Giới thiệu MEC và các khái niệm liên quan
Điện toán đám mây là thuật ngữ chỉ việc cung cấp tài nguyên máy tính cho người dùng qua Internet, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng của họ.
Tài nguyên trong lĩnh vực điện toán và máy tính bao gồm phần mềm, phần cứng, hạ tầng mạng và máy chủ Dữ liệu có thể được chuyển đến Đám mây để xử lý và lưu trữ, sau đó được gửi lại cho người dùng khi có yêu cầu.
Một chiến lược hiệu quả để triển khai khả năng xử lý tại biên mạng là tối ưu hóa việc kết nối các thiết bị đầu cuối Điều này cho phép thực hiện xử lý phần lớn dữ liệu ngay tại vị trí của thiết bị, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm độ trễ trong việc truyền tải thông tin.
1.3 Điện toán Đám mây – Biên (Edge-Cloud):
Điện toán biên là một hình thức điện toán cung cấp dịch vụ đám mây và thông tin tại vùng biên của mạng, nhằm mang lại khả năng tính toán, lưu trữ và băng thông gần hơn với dữ liệu và người dùng cuối.
Điện toán biên đa truy cập (MEC) là công nghệ cung cấp môi trường dịch vụ thông tin và khả năng điện toán đám mây ngay tại biên mạng truy cập, nơi có nhiều loại công nghệ 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, cung cấp quyền truy cập theo thời gian thực vào thông tin mạng vô tuyến cho các ứng dụng trong môi trường truy cập không dây.
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 gần điểm truy cập của thiết bị người dùng (UE), giúp triển khai khả năng Điện toán đám mây tại biên mạng Vì vậy, MEC được xem là yếu tố thiết yếu 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 ngày càng tăng trong việc truyền tải thông tin liên lạc.
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 cần triển khai trên một số lượng lớn các thiết bị với mật độ cao để hỗ trợ thông tin liên lạc với số lượng lớn các thiết bị (MMTC) Trong bối cảnh này, MEC đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập và xử lý dữ liệu cục bộ trước khi gửi lên mạng lõi 5G, từ đó truyền tới các máy chủ ở xa.
Truyền thông đáng tin cậy với độ trễ cực thấp (URLLC) yêu cầu các hoạt động được thực hiện cục bộ, và MEC (Mobile Edge Computing) có khả năng đáp ứng yêu cầu này, đồng thời cải thiện 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
Điện toán đám mây và điện toán biên có sự khác biệt rõ rệt trong việc truy cập mạng không dây vào Internet Trong khi điện toán đám mây truyền thống cung cấp các dịch vụ như ứng dụng, lưu trữ và nền tảng ảo từ một vị trí tập trung do nhà cung cấp quản lý, điện toán biên lại sử dụng kiến trúc phân tán, đưa các dịch vụ gần hơn với người dùng Điều này giúp giảm tải cho mạng lõi và cải thiện hiệu suất truy cập.
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 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 nằm ở biên của mạng lõi, với các nút biên có thể được xem là một phần của mạng lõi hoặc là thiết bị riêng biệt gắn tại biên.
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 với Internet, giúp bỏ qua mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ di động.
Nút ngắt cục bộ cho phép kết nối giữa các thiết bị di động và mạng cục bộ, cũng như các dịch vụ máy tính và lưu trữ Trong các ứng dụng phương tiện, thường có một hạ tầng bên đường với mạng và nhiều máy chủ ứng dụng khác nhau Tính năng này giúp 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, nhưng thường thì chúng sẽ kết nối với mạng CNTT của nhà máy, bao gồm nhiều máy chủ và thiết bị sử dụng 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 minh họa một kiến trúc dựa trên MEC, nhấn mạnh mối quan hệ chức năng giữa các thành phần Thiết bị biên, nằm ở rìa mạng, bao gồm các thiết bị người dùng cuối và cảm biến Hạ tầng biên kết nối với thiết bị biên thông qua mạng truy cập và thường gần gũi với thiết bị biên, nhưng lại có đặc điểm của một trung tâm dữ liệu truyền thống Cơ sở hạ tầng biên có khả năng kết nối giữa nhiều trang web, sử dụng lớp mạng biên tổng hợp hoặc thông 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 ảo hóa chức năng mạng (NFV) và các chức năng mạng ảo hóa (VNF) vào hệ thống biên Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng kết nối của mạng, mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn.
