5G中多接入边缘计算（MEC）物联网集成的驱动力

⃝可在www.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectICTExpress 7（2021）127www.elsevier.com/locate/icte5G中多接入边缘计算（MEC）物联网集成的驱动力Madhusanka Liyanagea，b，Pawani Porambageb，Aaron Yi Dingc，Anshuman Kallaba爱尔兰都柏林大学计算机科学学院b芬兰奥卢大学无线通信中心c荷兰代尔夫特理工大学工程系统与服务系接收日期：2021年2月1日;接收日期：2021年3月15日;接受日期：2021年5月4日2021年5月15日网上发售摘要多接入边缘计算（MEC）技术的出现旨在将云计算能力扩展到无线接入网络的边缘，即，更接近最终用户。因此，MEC使能的5G无线系统被设想为提供对无线电网络资源的实时、低延迟和高带宽接入。因此，MEC允许网络运营商将其网络开放到更大范围创新服务，从而产生一个全新的生态系统和价值链。此外，MEC作为一种使能技术，将为物联网（IoT）在5G无线系统中的一致集成提供新的见解。在此背景下，本文阐述了网络功能虚拟化（NFV）、软件定义网络（SDN）、网络切片和信息中心网络（ICN）等四项关键技术，这些技术将推动和加强MEC物联网在5G网络中的融合。此外，我们的目标是在5G物联网背景下提供MEC与这四种驱动技术之间的紧密联盟，并确定开放的挑战，未来的方向和具体的集成路径。c2021韩国通信和信息科学研究所（KICS）。出版社：Elsevier B.V.这是一个开放的访问CC BY-NC-ND许可证下的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：MEC;物联网; 5G; SDN; NFV;网络切片; ICN内容1.导言. 1282.MEC-IoT集成1283.网络功能虚拟化1294.软件定义网络1315.以信息为中心的网络1316.网络切片1317.挑战和未来方向1327.1.NFV.................................................................................................................................................................................................. 1327.2.SDN.................................................................................................................................................................................................. 1337.3.ICN................................................................................................................................................................................................... 1337.4.网络切片1347.5.集成路径1367.5.1.控制级编排1367.5.2.标准化进程的同步1367.5.3.硬件限制和平台依赖性1367.5.4.人工智能作为关键集成推动因素136∗ 通讯作者：爱尔兰都柏林大学计算机科学学院。