户或数据源头，以减少网络操作和服务交付的时延，提高用户体验。

移动边缘计算已成为5G通信、工业4.0和智能制造的重要支撑技术。

MEC的工作原理

移动边缘计算通过无线网络和互联网两类技术有效的融合，并在无线网络侧增加计算、存储、处理等功能，构建一个开放式平台。同时通过无线API开放无线网络与业务服务器之间的信息交互，来对无线网络与业务进行融合，将传统的无线基站与互联网联通后升级为智能化基站，为用户提高更高效的服务。

MEC的关键技术

（1）网络开放：MEC可提供平台开放能力，在服务平台上集成第三方应用或在云端部署第三方应用。

（2）能力开放：通过公开API的方式为运行在MEC平台主机上的第三方MEC应用提供包括无线网络信息、位置信息等多种服务。能力开放子系统从功能角度可以分为能力开放信息、API和接口。API支持的网络能力开放主要包括网络及用户信息开放、业务及资源控制功能开放。

（3）资源开放：资源开放系统主要包括IT基础资源的管理（如CPU、GPU、计算能力、存储及网络等），能力开放控制以及路由策略控制。

（4）管理开放：平台管理系统通过对路由控制模块进行路由策略设置，可针对不同用户、设备或者第三方应用需求，实现对移动网络数据平面的控制。

（5）本地转发：MEC可以对需要本地处理的数据流进行本地转发和路由。

（6）计费和安全。

（7）移动性：终端在基站之间移动，在小区之间移动，跨MEC平台的移动。

MEC的业务场景

MEC有着非常大的应用前景。ETSI（欧洲电信标准协会）于2016年4月18日发布了与MEC相关的重量级标准，对MEC的七大业务场景作了规范和详细描述，具有很大参考价值：

1、智能移动视频加速

2、监控视频流分析

3、AR（增强现实）

4、密集计算辅助

5、在企业专网之中的应用

6、车联网

7、IoT（物联网）网关服务

MEC的重要优势

移动边缘计算MEC把无线网络和互联网两者技术有效融合在一起，并在无线网络侧增加计算、存储、处理等功能，构建了开放式平台以植入应用，并通过无线API开放无线网络与业务服务器之间的信息交互，对无线网络与业务进行融合，将传统的无线基站升级为智能化基站。面向业务层面（物联网、视频、医疗、零售等），移动边缘计算可向行业提供定制化、差异化服务，进而提升网络利用效率和增值价值。同时候移动边缘计算的部署策略（尤其是地理位置）可以实现低延迟、高带宽的优势。MEC也可以实时获取无线网络信息和更精准的位置信息来提供更加精准的服务。

据估计，将应用服务器部署于无线网络边缘，可在无线接入网络与现有应用服务器之间的回程线路（Backhaul）上节省高达35%的带宽使用。到2018年，来自游戏、视频和基于数据流的网页内容将占据84%的IP流量，这要求移动网络提供更好的体验质量。利用边缘云架构，可使用户体验到的网络延迟降低50%。

MEC的技术特征

主要体现为：邻近性、低时延、高宽带和位置认知。

（1）邻近性：由于移动边缘计算服务器的布置非常靠近信息源，因此边缘计算特别适用于捕获和分析大数据中的关键信息，此外边缘计算还可以直接访问设备，因此容易直接衍生特定的商业应用。

（2）低时延：由于移动边缘计算服务靠近终端设备或者直接在终端设备上运行，因此大大降低了延迟。这使得反馈更加迅速，同时也改善了用户体验，大大降低了网络在其他部分中可能发生的拥塞。

（3）高带宽：由于移动边缘计算服务器靠近信息源，可以在本地进行简单地数据处理，不必将所有数据或信息都上传至云端，这将使得核心网传输压力下降，减少网络堵塞，网络速率也会因此大大增加。

（4）位置认知：当网络边缘是无线网络的一部分时，无论是WiFi还是蜂窝，本地服务都可以利用相对较少的信息来确定每个连接设备的具体位置。

移动边缘计算的基本组件包括：路由子系统、能力开放子系统、平台管理子系统及边缘云基础设施。前3个子系统部署于移动边缘计算服务器内，而边缘云基础设施则由部署在网络边缘的小型或微型数据中心构成。