Hình 4 minh họa các chức năng mạng được triển khai trên nền tảng ảo hóa NFV, với chức năng mặt phẳng người dùng được phân phối qua nhiều hệ thống MEC.
10 thống MEC lưu trữ một hoặc nhiều ứng dụng và các dịch vụ đám mây khác và hỗ trợ triển khai mạng.
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 xây dựng các tiêu chuẩn cho MEC Các tài liệu quan trọng của ETSI về MEC được xem là cốt lõi 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); Framework and Reference Architecture
- ETSI GR MEC 024: Multi-Access Edge Computing (MEC); Support for
Hệ thống này cung cấp môi trường dịch vụ CNTT và khả năng điện toán đám mây tại biên mạng truy cập, bao gồm nhiều loại công nghệ truy cập và gần gũi với người dùng.
Ứng dụng MEC là một phần mềm được khởi tạo trên máy chủ MEC trong hệ thống MEC, cho phép cung cấp và sử dụng các dịch vụ MEC hiệu quả.
MEC host 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 việc quản lý chức năng của nền tảng MEC bao gồm máy chủ lưu trữ MEC và các ứng dụng MEC được triển khai trên đó.
Quản lý cấp độ hệ thống và cấp độ máy chủ đa truy cập
Một tập hợp các chức năng cần thiết cho việc vận hành ứng dụng MEC trên hạ tầng ảo hóa máy chủ lưu trữ MEC, cho phép cung cấp và sử dụng các dịch vụ MEC, đồng thời có khả năng cung cấp một số dịch vụ MEC khác.
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:
NFV alignment( Điều chỉnh ảo hóa chức năng mạng): Hệ thống máy chủ biên
MEC hỗ trợ nhiều ứng dụng, do đó, tài nguyên cần thiết sẽ thay đổi theo thời gian và môi trường ảo hóa, mang lại sự linh hoạt Kiến trúc ETSI áp dụng NFV, cho phép tích hợp các hệ thống biên vào mạng lõi một cách hiệu quả Khi hệ thống biên nằm ngoài mạng lõi, việc sử dụng NFV giúp lưu trữ và quản lý các chức năng mạng ảo (VNF) thông qua cùng một hạ tầng quản lý.
Hỗ trợ tính di động là một yếu tố quan trọng trong ứng dụng, cho phép người dùng di chuyển giữa các hệ thống MEC khác nhau Để đạt được điều này, ứng dụng cần được triển khai trên một máy ảo, giúp dễ dàng chuyển đổi giữa các môi trường ảo mà không gặp phải trở ngại nào.
Tính độc lập khi triển khai MEC là rất quan trọng, cho phép hỗ trợ triển khai theo nhiều phương thức khác nhau MEC có thể được triển khai tại nút radio, tại một điểm tổng hợp - nơi trung gian giữa mạng lõi và các điểm cuối như trạm gốc, modem cáp, hoặc 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 đáp ứng nhanh chóng nhu cầu của người dùng.
Các API đơn giản và dễ kiểm soát là cần thiết để tạo ra những giao diện kết hợp ứng dụng dễ truy cập Chúng cung cấp phương tiện hiệu quả cho việc quản lý tài nguyên cơ bản, từ đó thúc đẩy quá trình phát triển ứng dụng nhanh chóng.
Vị trí ứng dụng thông minh là yếu tố quan trọng trong việc triển khai ứng dụng MEC, đảm bảo ứng dụng hoạt động hiệu quả tại vị trí vật lý phù hợp Điều này cần xem xét các yêu cầu về tính toán, lưu trữ, tài nguyên mạng và độ trễ để tối ưu hóa hiệu suất.
The MEC architecture should facilitate the mobility of applications between the MEC hosting server 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 mang tên duy nhất Khung kiến trúc MEC cần có cơ chế xác định tính khả thi của từng tính năng cụ thể Bảng 2 trình bày các tính năng liên quan.
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 giữa thiết bị người dùng và phiên bản ứng dụng cụ thể.
