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1、MEC的優勢
MEC 運行於網絡邊緣，邏輯上並不依賴於網絡的其他部分，這點對於安全性要求較高的應用來說非常重要。另外，MEC 服務器通常具有較高的計算能力，因此特別適合於分析處理大量數據。同時，由於 MEC 距離用戶或信息源在地理上非常鄰近，使得網絡響應用戶請求的時延大大減小，也降低了傳輸網和核心網部分發生網絡擁塞的可能性。最后，位於網絡邊緣的 MEC 能夠實時獲取例如基站 ID、可用帶寬等網絡數據以及與用戶位置相關的信息，從而進行鏈路感知自適應，並且為基於位置的應用提供部署的可能性，可以極大地改善用戶的服務質量體驗。
2、MEC架構
從 2014 年 12 月開始，ETSI MEC ISG 開始致力於 MEC 的研究，旨在提供在多租戶環境下運行第三方應用的統一規范。經過努力，ISG MEC 已經公布了關於 MEC 的基本技術需求和參考架構的相關規范。在參考文獻[1]中，ISG MEC 對MEC 的網絡框架和參考架構進行了定義。圖 1 是MEC 的基本框架，該框架從一個比較宏觀的層次出發，對 MEC 下不同的功能實體進行了網絡（network）、ME（mobile edge）主機水平（ME host level）和 ME 系統水平（ME system level）這 3 個層次的划分。其中，MEC 主機水平包含 MEC 主機（ME host）和相應的 ME 主機水平管理實體（ME host-level management entity），ME 主機又可以進一步划分為 ME 平台（ME platform）、ME 應用（ME application）和虛擬化基礎設施（virtualization infrastructure）。網絡水平主要包含 3GPP 蜂窩網絡、本地網絡和外部網絡等相關的外部實體，該層主要表示 MEC 工作系統與局域網、蜂窩移動網或者外部網絡的接入情況。最上層是 ME 系統水平的管理實體，負責對 MEC 系統進行全局掌控。
圖 2 是一個更為詳細的 MEC 參考架構，該架構在圖 1 所示的高水平框架的基礎之上還詳細定義了各個功能實體之間的相互關聯，並抽象出 3 種不同類型的參考點。其中，Mp 代表和 ME 平台應用相關的參考點，Mm 代表和管理相關的參考點，Mx 代表和外部實體相關的參考點。
在圖 2 所示架構下，ME 主機由 ME 平台、ME 應用和虛擬化基礎設施組成。虛擬化基礎設施可以為 ME 應用提供計算、存儲和網絡資源，並且可以為 ME 應用提供持續的存儲和時間相關的信息，它包含一個數據轉發平面來為從 ME 平台接收到的數據執行轉發規則，並在各種應用、服務和網絡之間進行流量的路由。ME 平台從 ME平台管理器、ME 應用或 ME 服務處接收流量轉發規則，並且基於轉發規則向轉發平面下發指令。另外，ME平台還支持本地域名系統（domain name system，DNS）代理服務器的配置，可以將數據流量重定向到對應的應用和服務。ME 平台還可以通過 Mp3 參考點與其他的 ME 平台進行通信，在分布式 MEC 系統的協作機制中，Mp3 參考點可以作為不同 ME 平台互聯的基礎。
ME 應用是運行在 ME 虛擬化基礎設施上的虛擬機實例，這些應用通過 Mp1 參考點與 ME 平台相互通信。Mp1 參考點還可提供標識應用可用性、發生 ME 切換時為用戶准備或重定位應用狀態等額外功能。
ME 平台管理器（ME platform manager，MEPM）具有 ME 平台元素管理、ME 應用生命周期管理以及 ME 應用規則和需求管理等功能。ME應用生命周期管理包括 ME 應用程序的創建和終止，並且為 ME 編排器（ME orchestrator，MEO）提供應用相關事件的指示消息。ME 應用規則和需求管理包括認證、流量規則、DNS 配置和沖突協調等。ME 平台和 MEPM 之間使用 Mm5 參考點，該參考點實現平台和流量過濾規則的配置，並且負責管理應用的重定位和支持應用的生命周期程序。Mm2 是操作支持系統（OSS）和 MEPM 之間的參考點，負責 ME 平台的配置和性能管理。Mm3是 MEO 和 MEPM 之間的參考點，負責為應用的生命周期管理和應用相關的策略提供支持，同時為 ME 的可用服務提供時間相關的信息。
