Giới thiệu MEC và các khái niệm liên quan
Điện toán đám mây là một khái niệm đề cập đến việc cung cấp tài nguyên máy tính cho người dùng thông qua Internet, cho phép họ sử dụng theo nhu cầu và mục đích riêng.
Tài nguyên điện toán bao gồm phần mềm, phần cứng, hạ tầng mạng và máy chủ, cho phép dữ liệu được gửi đến Đám mây để xử lý và lưu trữ Người dùng có thể truy cập dữ liệu theo yêu cầu khi cần thiết.
Chiến lược triển khai khả năng xử lý tại biên mạng cho phép các thiết bị đầu cuối kết nối và thực hiện xử lý chủ yếu dữ liệu được thu thập từ các thiết bị này.
1.3 Điện toán Đám mây – Biên (Edge-Cloud):
Điện toán biên là một hình thức cung cấp dịch vụ điện toán đám mây và môi trường thông tin tại vùng biên của mạng Mục tiêu chính của nó là mang đến khả năng tính toán, lưu trữ và băng thông gần hơn với người dùng cuối và nguồn dữ liệu.
Điện toán biên đa truy cập (MEC) là một giải pháp điện toán biên đám mây, cung cấp môi trường dịch vụ thông tin và khả năng điện toán đám mây ngay tại biên mạng truy cập, gần gũi với người sử dụng.
MEC được đặc trưng bởi độ trễ cực thấp và dung lượng tốc độ dữ liệu cao, mang lại lợi ích lớn cho truy cập không dây Trong các mạng truy cập vô tuyến, MEC cung cấp quyền truy cập theo thời gian thực vào thông tin mạng, giúp các ứng dụng tối ưu hóa hiệu suất và trải nghiệm người dùng.
1.5 Điện toán biên di động:
Là một dạng điện toán biên truy nhập không dây trong mạng di động.
MEC đối với mạng 5G
MEC là một yếu tố quan trọng trong việc triển khai 5G.
MEC cho phép các nhà điều hành và dịch vụ bên thứ ba lưu trữ dữ liệu gần điểm truy cập của thiết bị người dùng (UE) Công nghệ này hỗ trợ triển khai khả năng Điện toán đám mây tại biên mạng, từ đó trở thành yếu tố quan trọng trong ba kịch bản sử dụng mạng 5G.
Băng thông di động nâng cao (eMBB) yêu cầu tốc độ dữ liệu cao và dung lượng lớn, nhằm đáp ứng nhu cầu truyền tải thông tin liên lạc một cách hiệu quả.
UE sang vùng lận cận sẽ giảm bớt gánh nặng cho mạng lõi QoS cũng được cải thiện do đường truyền mạng ngắn hơn nhiều.
5G yêu cầu triển khai một lượng lớn thiết bị với mật độ cao để hỗ trợ thông tin liên lạc với số lượng lớn các thiết bị kết nối (MMTC) MEC đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập và xử lý dữ liệu cục bộ trước khi truyền lên mạng lõi 5G, giúp gửi thông tin tới các máy chủ ở xa một cách hiệu quả.
Truyền thông đáng tin cậy với độ trễ cực thấp (URLLC) yêu cầu các hoạt động được thực hiện cục bộ Giải pháp MEC đáp ứng nhu cầu này và đồng thời nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS).
Khái niệm kiến trúc MEC
Điện toán đám mây và Điện toán biên
Hình 1 So sánh giữa điện toán đám mây và biên
Hình 1.1 minh họa sự khác biệt giữa điện toán đám mây và điện toán biên trong việc truy cập mạng không dây vào Internet Điện toán đám mây truyền thống duy trì các dịch vụ như ứng dụng, lưu trữ và nền tảng ảo một cách tập trung bởi nhà cung cấp dịch vụ Ngược lại, điện toán biên là kiến trúc phân tán và phi tập trung, đưa các dịch vụ dựa trên đám mây gần hơn với người dùng, từ đó giảm tải cho mạng lõi.
Kiến trúc mạng 5G
Hình 2 Kiến trúc 5G (Mạng di động thế hệ tiếp theo) Hình 2 đề xuất các thiết bị biên phù hợp với kiến trúc mạng 5G.
Mạng lõi bao gồm các bộ định tuyến và thiết bị chuyển mạch để di chuyển dữ liệu giữa các mạng khác nhau Nó cũng có các điểm truy cập cho mạng truy cập vô tuyến (RAN) và mạng có dây Cuối cùng, các nền tảng điện toán đám mây được đặt ở biên của mạng lõi, với các nút biên có thể được xem là một phần của mạng lõi hoặc là các thiết bị riêng biệt.
Có một số khía cạnh mạng của ngắt cục bộ cần xem xét:
Ngắt cục bộ không chỉ cung cấp quyền truy cập vào các dịch vụ đám mây cục bộ mà còn cho phép kết nối Internet, giúp người dùng bỏ qua mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ di động.
Nút ngắt cục bộ có thể được áp dụng cho mạng cục bộ và các dịch vụ máy tính, lưu trữ cục bộ Trong các ứng dụng phương tiện, thường có hạ tầng bên đường với mạng và máy chủ ứng dụng khác nhau Tính năng ngắt cục bộ cho phép thiết bị di động kết nối trực tiếp với mạng dữ liệu Ví dụ, trong một nhà máy hỗ trợ 5G, các thiết bị di động 5G có thể giao tiếp với máy chủ ứng dụng CNTT được triển khai trên nền tảng MEC Tuy nhiên, khả năng cao hơn là các thiết bị 5G sẽ kết nối với mạng CNTT của nhà máy, bao gồm nhiều máy chủ và thiết bị qua công nghệ mạng khác như Wi-Fi.
Tích hợp MEC vào mạng 5G
Hình 3: Điện toán biên đa truy cập tích hợp vào mạng 5G
Hình 3 trình bày một cái nhìn khác về kiến trúc dựa trên MEC và mối quan hệ chức năng giữa các thành phần Thiết bị biên, bao gồm thiết bị người dùng cuối và cảm biến, nằm ở "vùng cuối cùng" của mạng Hạ tầng biên kết nối với thiết bị biên qua mạng truy cập và thường gần gũi với thiết bị biên, nhưng có đặc điểm của một trung tâm dữ liệu truyền thống Hạ tầng biên có thể kết nối trên nhiều trang web thông qua lớp mạng biên tổng hợp hoặc qua mạng lõi đến đám mây hoặc trung tâm dữ liệu.