电子邮件地址：madhusanka@ucd.ie，madhusanka. oulu.fi（M.Liyanage）、pawani. oulu.fi（P. Porambage）、aaron. tudelft.nl（A.Y.丁），anshuman. ieee.org，anshuman. oulu.fi（A.卡拉）。同行评审由韩国通信和信息科学研究所负责。https://doi.org/10.1016/j.icte.2021.05.0072405-9595/2021韩国通信和信息科学研究所（KICS）。出版社：Elsevier B.V.这是一个开放的访问CC BY-NC-ND许可证下的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。M. 利亚纳热山口Porambage，A.Y.Ding等人ICT Express 7（2021）1271287.6.其他技术挑战8.结论136竞争利益声明137致谢137参考文献1371. 介绍物联网（IoT）是一个蓬勃发展的生态系统，由呈指数增长的异构和资源受限的物理对象的大量互连组成。在其全面展开的过程中，物联网正准备彻底改变我们感知和与周围世界互动的方式。目前，它支持医疗保健、农业、智慧城市、汽车和工业等众多应用领域。在物联网应用的背景下，以下是值得注意的。一方面，越来越多的物联网应用程序的设计方式是，为了进行数据处理和存储，它们需要访问集中式云计算设施[1]。这是因为物联网设备本质上是资源受限的设备（即低电池电量，低内存占用和较低的处理能力）。另一方面，物联网有望在需要时提供具有最小延迟和高体验质量（QoE）的实时可扩展应用。因此，在执行和期望之间存在明显的不匹配。5G作为一项基础技术，在推动许多其他技术和服务的发展方面发挥着不可或缺的作用，物联网就是其中之一。一般来说，5G用例分为三大领域：（i）增强型移动宽带，（ii）大规模物联网，以及（iii）关键任务物联网。每个类别都需要不同类型的网络功能，包括移动性，安全性，策略控制，延迟，带宽和可靠性，如图所示。1 .一、新的物联网设备向消费者市场的扩散将在它们访问云服务器时给移动网络增加更高的负担。此外，通过移动网络访问集中式云服务的需求可能会限制要求低延迟和高容量的IoT用例。这就带来了边缘计算范式在MEC口径中的重要性，MEC是一种新的不断发展的网络范式，目前由欧洲电信标准协会（ETSI）标准化[2]。MEC背后的基本原理是将云的功能扩展到蜂窝网络的边缘。原则上，这是通过将存储和计算资源放置在无线电接入网络（RAN）边缘处，并且在需要时将由云提供的一些功能移动到边缘处的这些附加资源来实现的MEC技术的一些典型特征是最近距离、超低延迟、位置感知和网络上下文信息。基于上述讨论，必须清楚的是，MEC物联网集成的实现具有巨大的潜力，并且应该由许多底层技术来支持。在本文中，我们将研究四种关键的使能技术，即网络功能虚拟化（NFV）、软件定义网 络 （ SDN ） ， 信 息 中 心 网 络 （ ICN ） 和 网 络 切 片（NS），并说明如何利用它们来加速5G网络中基于MEC的物联网系统的增长。尽管其他几种无线技术和无线接入网技术与MEC相关，但我们在本文中考虑了与5G回程和核心网本文件的结构如下。第2节强调了MEC与物联网集成的关键问题和好处。四个关键使能技术NFV、SDN、ICN和NS的作用分别在第3、4、5和6节中讨论。第7节进一步说明了挑战、整合路径和未来方向。第8节总结了目前的工作。2. MEC-IoT集成本节讨论与物联网有关的问题，并说明基于MEC的物联网如何解决这些问题。特别是，在物联网的背景下，MEC的主要优势得到了强调。此外，还提出了MEC-IoT集成所面临的挑战。毫无疑问，物联网的快速发展正在帮助该技术发展为成熟的技术。尽管如此，一些因素，如同时增长的人数，物联网设备、各种类型的物联网应用的激增以及使用通用连接选项的需求已经引起了若干问题，例如可扩展性、移动性、延迟、功耗、可用性、安全性和隐私。