MEO 是 ME 提供的核心功能，MEO 宏觀掌控 ME 網絡的資源和容量，包括所有已經部署好的 ME 主機和服務、每個主機中的可用資源、已經被實例化的應用以及網絡的拓撲等。在為用戶選擇接入的目標 ME 主機時，MEO 衡量用戶需求和每個主機的可用資源，為其選擇最為合適的 ME主機，如果用戶需要進行 ME 主機的切換，則由MEO 來觸發切換程序。MEO 與OSS 之間通過Mm1 參考點來觸發 ME 應用的實例化和終止。MEO 與虛擬化基礎設施管理器（VIM）之間通過Mm4 參考點來管理虛擬化資源和應用的虛擬機映像，同時維持可用資源的狀態信息。
從 ME 系統的角度來看，OSS 是支持系統運行的最高水平的管理實體。OSS 從面向用戶服務（customer-facing service，CFS）門戶和用戶終端（UE）接收實例化或終止 ME 應用的請求，檢查應用數據分組和請求的完整性和授權信息。經過OSS 認證授權的請求數據分組會通過 Mm1 參考點被轉發到 MEO 進行進一步處理。
CFS 門戶實體相當於第三方接入點，開發商使用該接口將自己開發的各種應用接入運營商的ME 系統中，企業或者個人用戶也可以通過該接口選擇其感興趣的應用，並指定其使用的時間和地點。CFS 通過Mx1 參考點與 OSS 實現通信。
用戶應用生命周期代理（user app LCM proxy）是供 ME 用戶使用來請求應用相關的實例化和終止等服務的實體。該實體可以實現外部雲和 ME 系統之間的應用重定位，負責對所有來自外部雲的請求進行認證，然后分別通過 Mm8 和Mm9 參考點發送給 OSS 和 MEO 做進一步處理。值得注意的是，LCM 只能通過移動網絡接入，Mx2 參考點提供了 UE 與 LCM 相互通信的基礎。
VIM 用於管理 ME 應用的虛擬資源，管理任務包括虛擬計算、存儲和網絡資源的分配和釋放，軟件映像也可以存儲在VIM上以供應用的快速實例化。同時，VIM 還負責收集虛擬資源的信息，並通過 Mm4 參考點和 Mm6 參考點分別上報給MEO 和 MEPM 等上層管理實體。
3、MEC、微雲及霧計算
微雲是由移動計算和雲計算融合而來的新型網絡架構元素，它代表移動終端、微雲和雲 3 層架構的中間層，可以被視作“盒子里的數據中心”。微雲是 OEC（Open Edge Computing）的研究成果，該項目最初由美國卡耐基梅隆大學發起，而后受到了包括 Intel（英特爾）、華為、Vodafone（沃達豐）在內的多家公司的廣泛支持，主要致力於對邊緣計算應用場景、關鍵技術和統一 API 的研究。OEC 基於 OpenStack 開源項目進行擴展，從而得到了微雲，目前其源碼以及搭建方法也可以在OEC 的官網上免費獲得。微雲的設計靈感來自於觸覺互聯網（tactile network），致力於實現信息的超低時延傳輸。相比於 MEC 和霧計算來說，微雲主要用於移動增強，能夠為移動設備提供豐富的計算資源，尤其關注邊緣的視頻分析應用，能夠提取邊緣數據的標簽和元數據並傳輸到雲，以實現高效的全局搜索。此外，微雲還可以直接運行在終端上，比如車輛、飛機等。
——”移動邊緣計算綜述”（李子姝（北京郵電大學）等. 《電信科學》2018.1）
Cloudlet是2009年由卡內基梅隆大學的Satyanarayanan和Bahl等人提出的移動雲計算的實現模式之一，稱為朵雲，也就是微雲，它很好的解決了移動雲計算中的高延遲問題。Cloudlet為擁有完整計算和存儲能力的計算機或計算機集群，且本地化的部署在與移動設備同一個局域網絡中，用戶不需要經過核心網就可直接連接到朵雲端。Cloudlet的架構圖如圖1-4所示，Cloudlet通過穩定的回傳鏈路與核心網雲端連接，將雲端計算服務前置，最大限度地發揮雲端的處理能力的同時，又能使用戶與計算資源的距離控制在一跳范圍內。這里所說的＂一跳＂范圍是指的Cloudlet—般會通過WIFI和用戶連接，WIFI覆蓋范圍內的移動設備都可以使用Cloudlet提供的計算和存儲服務。與普通的移動雲計算模式相比，Cloudlet同樣具有豐富的計算能力，且與移動用戶只存在一跳的傳輸距離，面對實時性要求較高的業務時，能夠有效地減少服務的延遲。Cloudlet這樣的移動雲計算實現模式雖然解決了高時延的問題，而它與用戶的連接靠的是本地局域網或者WIFI，導致用戶在使用移動雲計算服務的時候，移動性會受到極大的影響，不能做到“隨時隨地”地接入雲端。