Hỗ trợ UserApps trong việc chuyển giao ứng dụng MEC giữa các máy chủ MEC và 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 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 kết nối với máy chủ MEC, cho phép xác định và phục vụ nhu cầu của người dùng một cách hiệu quả.
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
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)
Hệ thống hỗ trợ khả năng cung cấp thông tin phản hồi từ mạng tới phương tiện, nhằm cải thiện các chức năng V2X Điều này giúp dự đoán độ tin cậy của kênh liên lạc hiện tại, bao gồm việc đáp ứng các yêu cầu về độ trễ và đảm bảo 100% gói tin đến.
5GCoreConnect cung cấp thông tin cho hệ thống MEC thông qua chức năng tiếp xúc mạng 5G hoặc các chức năng mạng lõi 5G khác Dựa trên thông tin này, hệ thống MEC sẽ hỗ trợ tối ưu hóa hiệu suất mạng và cải thiện trải nghiệm người dùng.
13 trợ lựa chọn một hoặc nhiều máy chủ MEC và khởi tạo ứng dụng trên máy chủ hoặc máy chủ MEC đã 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 đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát và quản lý sự tương tác giữa ứng dụng và các tài nguyên máy tính, bộ nhớ, cũng như mạng ảo hóa Nó có trách nhiệm 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.
Báo cáo thông tin về việc sử dụng tài nguyên ảo cho Bộ điều phối MEC giúp nâng cao khả năng giám sát lỗi và hiệu suất.
Máy chủ biên di động (MEC) là một cấu trúc hợp lý hỗ trợ các ứng dụng biên trên thiết bị di động, cung cấp hạ tầng ảo hóa cho tài nguyên mạng, lưu trữ và tính toán MEC bao gồm ba thành phần chính: cơ sở hạ tầng ảo hóa, ứng dụng MEC và nền tảng MEC, giúp thực thi hiệu quả các ứng dụng cần thiết.
Cơ sở hạ tầng ảo hóa đóng vai trò quan trọng trong việc thực thi các quy tắc lưu lượng mà nền tảng MEC nhận được, đồng thời định tuyến lưu lượng giữa các ứng dụng, dịch vụ, máy chủ/proxy DNS, mạng 5G, các mạng truy cập khác, mạng cục bộ và mạng bên ngoài Các yếu tố chính của cơ sở hạ tầng ảo hóa bao gồm khả năng quản lý lưu lượng hiệu quả và tích hợp linh hoạt giữa các thành phần mạng khác nhau.
- Hardware resources( Tài nguyên phần cứng) : Chúng bao gồm máy tính, lưu trữ và tài nguyên mạng
Lớp ảo hóa là một thành phần trung gian kết nối các tài nguyên phần cứng với các máy ảo của thiết bị phần mềm, cung cấp một cái nhìn tổng quát về phần cứng.
Tài nguyên ảo (Virtual resources) bao gồm máy tính, lưu trữ và mạng được khởi tạo dưới dạng máy ảo Ứng dụng MEC là các chức năng mạng ảo hoạt động trên những máy ảo này, bao gồm tất cả các ứng dụng mạng và người dùng trên máy chủ biên Các ứng dụng MEC thường đi kèm với những quy tắc và yêu cầu cụ thể như tài nguyên cần thiết, độ trễ tối đa và dịch vụ yêu cầu 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, chúng cũng có khả năng cung cấp dịch vụ cho các ứng dụng ngang hàng khác.
Nền tảng MEC là tập hợp các chức năng thiết yếu cho việc vận hành ứng dụng MEC trên hạ tầng ảo hóa, cho phép khai thác, thông báo và sử dụng dịch vụ biên Các thành phần chính của nền tảng MEC bao gồm những yếu tố cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng của ứng dụng.
Dịch vụ MEC cung cấp các giao diện lập trình ứng dụng (API) liên quan đến mạng, cho phép các ứng dụng MEC nhận biết và hiển thị thông tin từ mạng và dịch vụ MEC Theo GS MEC 003, các dịch vụ MEC được xác định rõ ràng nhằm tối ưu hóa việc tương tác giữa ứng dụng và mạng.