一般来说，物联网利用云计算设施，这可能面临几个挑战，例如单点故障，可达性，高广域网（WAN）延迟和缺乏位置感知。在这种情况下，MEC通过提供许多共同优势来发挥缓解作用[1，7]。从物联网的角度来看，MEC将计算资源放置在非常靠近物联网设备的位置，从而提供了许多好处，包括计算卸载。从MEC的角度来看，物联网（作为MEC的广泛用例）将MEC服务扩展到各种设备，从而使MEC能够广泛采用和发展。此外，云基础设施也被卸载。表1总结了MEC带来的附加功能，以克服不同物联网领域的许多问题MEC为5G时代的物联网提供了三大优势。图图1展示了这些技术在5G网络中的集成MEC提供的第一个关键优势是流量过滤。这是因为大量物联网应用程序生成的请求在网络边缘得到了满足，从而阻碍了原本会向上游推送到云设施的流量。当然，这是当IoT设备不需要全局级别的服务云计算能力），因此可以通过M. 利亚纳热山口Porambage，A.Y.Ding等人ICT Express 7（2021）127129图1.一、 MEC物联网集成在基于NFV的5G核心网络与SDN，ICN和NS的保护伞下[2- 6 ]。直接MEC服务器。因此，使用MEC将节省成本，减少延迟并截断核心网络中的业务量。第二个关键优势是MEC促进了基于本地处理数据的加速决策，从而减少了端到端（E2E）延迟。这在关键的物联网应用中非常重要（例如，远程手术、智能电网、自动驾驶汽车和视频会议），这些都对可靠性、可用性和低延迟有非常高的要求。MEC提供的第三个关键好处是增强了物联网设备的可扩展性和寿命。物联网连接数量的快速增加将成比例地增加网络上的流量负载并减少电池寿命，但由于MEC，电池消耗可能不会增加，因为物联网设备和MEC服务器之间需要的传输时间更少。除了这三个关键优点之外，MEC提供了很少的其他优点，例如上下文感知、本地存储和缓存、对间歇连接的支持、移动性（快速RAT切换）、本地隐私和安全性，如表1所示。接下来，我们将讨论MEC-IoT集成需要应对的关键挑战。安全、隐私和信任管理是物联网的三个重要协同研究领域。随着越来越多的物联网设备和应用程序使用边缘设施，用户将越来越容易受到安全威胁。MEC和物联网中的用户数据高度暴露的事实，这可能导致敏感数据的安全漏洞的许多可能方式。通常，物联网设备被设计为具有隐含的相互信任，因此，数据共享没有验证过程。在这种情况下，所有设备都相互信任并共享数据，很难识别行为不端的设备。情况恶化了好几倍，特别是在没有周边安全机制的情况下（例如，防火墙）。通常，这种安全机制可以阻止MEC中的威胁，但不用于MEC-NVF集成。因此，在MEC系统中，识别、认证和授权设备以及它们从边缘到云并返回生成的数据，同时维持毫秒级的延迟是具有挑战性的。类似地，在用户移动性的情况下实现对缓存和计算卸载决策的不可忽略的影响是具有挑战性的，这将导致边缘服务器之间的频繁切换。接下来的几节详细阐述了 四个关键的使能技术，以实现上述MEC-IoT集成的好处。3. 网络功能虚拟化NFV技术利用虚拟化技术的力量将物理网络设备与在其上运行的功能解耦[8]。因此，NFV能够将不同的虚拟网络功能（VNF）实现为在一个或多个行业标准物理服务器上运行的软件。因此，可以重新定位和实例化VNF在不同的物理网络位置，当需要时，而无需购买和安装新的硬件。M. 利亚纳热山口Porambage，A.Y.Ding等人ICT Express 7（2021）127130表1MEC在不同物联网领域的缓解作用物联网应用MEC的作用MEC增加的特性连接性、弹性、成本、安全性）。实时边缘分析和增强的边缘安全属性将有助于创建新的IIoT服务。低延迟增加的带宽上下文感知低功耗设备（本地存储）间歇性操作能力与核心网络的快速移动性缓存边缘分析专用或本地网络本地化的安全和隐私智能家居MEC提供了减少的通信延迟、简单的实例化和快速的重定位。