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    技術
    2018/8/28 14:19

    談一談基于SDN的多接入邊緣計算(MEC)

    SDNLAB  

    數據生成和數據處理的發展對底層基礎設施網絡的需求和演變產生了強烈的影響。 5G網絡通常被看作是無處不在的高速連接的先驅,能夠滿足數據需求。話雖這么說,5G網絡在實現這一承諾方面仍面臨許多重大挑戰。

    ETSI提出了多接入邊緣計算(MEC)來解決其中的一些挑戰。本文討論這些挑戰,以及如何為MEC增加網絡可編程性,以改善整體MEC解決方案。

    挑戰

    為了支持物聯網設備的發展,5G無線基礎設施將需要支持大量的連接設備和復雜應用。這將要求網絡支持高可擴展性、超低延遲、高吞吐量和可靠的數據傳輸。這些關鍵的延遲和帶寬要求促使ETSI提出多接入邊緣計算作為可行的解決方案,從而將服務推向邊緣并更接近終端用戶。但這種方法也帶來了一系列挑戰:

    • 與云中的高端服務器相比,MEC服務器的計算資源有限。
    • 需要處理來自終端設備的請求的異構性。有些可能需要很高的計算能力,有些可能需要更多的關鍵延遲需求。
    • 可能需要MEC服務器之間實現負載平衡。消耗少量MEC服務器的計算能力,而其他服務器處于空閑狀態,可能會導致服務時間增加。

    提出的解決方案

    解決上述一些挑戰的一種可能的解決方案是在系統中引入MEC協調器。該MEC協調器了解可用的MEC服務器及其功能(就其提供的資源和服務而言)。換句話說,MEC協調器充當將應用程序連接到正確的MEC服務器的各種代理。

    MEC協調器將運營商與網絡決策隔離開來,例如:

    • MEC服務器可能具有不同的硬件功能。在哪里可以執行MEC應用程序的特定實例?
    • MEC服務器可能具有不同的計算能力和不同的MEC應用程序。哪個MEC服務器應該用于特定的客戶端/設備請求?

    MEC協調器可以根據服務器功能、當前負載及其位置等各種因素做出這些決策。

    此外,MEC協調器可以利用SDN概念來進行服務發現(以跟蹤服務的實例)和MEC服務的編排(服務實例化和管理)需求。

    集中式SDN控制器具有網絡的全局視圖。 MEC協調器可以與SDN控制器集成,從網絡收集信息。

    MEC協調器可以在內部維護MEC服務器上可用的服務數據庫。它可以使用SDN控制器將正確的MEC服務器連接到應用程序請求。例如,終端用戶可以僅通過提及服務的名稱來請求面部識別服務。 MEC協調器將識別提供此服務的MEC服務器并相應地在網絡中添加流。

    解決延遲問題

    MEC系統概念背后的兩個主要動機是計算卸載和延遲減少。集中式數據中心或公共云的延遲非常高。這就是MEC服務器如此靠近邊緣部署的原因。在決定處理請求的位置之前,MEC協調器必須根據客戶端請求的延遲、能量和帶寬要求做出明智的決策。

    在嘗試減少延遲時,必須考慮兩個主要注意事項:

    • 需要考慮客戶端和能夠處理此客戶端請求的MEC服務器之間的距離?蛻舳撕蚆EC服務器之間的距離是一個重要的決定因素。
    • 需要比較傳輸成本與本地計算成本。這有助于確定計算是應該移動到MEC服務器還是應該在客戶端本地處理。

    MEC協調器需要提出一種解決方案,該解決方案可最大限度地降低設備的能耗,并滿足客戶端請求或應用程序的執行延遲約束(延遲要求)。

    此外,需要考慮應用程序的性質 - 無論是延遲敏感(高響應性要求)還是計算密集型。延遲敏感請求應移至靠近客戶端的MEC服務器(即使它們具有較少的資源),而計算密集型請求將針對更強大的MEC服務器(即使它們離客戶端設備更遠)。因此,來自同一設備的不同網絡片可能具有不同的路徑,并且可能由不同的MEC服務器處理。

