基于边缘计算技术的5G网络状态感知系统设计与分析.pdf
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1、现代电子技术Modern Electronics TechniqueNov.2023Vol.46 No.222023年11月15日第46卷第22期0 引 言随着 5G新基建发展及 5G技术的逐步完善,基于5G网络的行业应用由游戏、短视频等新兴互联网产业延伸至工业制造、钢铁、矿产、交通、电力、医疗等传统工业生产及民生领域12。5G+工业生产、5G+交通、5G+医疗等技术应用模式在实现业态重塑和推进产业升级的同时,对 5G网络状态的稳定性、可靠性提出了非常高的要求。但在实际使用场景中,多种因素会引发 5G网络波动,如:因人员维护设置及操作不当等主观因素引发的网络性能劣化或故障;设备故障、传输环境、
2、无线信号干扰等客观因素引发的网络故障或波动;端到端(Device to Device,D2D)通信因用户数量或距离变化等因素引起负载失衡及同频干扰问题34、时DOI:10.16652/j.issn.1004373x.2023.22.011引用格式:温圣军,袁刚,袁瑞丰,等.基于边缘计算技术的5G网络状态感知系统设计与分析J.现代电子技术,2023,46(22):5862.基于边缘计算技术的5G网络状态感知系统设计与分析温圣军,袁 刚,袁瑞丰,白静一,韩春晓(国家市场监督管理总局信息中心,北京 100820)摘 要:5G网络在实现业态重塑和推进产业升级的同时,对网络状态的稳定性、可靠性提出了较高
3、的要求,进而催生了对5G网络适时、精准的状态感知与故障预警需求。5G网络具有高速低延时、大规模接入的特性,但受网络中心及网络边缘接入设备计算及能量资源限制,无法实现及时反馈和精确预警。基于边缘计算技术能够弥补终端及网络中心算力不足并保持5G网络特性的优势,文中结合边缘计算技术设计一种探针式网络状态感知系统,给出其功能构架、网络部署及工作流程。系统采用类分布式部署方式,将探针植入采集对象,同时收集端到端网络状态特征数据及设备自身状态数据,经边缘服务器预处理再回传分析中心进行网络状态分析,实现对5G网络状态的全方位感知分析。结果表明,所设计系统可以支持多种应用场景,并在其中发挥积极增益的作用。关键
4、词:5G网络;状态感知系统;边缘计算技术;故障预警;类分布式部署;探针 中图分类号:TN929.534 文献标识码:A 文章编号:1004373X(2023)22005805Design and analysis of 5G network state awareness system based on MEC technologyWEN Shengjun,YUAN Gang,YUAN Ruifeng,BAI Jingyi,HAN Chunxiao(Information Center of State Administration of Market Regulation,Beijing 1
5、00820,China)Abstract:While reshaping the business format and promoting industrial upgrading,5G networks have put forward very high requirements for the stability and reliability of network status,which has led to the demand for timely and accurate state perception and fault warning of 5G networks.5G
6、 networks have the characteristics of high speed,low latency and largescale access,but its timely feedback and accurate warning cannot be achieved due to the limitations of computing and energy resources of network center and edge access devices.Based on the fact that edge computing technology can m
7、ake up for the lack of computing power of terminals and network centers and maintain the advantages of 5G network characteristics,a probe network state awareness system is designed combining edge computing technology,and its functional architecture,network deployment and workflow are given.In the sy
8、stem,a class distributed deployment method is adopted,where probes are implanted into the collection object to collect endtoend network state feature data and device self state data.After being preprocessed by the edge server,it is returned to the analysis center for network state analysis,achieving
9、 comprehensive perception and analysis of 5G network state.The results show that the designed sysytem can support multiple application scenarios and play a positive gain role in them.Keywords:5G;state perception system;edge computing technology;fault warning;class distributed deployment;probe收稿日期:20
10、230529 修回日期:202307065858第22期分双工(Time Division Dual,TDD)模式下远端基站下行信号对近端基站上行信号干扰5、同步重叠覆盖干扰6等固有技术因素引发的网络劣化,制约和影响着5G在关键领域的深入应用。对5G网络状态开展全方位的监测、展示及智能化提示,精确地量化表述网络性能,不仅能够提供网络性能状态掌控手段,满足业务应用的网络性能分析需求,还可以迅速定位网络故障节点,提供网络优化及运维服务的数据支撑。1 基础介绍1.1 网络状态感知系统基础在传统固网及 4G 网络中,网络状态监测/感知系统是网络监控和管理的一种基本手段,已形成多种分类标准7。主流的监测
11、分类有按照监测方式、监测内容及兼容性三类。按照监测的方式可分为主动式和被动式,按照监测的内容可分为拓扑监测和性能监测,按照监测系统的兼容性可分为兼容和不兼容。上述不同分类监测方式的优缺点对比如表1所示。表1 各监测方式优缺点对比序号123456类型主动被动拓扑性能兼容不兼容优势适合端到端性能监测不增加网络负载获取拓扑结构监测链路性能不依赖于设备对特定设备兼容性更高缺点增加网络负载不适合于端到端监测链路性能不明对处理性能要求较高投入资源较多多设备适应性差尽管不同分类的监测方式各有应用的优势和不足,但在带宽及算力允许的前提下,可兼容、主动式网络性能感知系统具备要素感知立体全面、反馈及时、预警准确及
12、可适应性强等诸多优势,是当前网络状态感知研发及应用领域的热点和首选。1.2 5G网络状态感知系统的难点相较于传统固网及 4G 网络的网络状态感知,结合 5G 网络超高速率、超低延时及超大规模接入的特点,对接入终端及链路状态要素信息收集越多、并发任务越多,要求网络状态感知系统的数据分析及处理能力越高。对于可兼容主动式网络性能感知系统而言,超大规模接入的设备开发标准尚未形成,需要投入大量资源去开展适配;同时超高速、超低时延及超大规模任务并发对感知系统收集和分析中枢而言是极大挑战,无法对网络状态进行实时感知及分析预警,甚至对网络性能信息收集分析的行为本身也可能成为5G网络性能劣化的影响因素。1.3
13、基于边缘计算技术的解决路径日趋完善的 5G 技术为具有超高速度、超低时延及大规模接入需求的应用提供了基础平台支撑。但在实际应用中,大部分网络边缘接入设备(智能终端、CPE下联 IoT终端等)的计算及能量资源有限,影响和制约 5G 网络的效能发挥。为解决上述问题,IBM 于2013 年 提 出 移 动 边 缘 计 算 技 术(Mobile Edge Computing,MEC)的概念,并于 2014 年由欧洲电气标准 协 会(European Telecommunications Standards Institute,ETSI)列 为 移 动 边 缘 计 算 标 准 并 全 面 推进813,其
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