基于SDN的多址边缘计算系统

数据生成和数据处理的增长对底层基础设施网络的需求和演进产生了强烈的影响。5G网络通常被视为无处不在的高速连接的先驱，它将迎合数据需求。也就是说，要实现这一目标，5G网络面临着许多重要的挑战。

ETSI提出了多址边缘计算（MEC）来解决其中的一些挑战。本文讨论了其中的一些挑战以及如何向MEC添加网络可编程性来改进总体MEC解决方案。

挑战

为了支持物联网设备的增长，5G无线基础设施将需要支持大量连接的设备和复杂的应用。这将要求网络支持高伸缩性、超低延迟、高吞吐量和可靠的数据传输。这些关键的延迟和带宽要求使得ETSI提出多址边缘计算作为一种可行的解决方案，从而将服务推向边缘并更接近最终用户。但是这种方法也面临着一系列挑战：

●与云计算中的高端服务器相比，MEC服务器的计算资源有限。

●需要处理来自终端设备的请求的异质性。一些可能需要高的计算能力，而一些可能具有更多的关键延迟要求。

●可能需要MEC服务器之间的负载均衡。

提出的解决方案

解决上述一些挑战的一个可能的解决方案是在系统中引入MEC协调器。这个MEC协调器知道可用MEC服务器的存在及其能力（就其提供的资源和服务而言）。换句话说，MEC协调器充当将应用程序连接到正确的MEC服务器的类的代理。

MEC协调器将运营商与网络决策隔离开来，例如：

●MEC服务器可能具有不同的硬件功能。 那么在哪里可以执行MEC应用程序的特定实例？

●MEC服务器可能具有不同的计算能力和不同的MEC应用程序。 那哪个MEC服务器应该用于特定的客户端/设备请求？

MEC协调器可以根据服务器功能，当前负载及其位置等各种因素做出这些决策。

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此外，MEC协调器可以利用SDN概念来进行服务发现（跟踪服务的实例）和MEC服务的编排（服务实例化和管理）需求。

集中式SDN控制器具有网络的全局视图。 MEC协调器可以与SDN控制器集成，来从网络收集信息。

MEC协调器可以在内部维护MEC服务器上可用的服务数据库。它可以使用SDN控制器将应用程序请求正确的连接到MEC服务器。例如，用户最终可以仅通过提交服务的名称来请求面部识别服务。 MEC协调器将识别提供此服务的MEC服务器并相应地在网络中添加流。

解决延迟问题

MEC系统概念背后的两个主要驱动力是计算负载降低和延迟减少。 集中式数据中心或公共云的延迟非常高。 这就是MEC服务器如此靠近边缘部署的原因。 在决定处理请求的位置之前，MEC协调器必须根据客户端请求的延迟，能耗和带宽要求做出明智的决策。

关于减少延迟，必须考虑两个主要注意事项：

●需要考虑客户端和能够处理此客户端请求的MEC服务器之间的距离。 客户端和MEC服务器之间的距离是一个重要的决定因素。

● 需要比较传输成本与本地计算成本。 这有助于确定计算是应该移动到MEC服务器还是应该在客户端本地处理。

MEC协调器需要提出一种解决方案，该解决方案可最大限度地降低设备的能耗，并满足客户端请求或应用程序的执行延迟约束（延迟要求）。

此外，需要考虑应用程序的性质 - 无论是延迟敏感型（高响应性要求）还是计算密集型。延迟敏感的请求应移至靠近客户端的MEC服务器（即使它们具有较少的资源），而计算密集型请求将针对更强大的MEC服务器（即使它们离客户端设备更远）。因此，来自同一设备的不同网络片可能具有不同的路径，并且可能由不同的MEC服务器处理。

SDN控制器与MEC集成

MEC ETSI规范的第一个版本似乎倾向于在虚拟化平台上提供MEC服务作为“网络服务”。 这些服务基本上是运行与网络中间盒功能相关的软件的VNF的组合。 通过在NFV平台上构建解决方案，可以管理这些MEC服务的完整生命周期（实例化，终止，扩展等）。 NFV平台还支持VNF转发图，以在MEC服务上实现VNF的服务链。