為了使移動用戶能夠享有移動雲計算服務，時解決移動雲計算中的高時延、用戶移動性受限的問題，2012年，歐盟的FP7項目組提出了：基於聯合小小區的分布式計算、存儲、無線資源配置（Distributed computing, storage, and radio resource allocation over cooperative smallcells, ROPIC）項目。該項目提出賦予小小區基站額外的、有限的計算功能，稱這樣的基站為小小區雲增強型節點（SmallcellcloudenhancedeNodeB, SCceNB）。通過這樣的方式，移動用戶能夠在短距離內通過小小區蜂窩網，訪問雲計算服務器，獲得計算功能。SCceNB的部署場景如圖1-5所示，多個SCceNB連接着具有計算和存儲能力的微雲（Femtocloud），微雲控制器通過這些SCceNB給連接的用戶提供虛擬機和雲計算服務。與此同時，多個微雲連接至核心網內計算能力更強大的雲服務器。當用戶的計算請求能夠被本地的SCceNB或者微雲所服務的時候，數據的傳輸和計算就在本地端完成，當請求超出了微雲的能力時，數據會通過回傳鏈路傳輸到核心網的雲端完成計算。基於聯合小小區的分布式移動雲計算架構使得移動網絡資源和計算資源更接近用戶，提高了網絡和計算方面的可擴展性，解決了傳統移動運算的高時延問題。
——”基於移動邊緣計算的任務遷移策略研究”（鄧茂菲.北京郵電大學碩士畢業論文.2017.3）
霧計算是指將計算、通信、控制和存儲資源與服務分布給用戶或靠近用戶的設備與系統，從而將雲計算模式擴展到網絡邊緣。霧計算最初是由思科提出來的，更側重於在物聯網上的應用。2015 年 11月，ARM、思科、戴爾、英特爾、微軟和美國普林斯頓大學聯合成立了開放霧聯盟（Open Fog Consortium），該聯盟旨在通過開發開放式架構、分布式計算、聯網和存儲等核心技術以及實現物聯網全部潛力所需的領導力，加快霧計算的部署。Open Fog 架構利用開放的標准方法，將雲端的無縫智能與物聯網終端聯合在一起。2017 年 2 月，開放霧聯盟宣布發布了 Open Fog參考架構（reference architecture，RA），這是一個旨在支持物聯網、5G 和人工智能應用的數據密集型需求的通用技術架構，該架構為霧節點（智能互聯設備）與網絡、部署模式、層次模型和用例提供了一個中高層次的系統架構視圖，標志着霧計算向制定標准邁出了重要的一步，未來的工作將更偏向於新需求和底層細節的研究。
MEC 與微雲、霧計算的概念相似，其基本思想都集中在將雲計算能力遷移至網絡邊緣，都屬於邊緣計算的范疇。但三者在一些基本細節上仍存在一些需要區分之處，表 1 對這 3 種概念的不同之處進行了簡要的歸納和總結。
4、基於MEC的在線視頻系統
圖 3 是英特爾中國研究院與英特爾網絡平台事業部、中國移動及愛奇藝合作開發的一款在線視頻系統。該系統利用 MEC 進行視頻加速，視頻提供商利用 MEC 的計算、存儲和網絡功能，通過對用戶視頻請求數據分組進行分析，為特定的高清付費用戶提供充足帶寬，以保證其觀看體驗。OTT（互聯網應用服務） 在使用上述系統時，無需對自己的應用網絡進行架構性變動，由此可以大幅降低使用成本，加速業務創新。該系統目前已在業界知名的世界移動通信大會（Mobile World Congress，MWC）上現身，並引起廣泛關注，並被 ETSI MEC ISG采納為典型業務場景之一。
5、MEC應用於VR