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 lưu lượng được định tuyến đến và đi từ các ứng dụng MEC, đồng thời xử lý mức độ ưu tiên của chúng.
Nền tảng MEC có khả năng kiểm soát quy tắc lưu lượng bằng cách chỉ định mức độ ưu tiên cho ứng dụng biên Nó cung cấp cho hạ tầng ảo hóa một bộ 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 nhận được.
Các ứng dụng MEC hỗ trợ định tuyến lưu lượng DNS từ UE đến máy chủ DNS cục bộ, cho phép chuyển hướng DNS hiệu quả hơn mà không cần 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 FCAPS, bao gồm các khía cạnh quan trọng như quản lý lỗi, cấu hình, tính toán, hiệu suất và bảo mật, giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống MEC.
MEC application management involves overseeing application rules, traffic rules, and DNS configuration to ensure optimal performance and compliance.
MEC application life cycle management (Quản lý vòng đời ứng dụng MEC)
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, với kiến trúc MEC được thiết kế bởi ETSI nhằm khởi tạo các ứng dụng MEC và chức năng mạng ảo hóa NFV (VNFs) trên cùng một cơ sở hạ tầng ảo hóa Nhờ đó, MEC có thể được triển khai một cách dễ dàng 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 trong kiến trúc MEC được xem là các chức năng ảo hóa mạng (VFNs), do đó chúng có thể được 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 thành phần trong kiến trúc MEC tại cấp máy chủ đều là VNFs hoặc các phần tử quản lý tương thích với 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), tương tự như trong kiến trúc NFV Cơ sở hạ tầng ảo hóa được triển khai dưới dạng NFVI và được quản lý thông qua VIM, như được thể hiện bằng 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 như các thành phần mới Bộ điều phối MEC đã được thay thế bằng bộ điều phối ứng dụng MEC (MEAO), hoạt động dựa trên bộ điều phối NFV (NFVO) để quản lý tài nguyên và điều phối các VNF ứng dụng MEC, phục vụ cho 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 tiêu thụ tài nguyên và cung cấp mức QoS khác nhau Để đáp ứng yêu cầu khắt khe về QoS như độ trễ thấp, băng thông cao và hỗ trợ nhiều thiết bị người dùng (UE), các phần mạng cần phải sử dụng MEC (Mobile Edge Computing) Do đó, việc phát triển các giải pháp kỹ thuật hỗ trợ MEC cho cắt mạng là cần thiết, theo tiêu chuẩn ETSI GR MEC 024 trong Multi-Access.
Edge Computing (MEC); Support for Network Slicing, November 2019) đưa ra cách giải quyết vấn đề
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 sự phân bổ của các thành phần MEC dựa trên từng lát vắt trong môi trường NFV Mỗi phần mạng được triển khai như một nền tảng MEC độc lập, với khối quản lý nền tảng MEC hỗ trợ nhiều ứng dụng và một mặt phẳng dữ liệu VNF nhằm xác định quy tắc và mức ưu tiên cho người dùng.
Các khối tô sáng trong hình đại diện cho 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 thể hiện các thành phần MEC không trực tiếp hỗ trợ các lát cắt khác nhau, nhưng vẫn có khả năng nhận biết các lát cắt đó.
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 thông qua việc kết hợp các đối tượng ảo, tạo nên một môi trường phong phú hơn AR không thay thế thực tế mà bổ sung và làm phong phú thêm trải nghiệm của người dùng.
Thực tế hỗ trợ (Assisted Reality) tương tự như thực tế tăng cường (AR), nhưng tập trung vào việc chủ động thông báo cho người dùng về các vấn đề cụ thể mà họ quan tâm, như cảnh báo nguy hiểm hay 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 (VR) mang đến cho người dùng trải nghiệm sống động với khả năng truy cập các góc nhìn và âm thanh chân thực từ các hệ thống phức tạp được định vị từ xa trong thời gian thực.
Nhận thức hỗ trợ (Cognitive assistance) là công nghệ tương tự như thực tế tăng cường (AR), nhưng nó còn 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 đại đòi hỏi khả năng tính toán mạnh mẽ, băng thông lớn và độ trễ tối thiểu Để đáp ứng những yêu cầu này, một máy chủ MEC gần gũi với người dùng có thể giảm tải một phần gánh nặng tính toán từ thiết bị của người dùng và lưu trữ thông tin bộ nhớ đệm từ cơ sở dữ liệu từ xa.