此外，MEC可以在本地处理敏感数据 保护隐私GGGGGGGGG智慧城市MEC满足网络边缘的数据处理、存储和检索请求，从而提供低延迟、高可用性、位置感知、移动性管理和可扩展性。G GGGGGGG医疗远程手术EC通过不间断的通信（即使是偏远地区）和基于边缘的分析来监控和检测生理症状。此外，超低延迟的承诺将为远程手术提供技术支持G GGGGGGG自动驾驶汽车MEC可以通过满足延迟，可靠性，快速大数据处理和吞吐量要求来改善实时交通监控，车辆连续感测，信息娱乐应用和安全性等操作功能。G GGGGGGAR/VR将计算成本高昂的任务迁移到边缘服务器不仅可以增强AR/VR设备的计算能力，提升用户的沉浸式体验，还可以延长电池寿命。此外，MEC平台的高容量和低延迟无线覆盖承诺提供了即使在人口密集的地区也能体验AR/VR的用户G GGGGGGG游戏MEC可以通过将资源密集型应用卸载到位于最近距离的边缘服务器来改善对延迟敏感的游戏用户的用户体验。G GGGGG零售现场MEC服务器可以本地处理不同物联网系统生成的大量数据，如智能支付解决方案，面部识别系统，智能自动售货机。GGGGGGG穿戴设备MEC允许近距离部署存储、计算和缓存，以满足可扩展性、短距离和低功耗通信等可穿戴需求。GGGGG环境监测MEC处理更靠近传感器的信息，并消除了通过带宽有限的网络发送原始数据GGGGG农业和家禽现场MEC服务器可以分析收集的大数据，而无需实时上传到远程云。因此，MEC可以直接减少数据访问、同步和存储的开销GGGGGGG智慧能源通过在更接近数据生成源的地方执行计算，MEC解决了交通拥堵、由于恶劣的环境而导致的延迟等问题。或间歇性连接和大量数据生成。 MEC通过在更靠近终端设备的地方实施安全机制来GGGGGGG工业物联网（IIoT）MEC通过解决M2M通信的缺点（例如，对等延迟G GGGGGGM. 利亚纳热山口Porambage，A.Y.Ding等人ICT Express 7（2021）127131NFV被认为是在5G-IoT网络中部署MEC [9接下来，我们将讨论如何将NFV和MEC技术结合使用，以满足基于5G-IoT的服务不断升级的网络需求。在核心架构中，MEC和NFV具有相似的特征。例如，如图2所示，MEC和NFV都利用虚拟化;前者利用它在边缘服务器上运行应用程序，而后者应用它来实现虚拟化网络功能。这两种技术都具有可堆叠的组件，并且都有一个虚拟化层。根据ETSI [2]，为了最大化投资回报并增强计算体验，运营商也可以重用NVF换句话说，MEC可以使用NFVI（NFV基础设施）作为虚拟化平台，与其他VNF一起运行移动边缘应用程序因此，MEC应用也作为NFV环境中的VNF出现，并且移动边缘编排的部分可以委托给NFVO（NFV编排）[3]。4. 软件定义网络SDN [10]是一种新兴的网络范式，以将控制平面功能与物理联网资源的数据平面功能解耦。此外，它反对使用供应商特定的黑盒硬件，而是建议在数据平面中使用商品交换机。将网络控制功能转移到集中式实体具有许多优点。然而，关键的IoT应用要求SDN控制器接近数据平面以满足低延迟约束。在这方面，MEC可以是满足延迟要求的实用解决方案。MEC通过将移动网络转变为软件化网络并确保高效的网络运营和服务交付来补充SDN的进步[4]。接下来，我们简要讨论SDN如何支持MEC的部署。SDN可以通过为网络服务开发人员隐藏异构移动环境的复杂性来编排网络、其服务和设备。因此，SDN在缓解多层MEC基础设施往往面临的限制方面具有巨大潜力，例如因为在现有蜂窝基础设施中采用MEC的高复杂性。SDN控制机制可以通过提供更有效地利用可用资源的新方法来降低MEC架构的复杂性。SDN可以在层MEC服务器和云服务器之间动态路由流量，为移动用户提供最高的QoS。此外，SDN范式将网络智能集中在基于软件的中央控制器上。这将使相对更简单的MEC设备免于执行复杂的网络功能，例如流管理、服务发现和编排。5. 信息中心联网以信息为中心的网络（ICN）是一个有前途的干净的未来网络架构，其目标是从本质上解决TCP/IP网络的所有现有问题。