中興也提出了基於 5G 的 MEC 解決方案，該方案適用於 VR 這一典型應用場景。MEC部署在 RAN 或 C-RAN（cloud RAN）側以獲取利於統計分析的關鍵信息，提供低時延的本地化業務服務。運營商不僅可以有效減少核心網的網絡負載，還能通過本地化的部署，提供實時性高、低時延的 VR 體驗，增強 VR 實時互動。該系統的架構如圖 4 所示。
6、MEC關鍵技術
（1）虛擬化技術
虛擬化技術與網絡的結合催生了網絡功能虛擬化（network function virtualization，NFV）技術，該技術將網絡功能整合到行業標准的服務器、交換機和存儲硬件上，並且提供優化的虛擬化數據平面，可通過服務器上運行的軟件實現管理從而取代傳統的物理網絡設備。
（2）雲技術
雲技術與移動網絡的結合還促進了C-RAN 這一創新性應用的產生。C-RAN將原本位於基站的基帶處理單元等需要耗費計算和存儲資源的模塊遷移到雲上，在很大程度上解決了基站的容量受限問題，提高了移動網絡的系統能量效率。
MEC 技術在網絡邊緣提供計算和存儲資源，NFV 和雲技術能夠幫助 MEC 實現多租戶的共建。由於 MEC 服務器的容量相對於大規模數據中心來說還是較小，不能提供大規模數據中心帶來的可靠性優勢，所以需要結合雲技術引入雲化的軟件架構，將軟件功能按照不同能力屬性分層解耦地部署，在有限的資源條件下實現可靠性、靈活性和高性能。
（3）SDN技術
SDN 技術是一種將網絡設備的控制平面與轉發平面分離，並將控制平面集中實現的軟件可編程的新型網絡體系架構。SDN 技術采用集中式的控制平面和分布式的轉發平面，兩個平面相互分離，控制平面利用控制—轉發通信接口對轉發平面上的網絡設備進行集中控制，並向上提供靈活的可編程能力，這極大地提高了網絡的靈活性和可擴展性。
利用 SDN 技術將核心網的用戶面和控制面進行分離，可以實現網關的靈活部署，簡化組網。在參考文獻[2]中，結合 NFV 技術、SDN 技術和 MEC，設計了一個新型的移動網絡系統 SD-MEC。該系統在不同接入點分布式部署 MEC 服務器，將業務進行本地卸載，從而降低了核心網的信令開銷，降低了由於長距離傳輸而發生網絡突發狀況的可能性，增強了用戶的服務質量體驗。另外，SD-MEC 有專門的控制器對系統進行管控，從而降低了管理的復雜性，同時使得新服務的部署變得更加靈活。
7、MEC與CDN
研究表明，在移動數據流量中有超過一半的部分是視頻流量，並且該比例呈逐年上升趨勢。從用戶角度來說，觀看視頻可以分為點播和直播。點播是指在被請求視頻已經存在於源服務器的情況下用戶向視頻服務器發送視頻觀看請求，直播則指在內容產生的同時用戶對內容進行觀看。在傳統的視頻系統中，內容源將產生的數據上傳到Web 服務器，然后再由 Web 服務器響應用戶的視頻請求。在這種傳統方式下，內容基於 TCP 和HTTP 進行下載，或是以流的形式傳遞用戶。但是TCP 並不能快速適應 RAN 的變化，信道環境改變、終端的加入和離開等都會導致鏈路容量的變化，另外，這種長距離的視頻傳輸也增大了鏈路故障的概率，同時造成很大的時延，從而不能保證用戶的服務質量體驗。為了改善上述問題，當下學術界和產業界普遍采用 CDN 分發機制，將內容分發到各個 CDN 節點上，再由各個 CDN 節點響應對應區域中的用戶請求。CDN 分發機制的引進的確在一定程度上緩解了上述問題，但這種改進對於直播這種高並發，並且對實時性和流暢性要求很高的場景來說仍然有力不從心之處。
MEC 技術的引入可以解決上述問題，內容源可以直接將內容上傳到位於網絡邊緣的 MEC 服務器，再由 MEC 服務器響應用戶的視頻請求，這樣可以極大地降低用戶觀看視頻的時延。同時，由於MEC 具有強大的計算能力，可以實時感知鏈路狀態並根據鏈路狀態對視頻進行在線轉碼，從而保障視頻的流暢性，實現智能視頻加速。另外，MEC服務器還可以負責本區域用戶的空口資源的分配和回收，從而增加網絡資源的利用率。
8、MEC運用於車聯網
車聯網場景下有大量的終端用戶，如車輛、道路基礎設施、支持 V2X 服務的智能手機等，同時對應着多種多樣的服務，例如一些緊急事件的廣播等基本的道路安全服務以及一些由應用開發商和內容提供商提供的增值服務，例如停車定位、增強現實或其他娛樂服務等。MEC 服務器可以部署於沿道路的 LTE 基站上，利用車載應用和道路傳感器接收本地信息，對其加以分析。並對那些優先級高的緊急事件以及需要進行大量計算的服務進行處理，從而確保行車安全、避免交通堵塞，同時提升車載應用的用戶體驗。在此方面，德國已經研發了數字高速公路試驗台來提供交通預警服務，該試驗台用於在 LTE 環境下在同一區域內進行車輛預警消息的發布[3]。