Trò chơi và các ứng dụng đám mây yêu cầu độ trễ thấp có thể được tối ưu hóa nhờ vào ứng dụng MEC trên máy chủ biên, giúp người dùng truy cập nhanh chóng và hiệu quả.
Điều phối video biên MEC giải quyết vấn đề sản xuất và tiêu thụ nội dung tại các địa điểm gần gũi với người tiêu dùng trong khu vực đông dân cư Ví dụ như trong các sự kiện thể thao hoặc buổi hòa nhạc, nơi lượng lớn người dùng truy cập nội dung qua thiết bị di động Trải nghiệm video được cải thiện nhờ vào việc kết hợp từ nhiều nguồn khác nhau, cho phép người dùng có các chế độ xem tốt hơn từ các nguồn địa phương MEC đáp ứng nhu cầu này một cách hiệu quả.
Mạng 5G cho phép xác định vị trí người dùng và kết nối họ với máy chủ MEC cục bộ, từ đó cung cấp dịch vụ dựa trên vị trí như quảng cáo địa phương và hướng dẫn hỗ trợ.
Khi máy chủ MEC được đặt tại trạm gốc, việc thu thập thông tin mạng vô tuyến trở nên dễ dàng hơn Tuy nhiên, nếu máy chủ MEC nằm ở điểm tập hợp hoặc biên của lõi mạng, các dịch vụ thông tin mạng vô tuyến cần triển khai chương trình để xác định thông tin cần thiết Do đó, MEC lưu trữ thông tin quan trọng tại máy chủ của mình và cung cấp các dịch vụ thông tin vô tuyến thông qua nền tảng MEC.
Giảm tải tính toán ứng dụng là một giải pháp hiệu quả, trong đó ứng dụng người dùng cuối được lưu trữ trên máy chủ MEC gần đó thay vì trên thiết bị của người dùng Điều này cho phép sử dụng ứng dụng mà không phụ thuộc vào khả năng của thiết bị, với các ví dụ điển hình như xuất đồ họa (trình duyệt tốc độ cao, thực tế nhân tạo, trò chơi 3D), xử lý dữ liệu trung gian (làm sạch dữ liệu cảm biến, phân tích video) và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng (dịch thuật, 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 thông qua đám mây, nhưng việc kết hợp với MEC cho phép lưu trữ cục bộ phần lớn nội dung video, giúp giảm tải cho mạng Hệ thống có khả năng phát hiện và theo dõi các đối tượng, thực hiện các hành động như kích hoạt báo động, với hiệu quả tối ưu khi sử dụng MEC cục bộ.
Hệ thống MEC được triển khai trong môi trường sân vận động cho phép sản xuất và phân phối video nội địa, phục vụ cho các sự kiện như thể thao, buổi hòa nhạc, cuộc họp công cộng và hội nghị Người tiêu dùng có thể dễ dàng lựa chọn nội dung phù hợp qua thiết bị cầm tay Việc chạy các ứng dụng video ở biên giúp kiểm soát 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 game trực tuyến, đang ngày càng phổ biến, cho phép người chơi trải nghiệm cả trong nhà và ngoài trời Người dùng có thể chơi trên nhiều thiết bị và yêu cầu ứng dụng hoạt động mượt mà với độ trễ thấp Để đáp ứng nhu cầu này, các nhà cung cấp dịch vụ trò chơi cần triển khai điện toán biên, có thể được cung cấp bởi các nhà khai thác mạng hoặc nhà cung cấp dịch vụ bên thứ ba.
Máy chủ MEC trên xe hỗ trợ khối lượng công việc trên ô tô: Các trường hợp sử dụng
URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communications) đang cách mạng hóa vận chuyển thông minh thông qua công nghệ lái xe tự động và điều khiển từ xa Các phương tiện kết nối 5G có khả năng trao đổi thông tin với nhau, với hạ tầng giao thông và máy chủ backend, cũng như Internet Để đáp ứng nhu cầu di động và mật độ người dùng cao, cần giảm độ trễ, tăng độ tin cậy và nâng cao thông lượng Khi số lượng phương tiện hỗ trợ tăng lên, nghiên cứu cho thấy việc sử dụng máy chủ MEC (Mobile Edge Computing) trên xe mang lại hiệu suất và độ tin cậy vượt trội hơn so với việc sử dụng máy chủ MEC ở biên.