移动边缘计算系统的核心设备是基于IT通用硬件平台构建的MEC服务器。移动边缘计算系统通过部署于无线基站内部或无线接入网边缘的云计算设施（即边缘云），以提供本地化的公有云服务，并可连接其它网络（如企业网）内部的私有云实现混合云服务。移动边缘计算系统提供基于云平台的虚拟化环境，支持第三方应用在边缘云内的虚拟机(VM)上运行。相关的无线网络能力可通过MEC服务器上的平台中间件向第三方应用开放。

MEC的市场需求

据Gartner报告，全球联网的物联网设备至2020年将高达500亿台，数据将呈爆发式增长，一方面意味着海量数据的产生，另一方面，这类连接设备往往还需要进行智能计算。未来超过50%的数据需要在网络边缘侧分析、处理与储存。MEC将提供这样一个强大的平台，解决未来网路重的拥塞、容量问题。

MEC的发展趋势

海量数据带来的问题是存储不便、计算结果的迟滞性。云计算是解决该问题的方法之一。在面临如此庞大的数据量时，云计算可以为大数据提供存储和计算支持。但是物联网产生的大量数据如果完全由云计算进行处理，那么网络边缘侧产生的数据就需要全部通过网络上传到云端，不仅传输时间将非常长，传输代价也很大。更重要的是，由于数据是先上传至云端，再反馈于终端执行，数据处理效率将大打折扣。

对于数据处理的时效性要求，如果完全依靠云计算，传输时间及反馈时间将会使得数据处理效率大打折扣。而如果先通过移动边缘计算进行简单初步的处理，对于复杂的数据再上传至云端，通过云计算解决，这样既可以解决数据处理的时效性问题，同时降低传输成本，又可以减轻云计算的压力。因此，云计算与移动边缘计算配合的运行模式是这样的：边缘端先对数据进行预处理，提取特征传输给云端再进行计算分析。

以智能驾驶为例，在监测到车子前方有障碍物时，如果无法及时智能化处理，控制方向躲避障碍物，而是先传入云端，再反馈回终端的的话，极小的延迟，都有可能导致车祸的发生。

而如此大量的设备需要智能化计算，仅仅依靠云计算是难以完成的。因此，面对未来物联网时代产生的大量连接与大量数据，就需要重新考虑网络布局。举个例子，一段网红的短视频约为10MB，如果一个区域内有1000个人观看这段视频就会产生10GB的网络流量。在这过程中，实际上这段视频内容从互联网到移动网络内被重复发送了1000遍，99.9%的网络带宽被浪费了，如果将视频缓存在靠近边缘侧的节点，将大量节省带宽。

物联网的数据特征是多样化、异构性、海量性和高增长。因此，数据的筛选与及时处理便对目前的网络架构构成了挑战。根据国际电信联盟（ITU）的调查结果，在物联网时代，数据处理效率与有效信息抓取是使用者面临的主要问题，分别有44%和36%的受访人群认为数据量太大以及有效信息难以抓取是主要问题。

传统的观点认为解决数据多样化与异构性应当从基础软件入手，不同的微型设备可能需要不同的操作系统，不同的感知信息需要不同的数据结构和数据库，不同的系统需要采用不同的中间件。这三个系统的正确选择可以屏蔽数据的异构性。但采取这种方式，成本支出将是巨大的。而移动边缘计算可以首先对数据进行筛选，将筛选后的数据再上传至云端，从而实现数据的顺利传递、过滤、融合，对及时、正确感知数据具有重要意义。

对于物联网数据的海量性与高增长性问题，如果直接去建设更多更大的数据中心会极大地增加管理成本并且使得系统可靠性下降。而移动边缘计算作一个十分靠近终端信息源的小型信息中心，将应用、处理和存储推向移动边界，使得海量数据可以正常处理，而不必完全去建设更多的数据中心。这也就意味着随着技术的不断进步，移动设备还能够为人们提供计算、存储的资源，这可以被理解成是云的一部分，进而形成移动设备云。5G云化的发展趋势也将体现在：从中心云到边缘云 ，从边缘云到移动设备云这两个方面。

在查找资料的时候不禁思索：5G会云化吗？MEC技术会颠覆商业生态吗？