ICN提倡以内容为中心的模型来代替当前以主机为中心的模型。与端到端原则不同，ICN将缓存和处理带到了网络的核心，从而将内容与其特定位置分离。此外，ICN的命名内容主张在网络中带来了内容意识，允许网络知道诸如什么内容流过它、什么被缓存以及什么被请求之类的细节。因此，ICN是另一种网络范例，可以内在地满足不断增长的流量需求以及低延迟要求[11]。5G-IoT应用的几个好处可以通过利用MEC和ICN之间的协同作用来实现ICN可以解决MEC中的内容交付和应用层重配置问题。回程网络中的ICN可以提供内容意识、业务聚合（具有挂起兴趣表）、途中缓存和转发策略。因此，它可以在MEC和中央云系统之间提供高速内容交付。在MEC 5G中，当服务由非最佳服务实例提供时，执行应用级重新配置以进行优化[5]。然而，这样的应用级重新配置可能是具有挑战性的，因为它需要会话重新初始化。这导致会话迁移延迟增加，并对物联网应用程序产生不利影响。使用ICN的以服务为中心的网络扩展，可以通过最小化网络配置延迟并允许命名服务实例的快速解析来减少应用级重新配置延迟[5]。ICN和MEC的共存还可以提高边缘存储提供的缓存性能。许多ICN功能，如命名内容，上下文感知和位置独立数据复制以及数据级集成安全性，可以使实时和非实时5G-IoT应用受益[5]。ICN可以显著提高基于MEC的物联网应用中的会话移动性效率，并为信令流量提供最佳的运营成本和带宽利用率。与基于IP锚点的移动性方法相比，ICN可以通过使用应用绑定标识符和位置分割原则来处理会话移动性，这显著降低了控制和用户平面开销。6. 网络切片网络切片（NS）是另一项有前途的关键技术，它提供了基于需求和服务规范的敏捷网络平台。它允许在公共共享的物理和虚拟基础设施上创建多个逻辑网络[12]。MEC和NS以及其他技术在5G领域的综合使用将简化不同的物联网领域。例如，考虑大规模物联网（MIoT）和延迟关键物联网应用领域。大规模物联网（MIoT）需要大量的连接，用于处理延迟不敏感数据的交换。为了实现MIoT应用，网络预计将满足边缘分析、减少M. 利亚纳热山口Porambage，A.Y.Ding等人ICT Express 7（2021）127132图二、 NFV架构中的MEC [3]。通信成本和网络可扩展性。网络切片与基于MEC的边缘分析和更快的安全功能相结合，可以满足这些要求。MEC为网络切片提供边缘分析和更快的安全资产，因为它靠近终端设备。这将导致大规模的成本降低和网络可扩展性的增加。另一方面，延迟关键的物联网应用，如自动驾驶，触觉互联网和工业互联网，要求超低延迟，高可靠性和流量优先级。在这方面，MEC和NS的强大组合可以满足需求，因为MEC可以减少延迟，并且可以通过以下方式提供流量优先级：NS。图3示出了网络切片可以如何基于租户的需求将MEC资源委托给不同的切片并实现高效的网络资源利用。此外，NS可以为物联网网络服务提供动态和短生命周期。在第三代合作伙伴计划（3GPP）中，MEC被确定为实现NS扩展的关键技术之一。因此，MEC和NS之间的协同作用预计将在部署5G-IoT应用方面发挥关键作用。7. 挑战和未来方向表2说明了四种驱动技术（即SDN，NFV，ICN和NS）在加强MEC支持的物联网需求方面的关键作用，这反过来有助于实现各种5G-IoT应用。在本节中，我们将详细说明关于在5G网络中MEC-IoT集成的背景下，7.1. NFVNFV集成的主要研究挑战和障碍是缺乏标准，部署系统复杂性，缺乏技术成熟度和新的安全风险。我们将在随后的讨论中逐一加以目前，NFV正在经历实施阶段，因此需要标准化，这应该源于工业和研究社区之间的合作。特别是，NFV的接口和架构组件应该在全局级别定义。缺乏这一点可能会导致兼容性问题的出现，从而阻碍其广泛适应。大多数NFV项目在使其基础设施运行达到预期水平方面遇到了陡峭的学习曲线。这是由于它们严重依赖于非标准化的实现。