将SDN添加到平台可以在网络中实现更大的灵活性和动态性。 SDN允许底层网络的全局视图，因此可以应用流量导向规则来实现复杂的服务链方案。 它可用于管理互连分布式MEC服务器的网络。

SDN控制器可以管理“MEC协调器北向应用程序”，可以对其进行编程以处理各种情况：

●监视在MEC服务器上运行的服务实例，以确定哪个MEC服务器可用于从终端设备上的客户端应用程序服务请求，在计算能力，存储区域或某种服务类型方面？

●监控MEC服务器的容量和利用率，以决定应该使用哪个MEC服务器来实例化服务实例？

●如果有多个MEC服务器运行相同服务的实例，应选择哪一个来处理此服务的终端设备请求？ 理想情况下，请求应移至负载较小的服务器。

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因此，MEC协调器可以重用SDN架构，其中定制的北向应用定义网络的行为。 SDN控制器为这些应用程序提供北向API以触发命令。控制器还具有南向接口（通常是基于OpenFlow），它与受管设备通信（使用网络中的OpenFlow交换机）。

来自MEC协调器北向应用程序的命令可以由SDN控制器转换为基于OpenFlow的低级流量控制规则，并发送到网络中的OpenFlow设备 (不论是连接到MEC服务器或还是作为MEC服务器的一部分 )。这些OpenFlow规则可以与MEC服务器上运行的“流量卸载服务”的规则集成。 “流量卸载服务”是MEC平台服务，负责将流量路由到MEC应用程序或MEC应用程序。

最后，来自OpenFlow设备的状态和统计信息可以由SDN控制器传送回MEC协调器应用程序。这为MEC协调器提供了网络的全局视图以及链路/ MEC服务器上的利用率/负载。

实现的难点

在详细查看SDN和MEC时，有一些问题需要解决。

ETSI引入了MEAO（移动边缘应用协调器）的概念，该概念负责触发MEC服务的生命周期管理。 SDN控制器需要与MEAO集成，以根据其自定义决策/算法触发MEC服务器上的MEC服务。

SDN控制器需要与代理（在MEC服务器上运行）集成以实现以下功能：报告MEC服务器的功能;报告客户端应用程序请求，以获得最佳MEC服务器。

处理UE移动性将在设计中产生更多复杂性。当位置改变时，SDN控制器必须改变用户和MEC服务器之间的路由/流信息。在MEC服务器上运行的位置服务可以用于活动设备位置跟踪并传送设备位置以从SDN控制器触发流更新。

在处理MEC服务器上不同的工作负载时，您必须确定SDN控制器是否应该尝试重新计算最佳路径，同时牢记设备的服务连续性。 SDN控制器可能会定期查看MEC服务器的加载信息并相应地更新流量。但该设备没有注意到MEC服务器的存在。对设备的运行流量的任何影响(比如由于其计算被移动到新的MEC服务器) 是不可接受的。

结论

总而言之，SDN可以通过多种方式帮助基于MEC的基础架构：

●计算负载平衡：使用与OpenFlow兼容服务器的南向接口定期收集基于OpenFlow的统计信息。

●更简单的终端设备：通过支持以服务为中心的访问而不是以主机为中心的访问，所有服务实例都可以注册到SDN控制器。

●网络中边缘设备的易插拔性：SDN在很大程度上依赖于OpenFlow - 使用LLDP / OFDP可以轻松检测到新设备，并且可以轻松更新流量规则。

●计算负载降低的决策：集中式SDN控制器可以为设备提供有关信道条件，服务器负载等的信息。

因此，可以在MEC中使用SDN概念来提供统一的控制平面接口，检索网络上下文或设备信息，并随后将该信息用于跨网络的智能流量控制。

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