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 nhà máy cũ, nhằm đáp ứng các yêu cầu hiện đại như giảm nhân công, tối ưu quản lý và tăng năng suất Kết nối mạng trở thành yếu tố thiết yếu, trong đó mạng 5G được xem là giải pháp tối ưu Một nhà máy thông minh cần có khả năng eMBB, mMTC và URLLC, do đó, 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 việc phân tích dữ liệu là rất quan trọng đối với ứng dụng thu thập lượng lớn thông tin từ cấu hình mMTC IoT, nơi tất cả thiết bị được kết nối qua một mạng truy cập vô tuyến (RAN) cục bộ Ứng dụng này hoạt động trên máy chủ MEC gần RAN, xử lý thông tin và trích xuất dữ liệu tóm tắt quan trọng để gửi đến máy chủ trung tâm Đồng thời, một phần dữ liệu 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, bao gồm quảng cáo trên điện thoại di động, giám sát vị trí sinh viên trong trường, quản lý nhân sự và các ứng dụng thành phố thông minh Để đảm bảo cập nhật liên tục vị trí của 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 cung cấp các API chuẩn hóa, nhằm đảm bảo rằng các ứng dụng có thể dễ dàng di chuyển giữa các máy chủ MEC từ các nhà cung cấp khác nhau.
Giao tiếp giữa phương tiện và cơ sở hạ tầng là rất quan trọng, thông qua việc sử dụng các thuật toán kết hợp dữ liệu từ phương tiện và cảm biến bên lề, hệ thống có thể nhận diện các tình huống rủi ro và gửi cảnh báo đến các phương tiện trong khu vực Những cảnh báo này yêu cầu phản ứng ngay lập tức, chẳng hạn như tránh làn nguy hiểm hoặc giảm tốc độ Để đảm bảo độ trễ cực thấp, việc đặt máy chủ MEC gần các cụm cảm biến là cần thiết.
Máy chủ MEC cần phát triển linh hoạt với khả năng hỗ trợ cả container và máy ảo, cho phép công nghệ ảo hóa từ bên thứ ba Đặc biệt, trong các trường hợp yêu cầu không gian hạn chế, container trở thành giải pháp ưu tiên do tính hiệu quả và tiết kiệm diện tích.
Nhà cung cấp đám mây bên thứ ba là mô hình kinh doanh trong đó tài nguyên tính toán cho dịch vụ đám mây biên được cung cấp bởi các chủ sở hữu biên bên thứ ba (TEO), thay thế cho các nhà khai thác mạng phi truyền thống TEO có thể là cơ quan quản lý tài sản công ty hoặc bất kỳ chủ sở hữu bất động sản nào cung cấp tài nguyên đám mây cho các nhà khai thác mạng và dịch vụ đám mây truyền thống Trong mô hình này, máy chủ MEC đóng vai trò quan trọng bằng cách cung cấp dịch vụ được bản địa hóa như mạng vô tuyến và thông tin giao thông cho các TEO.
WTTx (Wireless to the 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 và bảo trì dễ dàng IPTV qua WTTx cho phép các nhà khai thác tiếp cận nhanh chóng thị trường giải trí gia đình thông qua mạng di động hiện có Việc triển khai MEC giúp giảm tải đáng kể lưu lượng truy cập từ mạng lõi, đặc biệt trong việc cung cấp video theo yêu cầu, khi nội dung có thể được lưu trữ tại các máy chủ MEC để truyền tải hiệu quả đến khách hàng địa phương.
