基于云協(xié)同的聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)

江雪蓮

摘要：現(xiàn)行的聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)在實際中服務響應延時較長，且網(wǎng)絡帶寬利用率較低，整體缺乏協(xié)同性。文章提出一種基于云協(xié)同的聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)方案，對網(wǎng)絡架構(gòu)邊緣云開通、行業(yè)云開通、共享邊緣云開通、行業(yè)云開通以及云網(wǎng)協(xié)同開通等功能進行設計，由數(shù)據(jù)層與控制層搭建網(wǎng)絡服務架構(gòu)，利用模型對網(wǎng)絡服務標識與描述，通過網(wǎng)絡服務云協(xié)同計算，對邊緣網(wǎng)絡資源協(xié)同分配，將功能映射到網(wǎng)絡服務架構(gòu)上，實現(xiàn)了基于云協(xié)同的聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)搭建。經(jīng)實驗證明，文章構(gòu)建的網(wǎng)絡架構(gòu)服務響應延時較短，并且?guī)捓寐瘦^低，具有良好的應用前景。

關鍵詞：云協(xié)同；聯(lián)通MEC；網(wǎng)絡架構(gòu)；帶寬利用率；服務標識

中圖分類號：TN929.5

文獻標志碼：A

0 引言

大型2B客戶往往節(jié)點遍布全國，存在邊緣與中心互聯(lián)、邊緣與邊緣互聯(lián)的需求，邊緣云可以滿足客戶對實時性、安全性要求較高的應用需求^［1］。云網(wǎng)一體給邊緣云提供敏捷供給與服務，邊緣云作為創(chuàng)新產(chǎn)品，需要與中心云（公有云、行業(yè)云等）打通生態(tài)，互利多贏。作為創(chuàng)新產(chǎn)品，邊緣云需要適配云網(wǎng)一體的框架，實現(xiàn)一體化供給、運營及服務，提升客戶感知，持續(xù)打造領先口碑。傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)存在網(wǎng)絡服務延時較長、網(wǎng)絡帶寬利用率較低等缺陷，已經(jīng)無法滿足實際需求。為此，文章提出基于云協(xié)同的聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)。

1 網(wǎng)絡架構(gòu)功能需求

本次設計的聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)功能需求主要包括邊緣云開通、行業(yè)云開通、共享邊緣云開通、行業(yè)云開通以及云網(wǎng)協(xié)同開通。其中邊緣云開通下單渠道為政企中臺，主要受理無云主機相關信息，開通流程：客戶經(jīng)理在政企中臺下單；平臺將訂單轉(zhuǎn)發(fā)給創(chuàng)新融合平臺；創(chuàng)新融合平臺運維人員聯(lián)系客戶獲取資源的信息；網(wǎng)絡人員規(guī)劃VPC ID、子網(wǎng)信息，配置網(wǎng)絡；通知運維人員人工先創(chuàng)建租戶，再創(chuàng)建云主機，采用默認安全組，針對該類業(yè)務根據(jù)用戶、資源池和云主機IP定位云主機；運維人員反饋云主機賬號和云主機IP^［2］。網(wǎng)絡開通包含以下4種場景：云主機內(nèi)網(wǎng)自動化開通、云主機訪問公網(wǎng)權(quán)限自動化開通、云主機訪問5G網(wǎng)絡權(quán)限自動化開通、云主機訪問專線權(quán)限自動化開通；實現(xiàn)云邊協(xié)同產(chǎn)品的同開同停；實現(xiàn)云邊網(wǎng)絡的可視化運維^［3］。共享邊緣云開通功能需求主要為解析MEC訂單，按照《20220401中國聯(lián)通MEC邊緣云Edge-OSS與政企中臺接口規(guī)范v1.0》規(guī)范解析訂購、變更、銷戶業(yè)務訂單數(shù)據(jù)；訂單展示，支持在界面查詢訂單云主機信息^［5］。訂單狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖1所示。

2 邊緣網(wǎng)絡服務架構(gòu)搭建

根據(jù)網(wǎng)絡架構(gòu)功能需求，搭建聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡服務架構(gòu)。服務架構(gòu)由數(shù)據(jù)層與控制層組成，其中數(shù)據(jù)層由無線接入點、接口以及SDN協(xié)議組成，接口包括解析邊緣mec訂購業(yè)務接口、解析mec修改業(yè)務接口、解析mec刪除業(yè)務接口、邊緣節(jié)點查詢接口、訂單進度查詢接口等應用程序接口，通過接口與控制層中控制器、云服務器等設備連接，接收控制層中的網(wǎng)絡信息。控制層由SDN控制器、云服務器、邊緣服務器組成，采用集中式部署方式部署各個控制設備、服務設備?？刂破魇蔷W(wǎng)絡架構(gòu)的核心，主要用于對整個聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡集中控制和資源調(diào)度。