Các chức năng mạng của MEC
Hình 4 Thực hiện chức năng mạng của MEC
Các thiết bị biên MEC đóng vai trò quan trọng trong mạng lõi 5G, cho phép tích hợp hiệu quả với các chức năng mạng ảo hóa (VNF) thông qua ảo hóa chức năng mạng (NFV) Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống mạng, mang lại lợi ích cho cả người dùng và nhà cung cấp dịch vụ.
Hình 4 minh họa các chức năng mạng được triển khai trên nền tảng ảo hóa NFV Chức năng mặt phẳng người dùng được phân phối qua nhiều hệ thống MEC, mỗi hệ thống MEC lưu trữ một hoặc nhiều ứng dụng cùng với các dịch vụ đám mây khác, đồng thời hỗ trợ việc triển khai mạng hiệu quả.
Kiến trúc ETSI MEC
Tài liệu và thuật ngữ
Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) không chỉ phát triển bộ tiêu chuẩn cho NFV mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập các tiêu chuẩn cho MEC Các tài liệu quan trọng của ETSI về MEC được coi là thiết yếu trong bối cảnh của cuốn sách này.
- ETSI GS MEC 001: Multi-Access Edge Computing (MEC);
- ETSI GS MEC 002: Multi-Access Edge Computing (MEC); Phase 2:
- ETSI GS MEC 003: Multi-Access Edge Computing (MEC);
- ETSI GR MEC 024: Multi-Access Edge Computing (MEC); Support for Network Slicing.
Hệ thống này cung cấp môi trường dịch vụ CNTT và khả năng điện toán đám mây ngay tại biên của mạng truy cập, tích hợp nhiều loại công nghệ truy cập, mang lại sự gần gũi và tiện lợi cho người dùng.
Ứng dụng MEC là một phần mềm được khởi tạo trên máy chủ MEC trong hệ thống MEC, có khả năng cung cấp hoặc sử dụng các dịch vụ MEC.
MEC là một thực thể tích hợp nền tảng MEC và hạ tầng ảo hóa, cung cấp các tài nguyên máy tính, lưu trữ và mạng cho các ứng dụng MEC.
Các thành phần chính trong quản lý chức năng của nền tảng MEC bao gồm máy chủ lưu trữ MEC và các ứng dụng MEC hoạt động trên máy chủ đó.
Quản lý cấp độ hệ thống và cấp độ máy chủ đa truy cập.
Một tập hợp các chức năng cần thiết để vận hành các ứng dụng MEC trên hạ tầng ảo hóa máy chủ lưu trữ là rất quan trọng MEC không chỉ cho phép cung cấp và sử dụng các dịch vụ MEC mà còn có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau liên quan đến MEC.
MEC service Một dịch vụ được cung cấp thông qua nền tảng MEC hoặc bởi chính nền tảng MEC hoặc bởi một ứng dụng MEC.
MEC system Một tập hợp các máy chủ MEC và quản lý MEC cần thiết để chạy các ứng dụng MEC.
Quản lý cấp hệ thống
Bảng 1 Định nghĩa cho một số thuật ngữ được sử dụng trong các tài liệu ETSI MEC.
Nguyên tắc thiết kế
ETSI GS MEC 002 liệt kê các nguyên tắc chung sau đây hướng dẫn thiết kế và phát triển các hệ thống biên MEC:
Hệ thống máy chủ biên MEC hỗ trợ các ứng dụng động, cho phép điều chỉnh tài nguyên theo thời gian và môi trường, mang lại sự linh hoạt cần thiết Kiến trúc ETSI áp dụng NFV, cho phép tích hợp hệ thống biên vào mạng lõi hoặc quản lý các chức năng mạng ảo (VNF) bằng cùng một cơ sở hạ tầng, ngay cả khi hệ thống biên nằm ngoài lõi.
Hỗ trợ tính di động là yếu tố quan trọng trong ứng dụng, cho phép người dùng di chuyển giữa các hệ thống MEC khác nhau Để đáp ứng nhu cầu này, ứng dụng cần được triển khai trên máy ảo, giúp dễ dàng chuyển giao giữa các môi trường ảo khác nhau.
MEC cần được hỗ trợ triển khai một cách linh hoạt qua nhiều phương thức khác nhau Có thể triển khai MEC tại nút radio, tại một điểm tổng hợp - vị trí trung gian giữa mạng lõi và các điểm cuối khác nhau như trạm gốc, modem cáp, hay điểm truy cập mạng LAN Ngoài ra, MEC cũng có thể được triển khai ở biên của mạng lõi, giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng và nâng cao trải nghiệm người dùng.
Các API đơn giản và dễ kiểm soát là rất quan trọng, vì chúng giúp người dùng truy cập dễ dàng và quản lý hiệu quả các tài nguyên cơ bản, từ đó thúc đẩy quá trình phát triển ứng dụng nhanh chóng.
Smart application location (Vị trí ứng dụng thông minh) : Một ứng dụng
MEC cần được triển khai ở vị trí vật lý tối ưu tại mọi thời điểm, với sự xem xét kỹ lưỡng về nhu cầu tính toán, lưu trữ, tài nguyên mạng và độ trễ.
Application mobility to and from external systems is essential in MEC architecture, enabling seamless movement of applications between MEC servers and external cloud environments.
GS MEC 002 giới thiệu khái niệm về các tính năng, trong đó đối tượng địa lý được định nghĩa là một nhóm yêu cầu liên quan với tên gọi duy nhất Khung kiến trúc MEC cần có cơ chế để xác định sự hỗ trợ cho từng tính năng cụ thể Bảng 2 trình bày các tính năng quan trọng.
Chúng tôi cung cấp hỗ trợ trong việc phát triển ứng dụng MEC trên một hoặc nhiều máy chủ MEC, đồng thời thiết lập kết nối hiệu quả giữa thiết bị người dùng và phiên bản cụ thể của ứng dụng.
