移动边缘计算技术现状与几个关键问题的研究综述

近年来，随 着 物 联 网 技 术、移 动 通 讯 技 术、移 动设备及移 动 应 用 的 迅 速 发 展，用 户 可 以 在 移 动 终端上体验 各 种 应 用 程 序，如 虚 拟 现 实 （ＶＲ）、增 强现实（ＡＲ）和人工智能（ＡＩ）等．这些功能强大的 移动应用虽 然 给 用 户 带 来 了 焕 然 一 新 的 体 验，但 是也对移动终端设备的处理性能、存储能力、电池 续航等带来了新挑战［１－２］．近年来，虽然移动设备 的处理器取 得 了 飞 速 发 展，但 是 面 对 用 户 日 益 复 杂的业务需 要、严 苛 的 响 应 时 间 约 束 及 电 池 能 耗 要求，仍然没有统筹兼顾的解决方案．这不仅影响 了用户对复 杂 移 动 应 用 程 序 的 体 验 效 果，也 为 移 动设备的设 计 与 制 造 带 来 了 新 的 挑 战 与 难 题［３］． 为了解决上 述 问 题，业 界 提 出 了 移 动 应 用 程 序 卸 载技术，将复 杂 的 计 算 任 务 从 移 动 设 备 上 卸 载 到 云端进行执行，利用云端海量、可伸缩的计算资源 来加速本 地 应 用 程 序 执 行［４－６］，从 而 在 不 改 变 现 有资源的情况下，加速移动应用程序的执行，为终 端用户带来更好的体验．
收稿日期：２０１９－０４－１７； 修回日期：２０１９－０４－２２ 作者简介：夏云霓（１９８０—），男，教授．Ｅｍａｉｌ：ｘｉａｙｕｎｎｉ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
１８
广
技术之间的异同，总 结 其 面 临 的 机 遇 和 挑 战，对 于 该 方 向 未 来 的 研 究 和 发 展 具 有 重 要 意 义 ．本 文 就移动 边 缘 环 境 下 的 计 算 卸 载 问 题，从 卸 载 决 策、资源分配、卸载系统等三个 方 面 对 目 前 的 研 究 进 行 分 析 和 比 较 ，并 给 出 该 技 术 目 前 面 临 的 问 题和挑战．
与云计算 模 式 不 同，移 动 边 缘 计 算 强 调 用 户 设备（ＵＥ，ＵｓｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔ）产 生 的 数 据 和 请 求 在 网络的边缘被分析、处理［１］，从而极大降低处理时 延，节约通讯 开 销．对 任 务 卸 载 而 言，移 动 边 缘 计 算平台是理想的资源池［７］．与卸载至远程云相比， 将移动任务卸载至边缘服务器上，既能减少时延， 又能充分利 用 用 户 周 边 存 在 的 空 闲 资 源，取 得 性 能与资源利用率的双赢．第五代通讯技术（５Ｇ）已
将边缘计算纳入相关标准［８］，作为移动边缘计算 的 核 心 技 术 之 一 ．移 动 任 务 卸 载 技 术 是 国 内 外 科 研 人 员 和 业 界 厂 商 的 研 究 热 点 ．计 算 任 务 卸 载 是 指将 ＵＥ的 计 算 任 务 通 过 点 对 点 （Ｄ２Ｄ）通 信 或 者软件定义网络（ＳＤＮ）技术上载至边 缘 服 务 器 上执行，以弥补移动设备处理 能 力 不 足、存 储 空 间不够、传感器件缺乏等劣势．该 技 术 主 要 包 括 卸载调度决策、边缘资源分配、卸 载 系 统 等 三 个 方面．
这些工作从不同角度对移动边缘计算模式及 其应用做出 了 比 较 与 总 结，但 大 部 分 的 着 重 点 都 在于边缘计算架构、网络和应用上，缺乏针对移动 边缘计算卸 载 技 术 的 分 析 与 比 较，没 有 总 结 与 分 析移动 边 缘 计 算 卸 载 技 术 目 前 面 临 的 问 题 与 挑 战．因此，分析移动边缘计算环境下不同计算卸载
移动市场体量的增长推动了边缘计算相关技 术的发展，尤 其 是 以 移 动 边 缘 计 算 卸 载 为 代 表 的 新兴技术，受到国内外研究机构、应用厂商的着重 关注，成为移动 计 算 领 域 热 门 话 题 之 一．文 献 ［１］ 从应用场景、兴起缘由、技术积累及发展历程对边 缘计算进行了介绍．文献［２］对现有的边缘计算方 案从底层架 构、数 据 缓 存 和 通 讯 方 式 等 角 度 进 行 剖析．文献 ［３］从网络结构与服务质量 （ＱｏＳ，ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｅｒｖｉｃｅ）出发，分析并比较了现有边缘计 算方案．文献［９］详细总结了移动边缘计算模式面 临的不足与挑战，并给出了未来的发展愿景．
ＭＥＣ通常遵循云计算规则，加强终端设备的性能． 三层服务模型的结构见图 １．
１ ＭＥＣ基本架构与部署方案
随着研究 的 不 断 发 展，欧 洲 电 信 标 准 化 协 会 （ＥＴＳＩ，ＥｕｒｏｐｅａｎＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｔａｎｄａｒｄｓＩｎ ｓｔｉｔｕｔｅ）将 ＭＥＣ定义为“多接入边缘计算”（ＭＥＣ， ｍｕｌｔｉａｃｃｅｓｓｅｄｇｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）［１０］．但目前对 ＭＥＣ的 研究依然聚 焦 在 移 动 网 络 环 境 上，因 此 现 在 大 都 以“移动边缘计算”来表示 ＭＥＣ．ＭＥＣ是运行在靠 近用户端的 云 计 算 平 台，用 户 通 过 移 动 网 络 将 请 求提交到就 近 的 边 缘 服 务 器 上，由 边 缘 服 务 器 处 理完成后 返 回 数 据．与 原 来 的 中 心 云 架 构 不 同， ＭＥＣ将其提 供 的 服 务 和 功 能 “下 移 ”到 边 缘 移 动 网络的处理 能 力 与 资 源 有 限 的 服 务 器 上，极 大 地 提高了移动用户的体验效果．本节将对 ＭＥＣ的基 本架构以及部署方案进行详细的介绍． １．１ ＭＥＣ基本架构
第 １８卷 第 ２期
２０１９年 ４月
广州大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
文章编号：１６７１４２２９（２０１９）０２００１７１３
Ｖｏｌ．１８ Ｎｏ．２ Ａｐｒ． ２０１９
移动边缘计算技术现状与几个关键问题的研究综述
夏云霓，马癱银，肖 璇，刘 航
（重庆大学 计算机学院，重庆 ４０００３０）
摘 要：任务计算卸载技术是为了解决本地计算资源不足而产生的，长期以来主要在云端、移动端等场景中出 现．随着边缘计算时代的到来，移动边缘计算端（ＭＥＣ）的任务卸载技术也受到广泛的关注和研究．文章从三个 方面进行了论述：①介绍了 ＭＥＣ的网络架构及其部署方案，并对不同的部署方案做了分析和对比；②从移动计 算卸载决策、资源分配和卸载系统这几个角度进行研究；③总结归纳了目前 ＭＥＣ的任务计算卸载技术所面临 的移动性管理、安全管理以及服务管理等方面的挑战． 关键词：任务计算卸载；ＭＥＣ；卸载决策；卸载系统；问题与挑战 中图分类号：ＴＰ３９１；ＴＰ３９３ 文献标志码：Ａ