3 網(wǎng)絡服務標識

為了實現(xiàn)網(wǎng)絡服務架構(gòu)中海量服務/資源的動態(tài)發(fā)現(xiàn)定位以及網(wǎng)絡服務信息的云同步下發(fā)，利用全維可定義的服務標識模型對網(wǎng)絡服務信息標識與描述。將聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡服務標識定義為一組多維數(shù)組，其用公式表示如下：

W=｛C，X，Z，H｝（1）

式中，W表示邊緣網(wǎng)絡服務獲取所需的全維參數(shù)；C表示服務位置信息維度；X表示服務類型信息維度；Z表示服務性能信息維度；H表示服務安全信息維度。利用模型對全維參數(shù)表示，其用公式表示為：

式中，SID表示邊緣網(wǎng)絡服務標識；a₁表示位置信息維度中自治系統(tǒng)（AS）號；a₂表示客戶端經(jīng)緯度；a₃表示移動位置；a₄表示衛(wèi)星軌道；b₁表示類型信息維度中的視頻服務；b₂表示應用服務；b₃表示網(wǎng)絡傳輸服務；c₁表示性能信息維度中的質(zhì)量要求/性能；c₂表示帶寬要求/性能；c₃表示時延要求/性能；c₄表示分組丟失要求/性能；d₁表示安全信息維度中的信譽等級；d₂表示保密系數(shù)；d₃表示安全等級；d₄表示完整性。利用上述公式對邊緣網(wǎng)絡服務標識，為后續(xù)邊緣網(wǎng)絡資源云協(xié)同計算奠定基礎。

4 基于云協(xié)同的網(wǎng)絡架構(gòu)搭建

利用云協(xié)同技術(shù)與邊緣計算技術(shù)對網(wǎng)絡資源協(xié)同分配，將功能映射到服務架構(gòu)上，從而搭建一個完整的聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)。用戶應用服務被標識后，通過云協(xié)同計算，將標識后的服務協(xié)同分配到邊緣服務器上，由邊緣服務器對服務做出響應。服務協(xié)同分配過程分為服務上傳、處理、下載3個部分，根據(jù)移動設備下行鏈路傳輸速率，服務分配到各個邊緣服務器所需的時延為：

式中，T表示應用服務分配到邊緣服務器所需的時延；t₁表示服務上傳時延；t₂表示服務處理時延；V表示移動設備的計算任務數(shù)據(jù)大?。籷表示移動設備下行鏈路傳輸速率；S表示移動設備應用服務的計算需求；p表示應用服務的計算資源分配變量。

5 實驗論證

5.1 實驗準備與設計

為了驗證本次提出的基于云協(xié)同的聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)搭建方案的合理性與可行性，選擇某兩個傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)為對比，分別為基于SDN與基于PTN技術(shù)，以下用傳統(tǒng)架構(gòu)1與傳統(tǒng)架構(gòu)2表示。實驗使用Python程序設計實驗模型，模擬邊緣云開通、行業(yè)云開通、共享邊緣云開通、行業(yè)云開通以及云網(wǎng)協(xié)同開通等服務請求，并將服務請求接入邊緣服務器。在實驗中所有的應用服務請求數(shù)據(jù)被分成不同數(shù)目，并生成大小統(tǒng)一的服務數(shù)據(jù)包單元，實驗中服務數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)共10 000個，每隔0.1 s發(fā)送一個服務請求。在以上參數(shù)設置情況下，實驗運行1 000次，為了保證實驗結(jié)果的可靠性，3種架構(gòu)運行配置相同，具體配置為：英特爾i8CPU，12 GB隨機存取存儲器，Windows2010操作系統(tǒng)的電腦上。以下對3種網(wǎng)絡架構(gòu)具體性能進行檢驗與測試，為了降低隨機性的影響，本次實驗數(shù)據(jù)采用平均值。