Cung cấp hỗ trợ cho UserApps cho phép gửi ứng dụng MEC giữa các máy chủ MEC và trao đổi dữ liệu giữa máy chủ MEC với môi trường đám mây bên ngoài hệ thống MEC.
Cung cấp thông tin mạng vô tuyến hiện tại liên quan đến mặt phẳng người dùng, bao gồm chất lượng dịch vụ (QoS) và thông lượng thực cho các kết nối cụ thể.
Thông tin về vị trí của các thiết bị người dùng được cung cấp thông qua các nút vô tuyến, liên kết trực tiếp với máy chủ MEC.
BandwidthManager Cho phép các ứng dụng MEC đăng ký (tĩnh/ động) các yêu cầu về băng thông.
Cho phép MEC đăng ký thẻ đại diện cho UE. Nhằm đặt bộ lọc gói cho định tuyến dựa trên thẻ đại diện của UE.
WLANInformation Hiển thị thông tin mạng LAN không dây hiện tại dựa trên thông tin nhận được từ các nguồn bên ngoài hoặc được tạo cục bộ.
(vehicle to anything of infrastructure)
Hỗ trợ khả năng cung cấp thông tin phản hồi từ mạng tới phương tiện là rất quan trọng trong việc hỗ trợ các chức năng V2X Điều này giúp dự đoán độ tin cậy của kênh liên lạc hiện có, bao gồm việc đáp ứng các yêu cầu về độ trễ và đảm bảo 100% gói tin đến.
Hệ thống MEC nhận thông tin từ chức năng tiếp xúc mạng 5G hoặc các chức năng mạng lõi 5G khác Dựa trên dữ liệu này, MEC sẽ hỗ trợ việc lựa chọn một hoặc nhiều máy chủ MEC và khởi tạo ứng dụng trên các máy chủ đã được chọn.
Bảng 2 Các tính năng của MEC
Kiến trúc tham chiếu hệ thống MEC
Hình 5 Kiến trúc tham chiếu hệ thống MEC
ETSI đã phát triển một kiến trúc tham chiếu hệ thống đa truy nhập, như ở Hình 5.
Có 4 thành phần chính cấu tạo lên kiến trúc này:
Quản lý cơ sở hạ tầng ảo hóa (VIM – Virtualization Infrastructure Manager)
Máy chủ MEC (MEC host)
Quản lý nền tảng MEC (MEC flatform manager)
Bộ điều phối MEC (MEC orchestrator)
4.3.1 Trình quản lý cơ sơ hạ tầng ảo hóa (VIM)
VIM quản lý sự tương tác giữa ứng dụng và các tài nguyên máy tính, bộ nhớ, cũng như mạng ảo hóa Nó đảm nhận việc phân bổ, duy trì và giải phóng các tài nguyên ảo trong hạ tầng ảo hóa, đồng thời hỗ trợ phần mềm ảo để tăng tốc độ phát triển ứng dụng.
Chúng tôi thực hiện báo cáo thông tin về việc sử dụng tài nguyên ảo cho Bộ điều phối MEC, nhằm hỗ trợ giám sát lỗi và hiệu suất một cách hiệu quả.
Máy chủ biên di động (MEC) là cấu trúc tối ưu hỗ trợ ứng dụng biên trên thiết bị di động, cung cấp hạ tầng ảo hóa cho tài nguyên mạng, lưu trữ và tính toán Nó bao gồm cơ sở hạ tầng ảo hóa, ứng dụng MEC và nền tảng MEC, đảm bảo các chức năng cần thiết để thực thi ứng dụng hiệu quả.
Cơ sở hạ tầng ảo hóa là một mặt phẳng dữ liệu thực hiện các quy tắc lưu lượng mà nền tảng MEC nhận và định tuyến lưu lượng giữa các ứng dụng, dịch vụ, máy chủ/proxy DNS, mạng 5G, các mạng truy cập khác, cũng như mạng cục bộ và mạng bên ngoài.
Các yếu tố chính của cơ sở hạ tầng ảo hóa là:
- Hardware resources( Tài nguyên phần cứng) : Chúng bao gồm máy tính, lưu trữ và tài nguyên mạng.
Lớp ảo hóa đóng vai trò trung gian giữa các tài nguyên phần cứng và máy ảo của các thiết bị phần mềm, cung cấp một cái nhìn tổng quan về phần cứng.
Tài nguyên ảo là các tài nguyên máy tính, lưu trữ và mạng được tạo ra dưới dạng máy ảo Ứng dụng MEC, bao gồm các chức năng mạng ảo hoạt động trên máy ảo, cho phép chạy tất cả các ứng dụng mạng và người dùng trên máy chủ biên Các ứng dụng MEC đi kèm với một số quy tắc và yêu cầu như tài nguyên bắt buộc, độ trễ tối đa và các dịch vụ cần thiết Những yêu cầu này được xác nhận bởi quản lý hệ thống MEC và có thể được gán giá trị mặc định nếu thiếu thông tin.
Các ứng dụng MEC kết nối với nền tảng MEC để truy cập các dịch vụ, đồng thời cũng có khả năng cung cấp dịch vụ cho các ứng dụng ngang hàng khác.
Nền tảng MEC là một hệ thống tích hợp các chức năng thiết yếu để vận hành các ứng dụng MEC trên hạ tầng ảo hóa cụ thể, cho phép khai thác, thông báo và sử dụng các dịch vụ biên Các thành phần chính của nền tảng MEC bao gồm các yếu tố cần thiết để đảm bảo hiệu suất và tính khả dụng của các ứng dụng.
Dịch vụ MEC cung cấp các giao diện lập trình ứng dụng (APIs) liên quan đến mạng, cho phép các ứng dụng MEC nhận biết và hiển thị thông tin từ mạng và dịch vụ MEC Theo tiêu chuẩn GS MEC 003, các dịch vụ MEC được xác định rõ ràng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp và phát triển ứng dụng trong môi trường MEC.
Thông tin mạng vô tuyến bao gồm các điều kiện mạng, dữ liệu đo lường và thống kê liên quan đến mặt phẳng người dùng, cùng với thông tin về thiết bị người dùng (UE) được cung cấp bởi các nút vô tuyến kết nối với máy chủ MEC.
