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2.1.4 边缘计算和5G

5G技术以“大容量、大带宽、大连接、低时延、低功耗”为诉求。联合国国际电信联盟(ITU-R)对5G定义的关键指标包括:峰值吞吐率10Gb/s、时延1ms、连接数100万、移动速度500km/h。

1.高速度

相对于4G,5G要解决的第一个问题就是高速度。只有提升网络速度,用户体验与感受才会有较大提高,网络才能在面对VR和超高清业务时不受限制,对网络速度要求很高的业务才能被广泛推广和使用。因此,5G第一个特点就定义了速度的提升。

其实和每一代通信技术一样,很难确切说出5G的速度到底是多少。一方面,峰值速度和用户的实际体验速度不一样,不同的技术在不同的时期速率也会不同。对于5G的基站峰值要求不低于20Gb/s,随着新技术的使用,还有提升的空间。

2.泛在网

随着业务的发展,网络业务需要无所不包,广泛存在。只有这样才能支持更加丰富的业务,才能在复杂的场景上使用。泛在网有两个层面的含义:广泛覆盖和纵深覆盖。广泛是指在社会生活的各个地方需要广覆盖。高山峡谷如果能覆盖5G,可以大量部署传感器,进行环境、空气质量,甚至地貌变化、地震的监测。纵深覆盖是指虽然已经有网络部署,但是需要进入更高品质的深度覆盖。5G的到来,可把以前网络品质不好的卫生间、地下车库等环境都用5G网络广泛覆盖。

在一定程度上,泛在网比高速度还重要。只建一个少数地方覆盖、速度很高的网络,并不能保证5G的服务与体验,而泛在网才是5G体验的一个根本保证。

3.低功耗

5G要支持大规模物联网应用,就必须有功耗的要求。如果能把功耗降下来,让大部分物联网产品一周充一次电,甚至一个月充一次电,就能大大改善用户体验,促进物联网产品的快速普及。eMTC基于LTE协议演进而来,为了更加适合物与物之间的通信,对LTE协议进行了裁剪和优化。eMTC基于蜂窝网络进行部署,其用户设备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽,可以直接接入现有的LTE网络。eMTC支持上下行最大1Mb/s的峰值速率。而NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180kHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。

4.低时延

5G的新场景是无人驾驶、工业自动化的高可靠连接。要满足低时延的要求,需要在5G网络建构中找到各种办法,降低时延。边缘计算技术也会被采用到5G的网络架构中。

5.万物互联

在传统通信中,终端是非常有限的,在固定电话时代,电话是以人群定义的。而手机时代,终端数量有了巨大爆发,手机是按个人应用定义的。到了5G时代,终端不是按人来定义,因为每人可能拥有数个终端,每个家庭也可能拥有数个终端。

社会生活中大量以前不可能联网的设备也会进行联网工作,更加智能。井盖、电线杆、垃圾桶这些公共设施以前管理起来非常难,也很难做到智能化,而5G可以让这些设备都成为智能设备,利于管理。

6.重构安全

传统的互联网要解决的是信息高速、无障碍的传输,自由、开放、共享是互联网的基本精神,但是在5G基础上建立的是智能互联网。智能互联网不仅要实现信息传输,还要建立起一个社会和生活的新机制与新体系。智能互联网的基本精神是安全、管理、高效、方便。安全是5G之后的智能互联网第一位的要求。如果5G无法重新构建安全体系,那么会产生巨大的破坏力。

在5G的网络构建中,在底层就应该解决安全问题,从网络建设之初,就应该加入安全机制,信息应该加密,网络并不应该是开放的,对于特殊的服务需要建立起专门的安全机制。网络不是完全中立、公平的。

如图2-4所示,在目前的网络架构中,由于核心网的高位置部署传输时延比较高,不能满足超低时延业务需求;此外,业务完全在云端终结并非完全有效,尤其一些区域性业务不在本地终结,既浪费带宽,也增加时延。因此,时延指标和连接数指标决定了5G业务的终结点不可能全部在核心网后端的云平台,移动边缘计算正好契合该需求。一方面,移动边缘计算部署在边缘位置,边缘服务在终端设备上运行,反馈更迅速,解决了时延问题;另一方面,移动边缘计算将内容与计算能力下沉,提供智能化的流量调度,将业务本地化,内容本地缓存,让部分区域性业务不必大费周章地在云端终结。

图2-4 5G网络架构需求驱动边缘计算发展

5G三大应用场景之一的“低功耗大连接”要求能够提供具备超千亿网络连接的支持能力,满足每平方千米100万个的连接密度指标要求,在这样的海量数据以及高连接密度指标的要求下,保证低时延和低功耗是非常重要的。5G甚至提出1ms端到端时延的业务目标,以支持工业控制等业务的需求。要实现低时延以及低功耗,需要大幅度降低空口传输时延,尽可能减少转发节点,缩短源到目的节点之间的“距离”。

目前的移动技术对时延优化并不充分,LTE技术可以将空口吞吐率提升10倍,但对端到端的时延只能优化3倍。其原因在于当大幅提升空口效率以后,网络架构并没有充分优化反而成了业务时延的瓶颈。LTE网络虽然实现了2跳的扁平架构,但基站到核心网往往会距离数百千米,途经多重会聚、转发设备,再加上不可预知的拥塞和抖动,根本无法实现低时延的保障。

移动边缘计算部署在移动边缘,将把无线网络和互联网技术有效地融合在一起,并在无线网络侧增加计算、存储、处理等功能,构建移动边缘云,提供信息技术服务环境和云计算能力。由于应用服务和内容部署在移动边缘,可以缩短数据传输中的转发时间和处理时间,降低端到端时延,满足低时延要求。在网络拥堵严重影响移动视频观感的情况下,移动边缘计算是一个好的解决方法。

1)本地缓存。由于移动边缘计算服务器是一个靠近无线侧的存储器,可以事先将内容缓存至移动边缘计算服务器上。在有观看移动视频需求时,即用户发起内容请求,移动边缘计算服务器立刻检查本地缓存中是否有用户请求的内容,如果有就直接提供服务;如果没有,则去网络服务提供商处获取,并缓存至本地。在其他用户下次有该类需求时,可以直接提供服务。这样便降低了请求时间,也解决了网络堵塞问题。

2)跨层视频优化。此处的跨层是指“上下层”信息的交互反馈。移动边缘计算服务器通过感知下层无线物理层吞吐率,服务器(上层)决定为用户发送不同质量、清晰度的视频,在减少网络堵塞的同时提高线路利用率,从而提升用户体验。

3)用户感知。根据移动边缘计算的业务和用户感知特征,可以区分不同需求的客户,确定不同服务等级,实现对用户差异化的无线资源分配和数据包时延保证,合理分配网络资源以提升整体的用户体验。 NsM37IeyEpD9mWx5t7HKmI4DjVHJtN0XzS9nZbaJTx7hvIH5MbTsljLiShhWPjX4

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