9、MEC服務器部署場景
在設計 MEC 解決方案時，還必須考慮 MEC服務器在網絡中的部署位置。MEC 服務器可以被部署在網絡的多個位置，例如可以位於 LTE 宏基站（eNode B）側、3G 無線網絡控制器（radio network controller，RNC）側、多無線接入技術（multi-radio access technology，multi-RAN）蜂窩匯聚點側或者核心網邊緣。本節旨在介紹 MEC 服務器的幾個主要的部署場景，並且對不同部署方式的優勢和存在問題加以簡要分析。
<<1>> 4G EPC 架構下的 MEC 部署
（1）MEC 服務器部署在無線接入網（RAN）側
如圖 5 所示，MEC 可以部署在 RAN 側的多個eNode B 匯聚節點之后，這是目前比較常見的部署方式。MEC 服務器也可以部署在單個 eNode B 節點之后，如圖 6 所示，這種方式適合學校、大型購物中心、體育場館等熱點區域下 MEC 的部署。將 MEC 服務器部署在 RAN 側的優勢在於可以更方便地通過監聽、解析 S1 接口的信令來獲取基站側無線相關信息，但是該方案需要進一步解決計費和合法監聽等安全性問題。
（2）MEC 服務器部署在核心網（CN）側
MEC 服務器也可以部署在核心網邊緣，在PGW 之后（或與 PGW 集成在一起），從而解決RAN 部署方案下的計費和安全問題。但部署在核心網側會存在距離用戶較遠、時延較大和占用核心網資源的問題。圖 7 所示方案是不改變現有的 EPC架構，將 MEC 服務器與 PGW 部署在一起。UE 發起的數據業務經過 eNode B、匯聚節點、SGW、PGW+MEC 服務器，然后到互聯網。圖 8 所示方案需要改變現有的 EPC 架構，將原 PGW 拆分成P1GW 和 P2GW（即 DGW），其中，P1GW 駐留在原位置，DGW 下移到 RAN 側或者核心網邊緣，DGW 負責計費、監聽、鑒權等功能，MEC 服務器和 DGW 部署在一起。在此方案下，P1GW 和 DGW之間為私有接口，需由同一設備廠商提供。
<<2>> 5G 架構下的 MEC 部署
如圖 9 所示，在 5G 架構下，MEC 服務器也有兩種部署方式，分別如圖 9 中 MEC 服務器 1和 MEC 服務器 2。MEC 服務器可以部署在一個或多個 Node B 之后，使數據業務更靠近用戶側，如圖 9 中粗實線所示，UE 發起的數據業務經過Node B、MEC 服務器 1，然后到達互聯網，同樣地，在該方式下計費和合法監聽問題需進一步解決。MEC 服務器也可以部署在用戶平面網關GW-UP 后，如圖 9 中粗虛線所示，UE 發起的數據業務經過 Node B、GW-UP、MEC 服務器 2，最后到達互聯網，同理，此部署方法將以犧牲一部分時延為代價。
——”移動邊緣計算綜述”（李子姝（北京郵電大學）等. 《電信科學》2018.1）
[1]ETSI. Mobile edge computing (MEC); framework and reference architecture[S]. 2016.
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[3]AHMED A, AHMED E. A survey on mobile edge computing[C]//2016 10th International Conference on Intelligent Systems and Control (ISCO), Jan 7-8, 2016, Coimbatore, India. Piscataway: IEEE Press, 2016: 1-8.
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