Location( Vị trí): Đây là vị trí của thiết bị người dùng hiện được phục vụ bởi các nút vô tuyến liên kết với máy chủ MEC.
Bandwidth manager( Trình quản lý băng thông): Trình quản lý băng thông cho phép phân bổ băng thông cho một số lưu lượng nhất định.
Service registry( Đăng ký dịch vụ) Đây là thông tin có thể được tiếp xúc bởi dịch vụ MEC Nó bao gồm:
Điều kiện mạng vô tuyến.
Thông tin vị trí, chẳng hạn như vị trí của thiết bị người dùng.
Trình quản lý băng thông cho phép phân bổ băng thông cho các lưu lượng nhất định, được định tuyến đến và đi từ các ứng dụng MEC, đồng thời xử lý mức độ ưu tiên của chúng.
Nền tảng MEC cho phép kiểm soát quy tắc lưu lượng bằng cách chỉ định mức độ ưu tiên cho lưu lượng ứng dụng biên Nó cung cấp cho hạ tầng ảo hóa một tập hợp các quy tắc chuyển tiếp cho mặt phẳng dữ liệu, dựa trên các chính sách từ khối quản lý nền tảng MEC và các ứng dụng di động.
Các ứng dụng MEC hỗ trợ việc xử lý hệ thống tên miền (DNS) bằng cách định tuyến toàn bộ lưu lượng DNS từ thiết bị người dùng (UE) đến máy chủ DNS cục bộ Điều này giúp chuyển hướng DNS thông qua máy chủ DNS cục bộ thay vì phải gửi qua mạng lõi và Internet.
4.3.3 Khối quản lý nền tảng MEC
Nền tảng MEC cung cấp quản lý phần tử hiệu quả thông qua việc xử lý các yếu tố FCAPS, bao gồm quản lý lỗi, cấu hình, tính toán, hiệu suất và bảo mật, nhằm đảm bảo hoạt động tối ưu cho hệ thống MEC.
Effective management of MEC application rules and requirements involves overseeing application rules, traffic policies, and DNS configurations This process is essential for optimizing performance and ensuring compliance with established standards.
MEC application life cycle management (Quản lý vòng đời ứng dụngMEC) Xử lý việc khởi tạo, bảo trì và xóa các ứng dụng MEC trên máy ảo.
Bộ điều phối MEC thực hiện các chức năng sau:
Quản lý vòng đời của các ứng dụng MEC, bằng cách giao tiếp với ứng dụng thông qua trình quản lý nền tảng MEC.
Nhập các gói ứng dụng, bao gồm kiểm tra tính toàn vẹn và tính xác thực của các gói.
MEC ảo hóa chức năng mạng (MEC in NFV)
MEC và NFV là hai khái niệm hỗ trợ lẫn nhau trong kiến trúc mạng ETSI đã phát triển MEC để khởi tạo ứng dụng MEC và các chức năng mạng ảo hóa NFV (VNFs) trên cùng một hạ tầng ảo hóa Nhờ đó, MEC có thể được triển khai một cách thuận lợi trong mạng lõi 5G.
Hình 6 Ánh xạ MEC vào NFV
Hình 6 minh họa cách ánh xạ các chức năng trong kiến trúc MEC vào NFV Nhiều thành phần của kiến trúc MEC được xem là các chức năng ảo hóa mạng (VFNs), do đó có khả năng chuyển đổi sang NFV dưới dạng các chức năng ảo hóa mạng (VNFs).
Các thành phần MEC được triển khai dưới dạng VNFs
Tất cả các phần tử kiến trúc MEC tại cấp máy chủ đều là VNFs hoặc các phần tử quản lý, có thể được hỗ trợ trong kiến trúc NFV Hình 6 minh họa cách các thành phần này được ánh xạ, trong đó các phần tử được triển khai dưới dạng VNFs.
Tất cả các ứng dụng MEC
Thành phần mặt phẳng dữ liệu của cơ sở hạ tầng ảo hóa.
Hai thành phần của trình quản lý nền tảng MEC: Trình quản lý phần tử nền tảng MEC và trình quản lý yêu cầu, quy tắc ứng dụng MEC.
Các thành phần MEC được thay thế bằng các thành phần NFV
Kiến trúc MEC bao gồm hai thành phần chính: cơ sở hạ tầng ảo hóa và trình quản lý cơ sở hạ tầng ảo hóa (VIM), với chức năng tương tự như trong kiến trúc NFV Cơ sở hạ tầng ảo hóa được triển khai dưới dạng NFVI và được quản lý bởi VIM, như được thể hiện qua các mũi tên đứt nét trong hình 6.
Các thành phần hệ thống MEC
Các phần tử hệ thống MEC được tích hợp vào NFV dưới dạng các thành phần mới, với bộ điều phối MEC được thay thế bằng bộ điều phối ứng dụng MEC (MEAO – MEC Application Orchestrator) Bộ điều phối này hoạt động dựa trên bộ điều phối NFV (NFVO) để quản lý tài nguyên và điều phối tập hợp các VNF ứng dụng MEC như một hoặc nhiều dịch vụ mạng NFV.
Hỗ trợ MEC cho Network Slicing
Cắt mạng (Network Slicing) là công nghệ quan trọng giúp cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau cho các ứng dụng và người dùng Nhờ vào tính năng này, mạng truy cập vô tuyến và mạng lõi có khả năng phân bổ tài nguyên và thực hiện chính sách lưu lượng theo từng phần, cho phép các lát cắt khác nhau tiêu thụ tài nguyên và cung cấp mức QoS khác nhau Để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về QoS như độ trễ thấp, băng thông cao và hỗ trợ nhiều thiết bị người dùng (UE), các phần mạng cần được xác định và sử dụng Multi-Access Edge Computing (MEC) Vì vậy, việc phát triển các giải pháp kỹ thuật hỗ trợ MEC cho cắt mạng là rất cần thiết, như được nêu trong ETSI GR MEC 024 (Multi-Access Edge Computing; Hỗ trợ cho Cắt mạng, tháng 11 năm 2019).