Nền tảng MEC sử dụng thông tin từ ứng dụng MEC được nhà điều hành tin cậy:
Trường hợp sử dụng này cho phép ứng dụng nhắm mục tiêu đến một người đăng ký hoặc một nhóm cụ thể của người đăng ký Ví dụ:
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 đóng vai trò quan trọng trong việc định tuyến lưu lượng truy cập đến ứng dụng MEC dựa trên địa chỉ IP của UE, thay vì 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 Thông tin ánh xạ này được cung cấp từ một nguồn bên ngoài, chẳng hạn như mạng lõi Một ứng dụng MEC đáng tin cậy từ nhà điều hành sẽ nhận được thông tin ánh xạ này và cung cấp cho nền tảng MEC.
Một ứng dụng đáng tin cậy không chỉ hoạt động trên máy chủ MEC mà còn là phần mở rộng của nền tảng MEC Ứng dụng này có quyền cung cấp thông tin một cách an toàn cho nền tảng MEC Để đảm bảo tính bảo mật, các ứng dụng và nền tảng cần được xác thực và ủy quyền lẫn nhau.
Hình 11 minh họa một ví dụ về cách sử dụng khái niệm, trong đó lưu lượng thuê bao được đăng ký với một thẻ cụ thể và ánh xạ tới địa chỉ IP của UE Dữ liệu này được chuyển đến ứng dụng MEC cục bộ thay vì 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 đạt được thông qua việc sử dụng Hướng dẫn thông lượng di động (MTG), một công cụ tiềm năng nhằm nâng cao trải nghiệm người dùng trong các phiên Internet di động MTG cung cấp thông tin rõ ràng về băng thông mà liên kết truy cập di động có khả năng duy trì trong tương lai gần, từ đó cải thiện hiệu suất của Giao thức điều khiển.
TCP sử dụng thuật toán kiểm soát tắc nghẽn để điều chỉnh luồng dữ liệu qua các mạng chia sẻ, cố gắng xác định dung lượng mạng dựa trên thời gian phản hồi gói tin Khi phát hiện tắc nghẽn, TCP sẽ giảm tốc độ truyền tải và từ từ phục hồi Tuy nhiên, trong mạng di động, dung lượng thường xuyên thay đổi do tín hiệu không ổn định và các yếu tố môi trường Để cải thiện hiệu suất, ứng dụng MEC phân tích vô tuyến cung cấp thông tin thời gian thực về thông lượng tại giao diện đường xuống, giúp máy chủ video điều chỉnh quyết định kiểm soát tắc nghẽn TCP Nhờ đó, TCP có thể tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mà không làm quá tải mạng hoặc phụ thuộc vào các phương pháp giảm tốc độ truyền sau khi xảy ra tắc nghẽn.
Bộ nhớ đệm nội dung cục bộ ở cạnh thiết bị di động mang lại lợi ích rõ ràng và được áp dụng rộng rãi trong MEC Việc lưu trữ bộ nhớ đệm địa phương là cần thiết để tối ưu hóa băng thông rộng di động nâng cao (eMBB) cho các dịch vụ 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, lưu lượng truy cập được giảm thiểu, giảm tải cho mạng lõi.
Quản lý SLA là một yếu tố quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ của các nhà cung cấp hệ thống máy chủ MEC 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 yêu cầu tài nguyên Nhờ vào máy chủ MEC, các nhà cung cấp ứng dụng có thể thu thập dữ liệu để giám sát việc tuân thủ SLA, giúp đảm bảo rằng các thông số cụ thể được thể hiện và theo dõi hiệu quả.
Tối ưu hóa backhaul trên thiết bị di động liên quan đến việc 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 RAN không nhận biết được tình trạng suy thoái hay yêu cầu dung lượng của backhaul Bằng cách kết hợp thông tin từ RAN và mạng backhaul, có thể tối ưu hóa tài nguyên trong quá trình sửa chữa lại Khi mạng backhaul kết nối với lõi mạng qua máy chủ MEC, ứng dụng phân tích lưu lượng trên máy chủ MEC có khả năng tính toán thông tin giao thông dựa trên dữ liệu từ dịch vụ MEC và thông tin thu thập từ ứng dụng giám sát Các phân tích này giúp xác định lưu lượng người dùng và các ứng dụng mà họ đang sử dụng, từ đó cải thiện hiệu suất mạng.
Tương tác trực tiếp với ứng dụng MEC xác định khả năng cần thiết để định tuyến lại lưu lượng từ ứng dụng UE.