    SDN控制器與MEC集成

    MEC ETSI規范的第一個版本似乎傾向于在虛擬化平臺上提供MEC服務作為“網絡服務”。這些服務基本上是運行與網絡中間盒功能相關的軟件的VNF的組合。通過在NFV平臺上構建解決方案,可以管理這些MEC服務的完整生命周期(實例化、終止、擴展等)。 NFV平臺還支持VNF轉發圖,以在MEC服務上實現VNF的服務鏈。

    將SDN添加到平臺可以使網絡具有更大的靈活性和動態性。 SDN允許底層網絡的全局視圖,因此可以應用流量導向規則來實現復雜的服務鏈場景。它可用于管理互連分布式MEC服務器的網絡。

    SDN控制器可以托管“MEC協調器北向應用程序”,可以對其進行編程以處理各種情況:

    • 監控在MEC服務器上運行的服務實例,以確定在計算能力、存儲區域或某種服務類型方面可以使用哪個MEC服務器為終端設備上的客戶端應用程序的請求提供服務?
    • 監控MEC服務器的容量和利用率,以決定應該使用哪個MEC服務器來實例化服務實例?
    • 如果有多個MEC服務器運行相同服務的實例,那么應選擇哪一個來處理此服務的終端設備請求?理想情況下,請求應移至負載較小的服務器。

    因此,MEC協調器可以重用SDN架構,其中定制的北向應用定義了網絡的行為。 SDN控制器為這些應用程序提供北向API以觸發命令?刂破鬟具有南向接口(通常是基于OpenFlow),它與被管理設備通信(在網絡中使用OpenFlow交換機)。

    來自MEC協調器北向應用程序的命令可以由SDN控制器轉換為基于OpenFlow的低層流量控制規則,并發送到在網絡中連接到MEC服務器或作為MEC服務器的一部分的OpenFlow設備。這些OpenFlow規則可以與MEC服務器上運行的“流量卸載服務”的規則集成。 “流量卸載服務”是負責將流量路由到MEC應用程序或MEC應用程序的MEC平臺服務。

    最后,來自OpenFlow設備的狀態和統計信息可以由SDN控制器傳送回MEC協調器應用程序。這為MEC協調器提供了網絡的全局視圖以及鏈路/MEC服務器上的利用率/負載。

    實施的挑戰

    ETSI引入了MEAO(移動邊緣應用協調器)的概念,負責觸發MEC服務的生命周期管理。 SDN控制器需要與MEAO集成,以根據其自定義決策/算法觸發MEC服務器上的MEC服務。

    SDN控制器需要與代理(在MEC服務器上運行)集成以實現以下功能:報告MEC服務器的功能;報告客戶端應用程序請求,以獲得最優MEC服務器。

    處理UE移動性將在設計中產生更多復雜性。當位置改變時,SDN控制器將不得不在用戶和MEC服務器之間更改路由/流信息。在MEC服務器上運行的位置服務可以用于活動設備位置跟蹤并傳送設備位置以從SDN控制器觸發流更新。

    在處理MEC服務器上不同的工作負載時,您必須確定SDN控制器是否應該嘗試重新計算最佳路徑,同時考慮設備的服務連續性。 SDN控制器可能會周期性地重新加載MEC服務器并相應地更新流。但該設備沒有意識到MEC服務器的存在。由于設備的計算被移動到新的MEC服務器,對設備的運行流量的任何影響都是不可接受的。

    結論

    總而言之,SDN可以通過多種方式幫助基于MEC的基礎設施:

    • 計算負載平衡:使用與OpenFlow兼容服務器的南向接口定期收集基于OpenFlow的統計信息。
    • 更簡單的終端設備:通過支持以服務為中心的訪問而不是以主機為中心的訪問,所有服務實例都可以注冊到SDN控制器。
    • 網絡邊緣設備的易即插即用能力:SDN在很大程度上依賴于OpenFlow - 使用LLDP /OFDP可以輕松檢測到新設備,并且可以輕松更新流量規則。
    • 計算卸載的決策:集中式SDN控制器可以為設備提供有關信道條件,服務器負載等信息。

    因此,可以在MEC中使用SDN概念來提供統一的控制平面接口,檢索網絡上下文或設備信息,并隨后將該信息用于跨網絡的智能流量控制。

    原文鏈接:https://www.sdxcentral.com/articles/contributed/enabling-sdn-based-multi-access-edge-computing-systems/2018/08/

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