Hình 7 Ví dụ về MEC trong NFV với các Phiên bản Chuyên dụng của Các thành phần MEC trong các trường hợp lát cắt mạng riêng biệt (NSI)
Hình 7 trong GR MEC 024 minh họa cách phân bổ các thành phần MEC dựa trên từng lát vắt trong môi trường NFV Mỗi phần mạng được triển khai như một nền tảng MEC riêng biệt, với khối quản lý nền tảng MEC hỗ trợ một hoặc nhiều ứng dụng cùng với mặt phẳng dữ liệu VNF, nhằm xác định quy tắc và mức ưu tiên của người dùng.
Các khối tô sáng trong hình biểu thị các cá thể MEC dành riêng cho hai lát cắt, trong khi các thành phần MEC trong các khối đen được chia sẻ giữa hai phần mạng Các khối màu trắng đại diện cho các thành phần MEC không trực tiếp hỗ trợ các lát cắt khác nhau, mặc dù chúng vẫn nhận biết được các lát cắt này.
Các trường hợp sử dụng (MEC Use Case)
Dịch vụ hướng tới người dùng
Các trường hợp sử dụng trong nhóm dịch vụ hướng người dùng được mô tả:
Thực tế tăng cường, thực tế hỗ trợ, thực tế ảo, nhận thức hỗ trợ
Thực tế tăng cường (AR) cho phép người dùng trải nghiệm thế giới thực bằng cách kết hợp các đối tượng ảo, tạo ra một môi trường tương tác phong phú AR không thay thế hoàn toàn thực tế, mà bổ sung thêm các yếu tố ảo để làm phong phú thêm trải nghiệm của người dùng.
Thực tế hỗ trợ (Assisted Reality) là một công nghệ tương tự như AR, nhưng với mục tiêu chính là cung cấp thông tin chủ động cho người dùng về những vấn đề họ quan tâm, như cảnh báo nguy hiểm hay các cuộc trò chuyện đang diễn ra Công nghệ này đặc biệt hữu ích cho người khuyết tật, giúp họ tương tác hiệu quả hơn với môi trường xung quanh.
Thực tế ảo (Virtual Reality - VR) mang đến cho người dùng trải nghiệm sống động, cho phép họ truy cập vào các góc nhìn với âm thanh chân thực từ những hệ thống phức tạp được định vị từ xa trong thời gian thực.
Nhận thức hỗ trợ (Cognitive assistance) là một công nghệ tương tự như thực tế tăng cường (AR), nhưng với khả năng cung cấp phản hồi cho người dùng về các hoạt động mà họ đang thực hiện, chẳng hạn như nấu ăn, giải trí hoặc lắp ráp đồ đạc.
Các ứng dụng hiện nay đòi hỏi khả năng tính toán mạnh mẽ, băng thông lớn và độ trễ tối thiểu Việc sử dụng máy chủ MEC gần người dùng giúp đáp ứng những yêu cầu này, bằng cách giảm tải gánh nặng tính toán từ thiết bị người dùng và cung cấp thông tin bộ nhớ đệm từ cơ sở dữ liệu từ xa.
Trò chơi và ứng dụng đám mây yêu cầu độ trễ thấp sẽ được hỗ trợ hiệu quả bởi ứng dụng MEC trên máy chủ biên, giúp người dùng truy cập nhanh chóng và mượt mà vào các dịch vụ dựa trên đám mây.
Điều phối video biên MEC giải quyết vấn đề sản xuất và tiêu thụ nội dung tại những địa điểm gần gũi với người tiêu dùng, đặc biệt là trong các khu vực đông dân cư Ví dụ, trong các sự kiện thể thao hoặc buổi hòa nhạc, một lượng lớn người tiêu dùng sử dụng thiết bị di động để truy cập nội dung theo lựa chọn của họ Trải nghiệm video được cải thiện nhờ vào việc kết hợp nhiều nguồn khác nhau, và MEC cung cấp các chế độ xem tốt hơn thông qua các nguồn nội địa.
Mạng 5G cho phép xác định vị trí người dùng và kết nối họ với máy chủ MEC cục bộ, từ đó cung cấp thông tin dựa trên vị trí như quảng cáo địa phương và hướng dẫn hỗ trợ.
Khi máy chủ MEC được đặt tại trạm gốc, nó có khả năng thu thập thông tin mạng vô tuyến một cách dễ dàng Tuy nhiên, khi máy chủ MEC ở điểm tập hợp hoặc biên của lõi mạng, cần có chương trình để xác định thông tin cần thiết Do đó, MEC lưu trữ các thông tin quan trọng tại máy chủ và cung cấp dịch vụ thông tin vô tuyến thông qua nền tảng MEC.
Giảm tải tính toán ứng dụng là phương pháp lưu trữ ứng dụng người dùng cuối trên máy chủ MEC gần nhất, thay vì trên thiết bị của người dùng Điều này cho phép người dùng truy cập ứng dụng mà không bị giới hạn bởi khả năng của thiết bị Ví dụ về ứng dụng này bao gồm xuất đồ họa như trình duyệt tốc độ cao, thực tế ảo, trò chơi 3D, cũng như xử lý dữ liệu trung gian như làm sạch dữ liệu cảm biến và phân tích video, cùng với các dịch vụ giá trị gia tăng như dịch thuật và phân tích nhật ký.
Dịch vụ giám sát video dựa trên đám mây bao gồm quay video, lưu trữ, xem từ xa, cảnh báo quản lý và an ninh mạng Việc xử lý và quản lý video diễn ra bên ngoài qua đám mây, nhưng khi kết hợp với MEC, cho phép lưu trữ cục bộ phần lớn nội dung video, từ đó giảm tải cho mạng Hệ thống này còn có khả năng phát hiện và theo dõi các đối tượng, thực hiện các hành động như kích hoạt báo động, với hiệu suất tốt nhất khi sử dụng MEC cục bộ.