Lưu trữ dữ liệu trên nền tảng MEC giúp tối ưu hóa lưu lượng truy cập Internet, đặc biệt là đối với nội dung video theo yêu cầu Phần lớn lưu lượng này là dư thừa, vì vậy việc áp dụng kỹ thuật loại bỏ trùng lặp lưu lượng thông qua nén và giải nén trở nên cần thiết Cụ thể, một máy chủ gần nguồn sẽ gửi một bản sao của khối lưu lượng cùng với chỉ mục đến máy chủ MEC gần người nhận, trong khi máy chủ nguồn chỉ cần gửi chỉ mục, giúp giảm tải cho mạng lõi.
Trình quản lý phân bổ băng thông cho các ứng dụng là một giải pháp hiệu quả cho tình huống mà nhiều ứng dụng hoặc phiên bản của cùng một ứng dụng hoạt động đồng thời trên một máy chủ MEC 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 dựa trên 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 sử dụng nhiều người mang lưu lượng với các yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) và giá trị định danh lớp QoS (QCI) khác nhau Trường hợp sử dụng này tập trung vào việc theo dõi lưu lượng truy cập giữa các người mang khác nhau, cũng như giữa UE và các ứng dụng được tổ chức trên máy chủ, nhằm đảm bảo hiệu suất và chất lượng dịch vụ tối ưu.
Triển khai máy chủ MEC trong môi trường mạng dày đặc giúp xác định tắc nghẽn mạng không dây thông qua dịch vụ MEC có sẵn trên Nền tảng MEC Dịch vụ này cung cấp thông tin mạng vô tuyến cho ứng dụng, cho phép MEC ứng dụng giao tiếp với các ứng dụng đối ứng trên thiết bị Khi phát hiện tắc nghẽn, MEC có thể yêu cầu các ứng dụng kích hoạt thiết bị để tối ưu hóa khả năng giao tiếp mạng thông qua ứng dụng cụ thể.
Truyền thông doanh nghiệp hiện nay ngày càng phụ thuộc vào thiết bị di động, đặc biệt trong lĩnh vực CNTT và điện thoại Để nâng cao hiệu quả, nhiều doanh nghiệp lớn triển khai các trạm nhỏ trong khuôn viên nhằm tạo ra mô hình phủ sóng nhỏ tế bào, cung cấp phạm vi phủ sóng liên tục Khi người dùng di chuyển trong môi trường doanh nghiệp, các phiên kết nối của họ được chuyển giao giữa các ô nhỏ liền kề Để duy trì kết nối, các thiết bị trong doanh nghiệp 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 kết nối đến mạng lõi, Internet và mạng LAN doanh nghiệp.
Tối ưu hóa trải nghiệm người dùng (QoE) và quản lý tài nguyên trong mạng đa truy cập là điều quan trọng Cạnh đa truy cập điện toán, một hình thức điện toán đám mây tiên tiến, mở rộng khả năng của mô hình điện toán cạnh di động ban đầu Với mô hình này, người dùng (UE) có thể truy cập nền tảng MEC thông qua nhiều loại kết nối mạng khác nhau.
Các kỹ thuật kết nối mạng như di động, Wi-Fi, Ethernet và DSL đóng vai trò quan trọng trong chất lượng trải nghiệm (QoE) của người dùng Để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng, máy chủ MEC sử dụng thông tin mạng để chọn đường dẫn mạng động, dựa trên điều kiện hiện tại của mạng truy cập Để thực hiện chức năng 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 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 nội dung đa phương tiện qua mạng di động và cố định được thực hiện thông qua máy chủ MEC, sử dụng ứng dụng SAND (Máy chủ và Truyền trực tuyến thích ứng động) theo tiêu chuẩn ETSI TR 126 957 SAND cung cấp các giao diện tiêu chuẩn hóa cho nhà cung cấp dịch vụ và nhà khai thác, nhằm nâng cao trải nghiệm phát trực tuyến Để cải thiện hiệu quả của các phiên phát trực tuyến, SAND giới thiệu các thông điệp giữa máy khách DASH và các phần tử mạng, cung cấp thông tin về tình trạng hoạt động của mạng, máy chủ, proxy, bộ nhớ đệm, và hiệu suất của máy khách DASH.