5.2 實驗結(jié)果與討論

實驗以網(wǎng)絡延時與帶寬利用率為3種網(wǎng)絡架構(gòu)性能評價指標，首先對網(wǎng)絡架構(gòu)的服務請求延時測試，實驗以向網(wǎng)絡發(fā)送應用服務請求時間為起始時間，以用戶得到邊緣云開通、行業(yè)云開通、共享邊緣云開通、行業(yè)云開通以及云網(wǎng)協(xié)同開通等服務響應時間為終止時間，使用KHFA軟件測量到服務延時時間，并以服務請求數(shù)量為變量，對比不同服務請求數(shù)量下網(wǎng)絡架構(gòu)服務延時，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，隨著應用服務請求數(shù)量的增長，3種架構(gòu)所表現(xiàn)出來的性能不同，其中本次構(gòu)建的網(wǎng)絡架構(gòu)服務響應延時相對較短，雖然會隨著服務請求數(shù)量的增加，延時會有所增長，但是增長幅度比較小，當服務請求數(shù)量達到100個時，網(wǎng)絡架構(gòu)延時僅為0.48 s，可以將延時控制在1 s以內(nèi)，說明本文構(gòu)建網(wǎng)絡架構(gòu)延時性能良好；而兩種傳統(tǒng)架構(gòu)服務響應延時相對較長，并且會隨著服務請求數(shù)量的增加大幅度增長，當服務請求數(shù)量達到100個時，傳統(tǒng)架構(gòu)1與傳統(tǒng)架構(gòu)2服務響應延時分別為8.13 s、8.46 s，遠遠長于本文架構(gòu)，說明本文架構(gòu)延時性能優(yōu)于傳統(tǒng)架構(gòu)。

為了進一步驗證本文架構(gòu)的適用性，對3種架構(gòu)帶寬利用率進行測試，帶寬利用率越高，表示網(wǎng)絡架構(gòu)云資源分配越均衡，其計算公式為：

式中，r表示網(wǎng)絡架構(gòu)帶寬利用率；i表示網(wǎng)絡流量數(shù)量；e表示第i條流量的實際帶寬；w表示第i條流量的指定帶寬。實驗以網(wǎng)絡負載為變量，網(wǎng)絡負載持續(xù)時間10 s，然后增長0.2 s，記錄實驗數(shù)據(jù)，將其代入上述公式，計算出不同網(wǎng)絡負載情況下3種網(wǎng)絡架構(gòu)帶寬利用率，并繪制實驗結(jié)果如圖2所示。

從上圖可以看出，隨著網(wǎng)絡負載值的增長，3種架構(gòu)所表現(xiàn)出來的性能不同，本文架構(gòu)帶寬利用率相對較高，并且受到網(wǎng)絡負載影響較小，當網(wǎng)絡負載為1.2時，本文架構(gòu)帶寬利用率為92.45%，兩種傳統(tǒng)架構(gòu)分別為62.15%，54.22%，遠遠低于本文架構(gòu)。實驗結(jié)果證明，無論是在延時方面還是在網(wǎng)絡帶寬利用方面，本文架構(gòu)均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，具有良好的可行性。

6 結(jié)語

云邊協(xié)同能更好地滿足大型2B客戶需求，文章以5G創(chuàng)新能力融合平臺為基礎，基于MEC應用場景需求以及MEC系統(tǒng)架構(gòu)，提出基于云協(xié)同的聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)，開發(fā)了MEC網(wǎng)絡能力協(xié)同系統(tǒng)，結(jié)合邊緣計算技術(shù)，搭建聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)，實現(xiàn)一體化供給、運營及服務，逐步完善MEC邊緣網(wǎng)絡能力協(xié)同功能，并通過實驗論證了該網(wǎng)絡架構(gòu)具有良好的適用性與可靠性。此次研究對云協(xié)同技術(shù)在聯(lián)通MEC邊緣網(wǎng)絡架構(gòu)中的廣泛應用具有一定的推廣意義，同時豐富了該方面的理論，具有一定的理論意義。

參考文獻

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［5］沈剛，陳斌，毛明榮.基于邊緣云協(xié)同網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)存儲容災備份仿真［J］.計算機仿真，2021（5）：380-383，412.

（編輯 王雪芬）

Unicom MEC Edge network architecture based on cloud collaboration

Jiang Xuelian

（China United Network Communications Co.， Ltd.， Guangdong Branch， Guangzhou 510000， China）

Abstract： Because the current Unicom MEC edge network architecture has a long service response delay time in practice， and the low network bandwidth utilization rate， and the overall lack of synergy， a Unicom MEC edge network architecture scheme based on cloud collaboration is proposed. On network architecture edge cloud opening， industry opening， sharing edge cloud opening， cloud opening and cloud network collaborative opening function requirements design， built by the data layer and control layer network service architecture， using the model of network service identification and description， through network services， the edge network resource allocation， function mapping to the network service architecture， implements the network based on the cloud collaborative unicom MEC edge network architecture structures. It is proved that the network architecture constructed in this paper has a relatively short response delay time and a low bandwidth utilization rate， which has a good application prospect.

Key words： cloud collaboration; unicom MEC; network architecture; bandwidth utilization; service identification