边缘计算在5G中的应用研究

摘要：随着我国 5G 商用牌照的发放和 5G 网络建设的日益加快，边缘计算作为 5G 的关键技术之一，在靠近用户端即网络边缘就近提供内容分发和存储计算服务，以减少数据处理和服务交付的时延。本文通过分析边缘计算与云计算和内容分发网络的区别入手，着重研究了边缘计算在 5G 中的应用场景。

关键词：边缘计算；云计算；内容分发网络

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引言

新一代信息通信技术 5G 相比于 4G 等传统移动通信技术，具有更低的时延、更高的带宽、更可靠的性能和更广的连接，是实现万物互联的关键信息基础设施，也是当前经济社会数字化转型的重要驱动力量。为了满足垂直行业对网络大流量、低时延以及安全与隐私保护等方面的需求，提升网络数据处理效率，5G 在靠近用户的位置，即网络边缘提供数据处理和计算能力，这就是 5G 采用的关键技术之一边缘计算，它是一个融合了应用、存储、计算和网络核心能力的开放平台。

当前边缘计算采用的技术架构主要有两种，一是英特尔定义的架构，二是欧洲电信标准化协会定义的 MEC 架构。边缘计算的技术基本特点和属性主要体现为：联接性、分布性、约束性和融合性。

（一）联接性

为了实现应用场景的多样性以及对各种物理对象的联接，边缘计算需要具备丰富的联接功能，如各种网络拓扑、网络协议、网络接口、网络配置与部署等。联接性既要考虑与现有各种工业总线的互联互通，也要充分吸收借鉴网络领域的最新研究成果，如 SDN、NFV 等。

（二）分布性

由于边缘计算部署在网络边缘靠近用户端，所以具有分布式特点。这就要求在分布式存储和计算、分布式资源的统一管理和动态调度、分布式安全和智能能力等方面，边缘计算都能够实现这些要求。

（三）约束性

工业现场相对恶劣的运行环境与工作条件要求边缘计算需要具备防尘、抗电流 / 电压波动、防爆、防电磁、抗振动等功能。在工业互联场景下，对边缘计算设备的成本、功耗、空间等也有较高的要求。为了与各种约束条件相适应，支撑多样的行业数字化应用场景，边缘计算产品需要在软硬件优化与集成等方面加以重点考虑。

（四）融合性

行业数字化转型的重要基础是信息通信技术（ICT）与操作技术（0T）的融合。作为“OT”与“ICT”协同与融合的关键承载，边缘计算需要在数据、联接、管理、应用、控制、安全等方面支持它们之间的协同。

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边缘计算与云计算

边缘计算在靠近用户端的位置提供存储、计算、网络等基础设施，通过在该基础设施上为用户提供应用软件的部署和运行环境，就近为用户提供边缘云服务，它是云计算技术和网络演进发展的产物。移动边缘计算通过在无线接入网边缘或无线基站内部部署相应的边缘计算基础设施，来提供边缘位置的云计算服务，同时它还可以连接企业网络内部的私有云以实现混合云服务。一般来说其系统的核心设备是基于 IT 通用硬件平台构建，能提供基于该平台的虚拟化运行环境，并支持第三方应用在该虚拟环境中运行。

相比于传统云计算的集中部署模式，边缘计算解决了汇聚流量大、通信时延长等问题，为高带宽和低时延的业务提供了更好的支持。云计算和边缘计算各有所长，云计算能够在业务决策支撑、周期性维护等领域发挥优势，擅长于长周期、非实时、全局性的大数据处理和分析。在用户侧业务的就近实时智能化处理方面边缘计算能够发挥其特长，短周期、实时、局部的数据处理和分析更适用于边缘计算。因此边缘计算与云计算之间是互补协同关系，边缘计算在靠近用户侧先对数据进行采集和预处理，对于简单的数据业务可以实时处理并反馈给用户，对于复杂的数据业务则上传云计算端解决，经大数据处理分析后把结果下发到边缘侧。边云协同进一步放大了边缘计算和云计算的应用价值。

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边缘计算与 CDN

CDN 即内容分发网络，为了提高用户访问服务器的速度，使用户可就近取得所需内容，解决网络拥挤的状况，CDN 通过在 IP 承载网络架构中增加新的一层，将服务器的内容自动分发到分布在网络边缘接近用户侧的服务节点，从而提高内容交付的速度和效率。

边缘计算与 CDN 既有联系也有区别，两者之间相同之处也较多。首先是两者都是在数据流量和用户数量不断增加，用户体验要求提高的情况下产生。两者对传输响应速度都有较高要求，都尽可能地部署在网络的边缘。边缘计算的应用和主要处理节点一般都分布式部署在靠近用户端，这使得其在提供服务的可靠性、响应速度等方面要好于传统的云计算中心，而 CDN 的服务节点正好可以充分复用这些边缘计算处理节点，提供存储和传输等主要服务。两者之间的区别主要在于 CDN 提高节点传输数据的能力是通过缓存数据，主要依靠现有固定网络资源实现，侧重点在于传输能力。而边缘计算的侧重点在于计算能力，应用场景主要在移动业务方面，而且主要通过 5G 网络 UPF 来实现在边缘侧提供服务，所以其应用实现主要是依托于移动网络资源。CDN 主要应用在视频直播、视频点播和网站访问加速等场景，关注点是“加速”，在智能化的应用场景中出现极少。

由于边缘计算侧重于计算能力，并且具有智能化、低时延的特点，所在在智慧医疗、车联网等要求智能化的场景中应用较多。

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边缘计算的应用

（一）VR/AR

在 VR/AR 方面边缘计算的促进作用主要表现在随着 5G 技术应用的日益深入，5G 的大带宽、低时延、高可靠特性，以及边缘计算的技术特点能使 VR/AR 在传输方面的瓶颈被克服，从而增强用户的体验效果。

（二）车联网

随着物联网和 5G 技术的不断发展，传统交通技术迎来了新的变革，为了促进智慧交通体系建设，提高通行准备效率，可以通过车辆与车辆、人与车辆、车辆与交通设施之间的智能交互实现。边缘计算目前在车联网领域的应用主要集中在内容分发、资源调度、计算卸载、车载应用等方面。

（三）智慧城市

为了满足交通运输、医疗保健、环境保护和公共安全等各方面需求，智慧城市通过云计算、大数据和物联网等技术来改变社会运作和人们的生活方式。边缘计算将存储和计算下沉到边缘侧的服务器上，使网络的带宽压力和延迟更小，在实现智慧城市的过程中有着广泛的应用范围和独特的优势。如在智慧医疗方面，边缘计算与其它技术协同可以实现医疗数据分析、健康监测等。

边缘计算将是通信行业未来的重要发展方向之一，包括电信运营商、云服务提供商、设备商等都在积极布局，随着 5G 时代的到来，边缘计算有望与 5G 共同发展。

参考文献

[1] 赵 明 . 边 缘 计 算 技 术 及 应 用 综 述 [J]. 计 算 机 科学 ,2020(6A):95.

[2] 郭嵩 . 边缘计算与 CDN 协同技术 [J]. 电信科学 ,2019(S2):33.

[3] 边缘计算产业联盟与工业互联网产业联盟 . 边缘计算参考架构 3.0[R].2018.

（作者:陈丹梅，单位：中共辽宁省委党校）

本文首发于《软件与应用》...

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