Sản xuất và phân phối video tại sân vận động được tối ưu hóa thông qua hệ thống MEC, cho phép nội dung trực quan được xử lý và tiêu thụ ngay tại địa phương Các sự kiện như thể thao, buổi hòa nhạc, và hội nghị đều có thể được phát sóng hiệu quả Người tiêu dùng có thể dễ dàng lựa chọn nội dung mong muốn thông qua thiết bị cầm tay của mình Việc chạy ứng dụng video ở biên giúp cải thiện chất lượng dịch vụ (QoS) và nâng cao hiệu suất trong việc phân phối và tiêu thụ video.
Các ứng dụng đa người dùng trên nhiều mạng, như trò chơi trực tuyến, đang ngày càng trở nên phổ biến Người chơi có thể tham gia trò chơi cả trong nhà lẫn ngoài trời, sử dụng nhiều thiết bị khác nhau và yêu cầu ứng dụng hoạt động với độ trễ rất thấp Để đáp ứng nhu cầu này, các nhà cung cấp dịch vụ trò chơi cần triển khai các giải pháp điện toán biên, có thể được cung cấp bởi các nhà khai thác mạng hoặc các nhà cung cấp dịch vụ bên thứ ba.
Máy chủ MEC trên xe hỗ trợ khối lượng công việc cho các ứng dụng URLLC trong vận chuyển thông minh, bao gồm lái xe tự động và điều khiển từ xa Các phương tiện kết nối 5G có khả năng trao đổi thông tin với nhau, cơ sở hạ tầng bên đường, máy chủ back-end và Internet Để đáp ứng nhu cầu di động và mật độ người dùng cao, cần giảm độ trễ, tăng độ tin cậy và cải thiện thông lượng Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng máy chủ MEC trên xe mang lại hiệu suất và độ tin cậy vượt trội so với máy chủ MEC ở biên, đặc biệt khi số lượng phương tiện hỗ trợ gia tăng.
Nhà máy trong tương lai :
Trong thời đại Công nghiệp 4.0, sự xuất hiện của các nhà máy thông minh là cần thiết để thay thế hệ thống cũ, nhằm đáp ứng yêu cầu hiện đại như giảm nhân công, tối ưu quản lý và tăng năng suất Kết nối mạng trở thành yếu tố then chốt, trong đó mạng 5G được xem là giải pháp tối ưu Một nhà máy thông minh cần đảm bảo các khả năng eMBB, mMTC và URLLC, vì vậy việc áp dụng chiến lược MEC là rất quan trọng.
Nhà điều hành và Dịch vụ của bên thứ ba
Bảo mật và an toàn trong phân tích dữ liệu là rất quan trọng đối với ứng dụng thu thập thông tin từ cấu hình mMTC IoT, nơi tất cả các thiết bị kết nối qua một mạng truy nhập vô tuyến (RAN) cục bộ Ứng dụng này hoạt động trên máy chủ MEC gần với RAN, xử lý thông tin và trích xuất dữ liệu tóm tắt quan trọng để gửi đến máy chủ trung tâm Một phần dữ liệu cũng có thể được lưu trữ cục bộ trong một khoảng thời gian nhất định để phục vụ cho việc kiểm tra chéo và xác minh sau này.
Theo dõi vị trí thiết bị đang hoạt động là yêu cầu quan trọng của nhiều ứng dụng người dùng cuối, như quảng cáo trên điện thoại di động, giám sát vị trí sinh viên, và quản lý nhân sự Để đảm bảo cập nhật liên tục vị trí của các thiết bị di động trong khu vực, việc triển khai máy chủ MEC gần đó là giải pháp hiệu quả.
Tính di động của ứng dụng là yếu tố quan trọng, yêu cầu máy chủ MEC phải cung cấp các API chuẩn hóa Điều này đảm bảo rằng các ứng dụng có thể dễ dàng di chuyển giữa các máy chủ MEC từ các nhà cung cấp khác nhau mà không gặp trở ngại.
Giao tiếp giữa phương tiện và cơ sở hạ tầng là rất quan trọng trong việc cải thiện an toàn giao thông Bằng cách áp dụng các thuật toán phân tích dữ liệu từ phương tiện và cảm biến bên lề, hệ thống có khả năng nhận diện sớm các tình huống rủi ro Khi phát hiện nguy hiểm, hệ thống sẽ gửi cảnh báo đến các phương tiện trong khu vực, yêu cầu phản ứng kịp thời như tránh làn đường nguy hiểm hoặc giảm tốc độ Để đảm bảo độ trễ cực thấp, máy chủ MEC cần được đặt gần các cụm cảm biến.
Máy chủ MEC cần hỗ trợ cả container và máy ảo, giúp tối ưu hóa công nghệ ảo hóa cho bên thứ ba Khi diện tích hạn chế, container trở thành giải pháp ưu tiên do khả năng phát triển linh hoạt và hiệu quả mà nó mang lại.
Nhà cung cấp đám mây bên thứ ba (TEO - Third-party edge owners) là một mô hình kinh doanh trong đó tài nguyên tính toán cho dịch vụ đám mây biên được cung cấp bởi các chủ sở hữu bất động sản, bao gồm cả cơ quan quản lý tài sản công ty Các TEO này cung cấp tài nguyên đám mây cho các nhà khai thác mạng phi truyền thống và các nhà cung cấp dịch vụ đám mây truyền thống Trong mô hình này, máy chủ MEC đóng vai trò quan trọng bằng cách cung cấp các dịch vụ được bản địa hóa như mạng vô tuyến và thông tin giao thông cho các TEO.
WTTx (không dây với x) là giải pháp truy cập băng thông rộng dựa trên công nghệ 4G và 5G, cung cấp hiệu suất mạng vượt trội và chi phí thấp, giúp triển khai nhanh chóng và bảo trì dễ dàng IPTV (truyền hình Giao thức Internet) qua WTTx mang lại cho các nhà khai thác khả năng tiếp cận nhanh chóng đến thị trường giải trí gia đình thông qua mạng di động hiện có Việc triển khai MEC giúp giảm tải lưu lượng từ mạng lõi, đặc biệt quan trọng trong việc cung cấp video theo yêu cầu, khi nội dung có thể được lưu trữ trên các máy chủ MEC để truyền tải đến khách hàng địa phương.
Nền tảng MEC tận dụng thông tin từ ứng dụng MEC được nhà điều hành tin cậy, cho phép nhắm mục tiêu đến một cá nhân hoặc nhóm người đăng ký cụ thể.
Cho phép một nhóm ẩn danh gồm những thuê bao thanh toán khoản phí cố định truy cập vào nội dung cục bộ từ máy chủ MEC
Gửi quảng cáo nhắm cho một nhóm người dùng nhất định trong mạng điện thoại di động
Cung cấp nội dung cho một nhóm người dùng cụ thể, ví dụ, trong cùng một câu lạc bộ, hiệp hội hoặc nhóm dịch vụ công cộng
Cung cấp các dịch vụ doanh nghiệp cho nhân viên công ty
Máy chủ MEC định tuyến lưu lượng truy cập đến ứng dụng MEC dựa trên địa chỉ IP của UE, không phải địa chỉ IP đích Để thực hiện điều này, máy chủ MEC cần ánh xạ địa chỉ IP của UE tới một thuê bao hoặc nhóm thuê bao cụ thể, với thông tin ánh xạ được cung cấp từ nguồn bên ngoài như mạng lõi Ứng dụng MEC đáng tin cậy của nhà điều hành nhận thông tin ánh xạ này và cung cấp cho nền tảng MEC.
Một ứng dụng đáng tin cậy của nhà điều hành không chỉ đơn thuần là ứng dụng chạy trên máy chủ MEC, mà còn là một phần mở rộng của nền tảng MEC Ứng dụng này có khả năng cung cấp thông tin cho nền tảng MEC một cách an toàn và hiệu quả Để đảm bảo tính bảo mật, cả ứng dụng và nền tảng cần phải trải qua quy trình xác thực và ủy quyền lẫn nhau.
Hình 11 minh họa một ví dụ cho khái niệm, trong đó lưu lượng thuê bao được đăng ký với một thẻ cụ thể sẽ được ánh xạ tới địa chỉ IP của UE và được chuyển đến ứng dụng MEC cục bộ thay vì thông qua mạng 5G.
Hình 11 Định tuyến dựa trên thuê bao
Cải tiến hiệu suất mạng và QoS
ETSI GS MEC 002 liệt kê các trường hợp sử dụng sau trong hiệu suất mạng và danh mục cải tiến QoS:
Tối ưu hóa phân phối video trên thiết bị di động có thể được cải thiện thông qua Hướng dẫn thông lượng di động (MTG), giúp nâng cao trải nghiệm người dùng trong các phiên Internet di động bằng cách xác định băng thông khả dụng trong tương lai gần Thông tin này hỗ trợ Giao thức điều khiển truyền (TCP) trong việc điều chỉnh luồng dữ liệu qua mạng chia sẻ, giúp TCP nhận biết trạng thái dung lượng mạng dựa trên thời gian xác nhận gói tin Tuy nhiên, trong mạng di động, dung lượng thường thay đổi do nhiều yếu tố như chất lượng tín hiệu và quy trình quản lý tắc nghẽn Để giải quyết vấn đề này, một ứng dụng MEC phân tích vô tuyến cung cấp thông tin gần thời gian thực về thông lượng ước tính, cho phép máy chủ video điều chỉnh quyết định kiểm soát tắc nghẽn TCP mà không làm quá tải mạng hay dựa vào heuristics để giảm tỷ lệ gửi sau tắc nghẽn.
Bộ nhớ đệm nội dung cục bộ ở cạnh thiết bị di động là một trong những ứng dụng quan trọng và phổ biến nhất của MEC Việc triển khai bộ nhớ đệm địa phương là cần thiết để tối ưu hóa băng thông rộng di động (eMBB) cho các dịch vụ trên mạng 5G Bằng cách lưu trữ và xử lý video, đồ họa độ phân giải cao và các nội dung khác trên máy chủ MEC, việc này giúp giảm đáng kể lưu lượng truy cập và gánh nặng cho mạng lõi.
Quản lý SLA là một yếu tố quan trọng trong hệ thống máy chủ MEC, nơi các nhà cung cấp thường thiết lập thỏa thuận cấp độ dịch vụ cho các nhà phát triển ứng dụng bên thứ ba SLA xác định các yêu cầu về hiệu suất lưu lượng trên mặt phẳng dữ liệu và ảo hóa tài nguyên cần thiết Máy chủ MEC cho phép các nhà cung cấp ứng dụng thu thập dữ liệu để giám sát việc tuân thủ SLA, đồng thời quản lý SLA cũng đề cập đến khả năng thể hiện các thông số cụ thể để theo dõi hiệu suất.
Tối ưu hóa backhaul trên thiết bị di động là quá trình cải thiện kết nối giữa trạm gốc trong mạng truy cập vô tuyến (RAN) và mạng lõi Thông thường, RAN và mạng backhaul hoạt động độc lập, dẫn đến việc không có thông tin liên lạc về khả năng sử dụng tài nguyên Khi RAN cần ít dung lượng hơn hoặc gặp sự cố, backhaul không nhận diện được tình trạng này Việc kết hợp thông tin từ RAN và mạng backhaul cho phép tối ưu hóa tài nguyên trong quá trình sửa chữa Nếu mạng backhaul kết nối với lõi mạng qua máy chủ MEC, ứng dụng phân tích lưu lượng trên máy chủ MEC có thể xử lý thông tin giao thông dựa trên dữ liệu từ dịch vụ MEC và thông tin từ ứng dụng giám sát Phân tích lưu lượng giúp xác định người dùng và ứng dụng mà họ đang sử dụng, từ đó cải thiện hiệu suất mạng.
Tương tác trực tiếp với ứng dụng MEC là việc định tuyến lại lưu lượng ứng dụng từ máy chủ đám mây đến nền tảng MEC Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm độ trễ cho người dùng Lưu lượng truy cập trùng lặp là một vấn đề cần được quản lý hiệu quả để đảm bảo trải nghiệm người dùng mượt mà.
Internet chủ yếu là video, với phần lớn là nội dung video theo yêu cầu dư thừa Kỹ thuật loại bỏ trùng lặp lưu lượng được sử dụng thông qua nén và giải nén lưu lượng dự phòng Một máy chủ gần nguồn của luồng dự phòng gửi một bản sao của một khối lưu lượng cùng với chỉ mục đến máy chủ MEC gần người nhận, trong khi máy chủ nguồn chỉ gửi chỉ mục, giúp giảm tải cho mạng lõi.
Trình quản lý phân bổ băng thông cho các ứng dụng là giải pháp hiệu quả cho tình huống nhiều ứng dụng hoặc nhiều phiên bản của cùng một ứng dụng chạy trên máy chủ MEC duy nhất Nó thu thập yêu cầu tài nguyên băng thông và băng thông khả dụng, từ đó phân bổ băng thông cho từng phiên hoặc ứng dụng theo yêu cầu tĩnh hoặc động.
Giám sát người mang truy cập vô tuyến là một quá trình quan trọng, trong đó một thiết bị người dùng (UE) có thể xử lý nhiều người mang lưu lượng với các yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau và giá trị định danh lớp QoS (QCI) Trường hợp sử dụng này nhấn mạnh việc giám sát lưu lượng truy cập trên các người mang khác nhau giữa UE và các ứng dụng được tổ chức trên máy chủ MEC.
Triển khai máy chủ MEC trong môi trường mạng dày đặc giúp xác định tắc nghẽn mạng không dây hiệu quả Dịch vụ MEC từ Nền tảng MEC cung cấp thông tin mạng vô tuyến cho ứng dụng, cho phép phát hiện tình trạng tắc nghẽn Khi tắc nghẽn được nhận diện, ứng dụng MEC có khả năng giao tiếp với các ứng dụng đối ứng trên thiết bị, yêu cầu kích hoạt trực tiếp thiết bị để tối ưu hóa khả năng giao tiếp mạng thông qua ứng dụng cụ thể.
Truyền thông doanh nghiệp hiện đại ngày càng phụ thuộc vào thiết bị di động cho cả thông tin liên lạc và điện thoại Để tối ưu hóa hiệu quả, nhiều doanh nghiệp lớn triển khai các trạm phát sóng nhỏ trong khuôn viên, tạo ra mô hình phủ sóng tế bào nhỏ, giúp cải thiện phạm vi phủ sóng trong môi trường doanh nghiệp Khi người dùng di chuyển, các phiên kết nối của họ được chuyển giao giữa các ô nhỏ lân cận Để duy trì kết nối, người dùng cần truy cập vào mạng lõi thông qua mạng truy cập vô tuyến Trong cấu hình này, máy chủ MEC đóng vai trò quan trọng, cung cấp đường dẫn đến mạng lõi, Internet và kết nối với mạng LAN doanh nghiệp.
Tối ưu hóa chất lượng trải nghiệm (QoE) và sử dụng tài nguyên trong mạng đa truy cập là rất quan trọng trong điện toán đám mây Cạnh đa truy cập điện toán mở rộng khả năng của sơ đồ điện toán cạnh di động, cho phép người dùng cuối (UE) truy cập nền tảng MEC qua nhiều loại kết nối mạng, bao gồm cả không dây và có dây Chất lượng trải nghiệm của người dùng phụ thuộc vào việc sử dụng hiệu quả các tài nguyên mạng này Máy chủ MEC sử dụng thông tin mạng để chọn động đường dẫn mạng dựa trên các điều kiện hiện tại Để thực hiện điều này, máy chủ MEC tích hợp phần mềm Dịch vụ quản lý đa truy cập (MAMS), được định nghĩa trong RFC 8743, với các chức năng quản lý mạng hiệu quả.
1 Trình quản lý kết nối máy khách (CCM): Đàm phán mạng sử dụng đường dẫn với NCM, dựa trên nhu cầu và khả năng của khách hàng
2 Trình quản lý kết nối mạng (NCM): Sử dụng thông tin thu được từ mạng truy cập và dựa trên chính sách, hiện tại điều kiện và thông tin trao đổi với khách hàng, cấu hình đường dẫn mặt phẳng người dùng cho thiết bị đa sóng.
3 Máy khách đa truy cập dữ liệu Proxy (C-MADP): Xử lý thủ tục lựa chọn mặt phẳng người dùng tại máy khách.
4 Proxy Dữ liệu Nhiều Truy cập Mạng (D-MADP): Xử lý thủ tục lựa chọn mặt phẳng người dùng tại mạng.
Tối ưu hóa phân phối phương tiện ở rìa nhằm cải thiện việc cung cấp nội dung đa phương tiện qua mạng di động và cố định tới người dùng thông qua máy chủ MEC Máy chủ MEC lưu trữ ứng dụng phù hợp với SAND (Máy chủ và Truyền trực tuyến thích ứng động qua HTTP), được định nghĩa trong ETSI TR 126 957 SAND cung cấp giao diện tiêu chuẩn hóa cho các nhà cung cấp dịch vụ và nhà khai thác, nâng cao trải nghiệm phát trực tuyến Để tối ưu hóa nội dung DASH, SAND giới thiệu các thông điệp giữa các máy khách DASH và các yếu tố mạng, cải thiện hiệu quả phiên phát trực tuyến bằng cách cung cấp thông tin về tình trạng hoạt động thời gian thực của mạng, máy chủ, proxy, bộ nhớ đệm, mạng phân phối nội dung (CDN), cũng như hiệu suất và trạng thái của máy khách DASH.
1 Phát trực tuyến các cải tiến thông qua bộ nhớ đệm, xử lý thông minh và tối ưu hóa phân phối trên máy chủ và / hoặc phía mạng, dựa trên về phản hồi từ khách hàng về các phân đoạn truyền thông dự kiến, được chấp nhận nội dung phương tiện thay thế, mức đệm của máy khách và được yêu cầu băng thông
2 Cải thiện khả năng thích ứng ở phía máy khách, dựa trên mạng / máy chủ- thông tin bên, chẳng hạn như phân đoạn được lưu trong bộ nhớ cache, phân đoạn thay thế tính khả dụng, tốc độ phương tiện được đề xuất và mạng thông lượng / QoS Máy chủ cạnh SAND có thể tận dụng liên quan đến trạng thái mạng / liên kết thông tin từ máy chủ MEC để xác định hỗ trợ tin nhắn sẽ được gửi đến một ứng dụng khách đang phát trực tuyến