此外，由于技术不够成熟，更新发布频繁。因此，保持一个完全集成的操作部署模型仍然很难实现。虽然通过最佳利用资源来最小化延迟可以通过MEC服务的有效部署来实现。但是，如果MEC服务依赖于复杂的系统组件，M. 利亚纳热山口Porambage，A.Y.Ding等人ICT Express 7（2021）127133图3.第三章。在 不 同 的 5 G - I o T 应 用 中 使用网络切片和MEC。作为NFV。事实上的NFV标准实现（如OpenStack）很难学习、部署和使用。由于以下原因，NFV集成导致了几个新的安全挑战。一方面，MEC将移动边缘平台管理器（MEPM）和虚拟网络功能管理器（VNFM）等软件组件引入NFV这些组件不是传统NFV模型的一部分，而是创建了一个另一方面，诸如资源池的NFV特征可能导致在多个不相关的MEC域之间共享安全风险。例如，对一个VNF的攻击可能会妨碍在同一虚拟机（VM）或物理服务器上运行的其他VNF。7.2. SdnSDN带来了若干安全威胁，包括SDN协议弱点、通过拦截的信息泄露、流中毒、侧信道攻击和SDN控制器上的拒绝服务（DoS）[10]。与传统的黑盒类型的网络设备相比，SDN使用软件可编程的通用标准回程设备。这不仅可以减轻网络管理员的工作，还可以让恶意攻击者部署攻击。SDN与MEC的集成因此变得具有挑战性，因为可能性 袭击事件不断增加;一方面，基于SDN的攻击的影响可能导致MEC系统的安全性下降，另一方面，MEC的影响基于SDN的开放网络上的威胁变得更具破坏性。此外，SDN和MEC之间的互通也将带来一些连接挑战。 类似于SDN南向、北向和东/西接口，MEC也具有三个这样的接口将是有趣的，即（i）将MEC服务器连接到云服务的北向连接（公共或私有），（ii）南向连接，其连接MEC服务器和边缘设备，以及（iii）东/西连接，其在它们之间连接MEC服务器，因此MEC服务器可以直接通信，而无需云连接。我们主张有必要合并类似的接口，以减少信令开销。同时，过多的接口的使用也使得网络的安全性变得薄弱。而且定义干净的API是必不可少的，这样应用和服务就可以对网络功能和SDN网络进行编程，以优化性能。例如，需要这样的API来支持超低延迟应用。否则，MEC-IoT和SDN系统之间的信息交换将在网络操作中引入额外的延迟7.3. ICN国际通信网络是对移动电子商务的补充，因为其核心功能可以有效地管理终端用户与移动电子商务之间的互动，特别是在移动环境中[13]。为了实现其协同作用的最佳结果，需要定义适当的APIM. 利亚纳热山口Porambage，A.Y.Ding等人ICT Express 7（2021）127表134134推动技术的作用，以增强支持5G -IoT 应用的MEC启用IoT要求。MEC支持的IoT需求NFV SDN ICN NS相关5G-IoT应用支持低延迟GG G GG G G资源优化GG G GG GGGGG动态资源分配GGGGGGGGGG G支持边缘缓存GGGGGGGGGGGGGG加强安全GGGGGGGGGGGGGG增加隐私GGGGGG G增强的可扩展性GGG G GGGGG降低运营成本GGGGGG GGGGGGGGGG增加灵活性GG GGG GGGGGGGGG增加编排GG GGGG G G动态路由和流量优化G G G G支持快速移动G G G G G服务分集G G G G G G G G G G G G以便在系统之间进行通信。尽管目前正在进行定义NFV和SDN接口的研究，但是，ICN与MEC-IoT通信的接口尚未定义。这需要跨领域行业以及标准开发组织之间的协作。此外，开发系统级控制编排器和协调架构以实现两个系统之间的协作是至关重要的。此外，这样的架构应该专注于自主系统控制，而不是传统的供应/配置或分布式网络系统控制。MEC-IoT的真正优势可以通过获取上下文信息来实现，例如用户的位置、附近的其他用户、环境中的条件和资源。虽然ICN可以提供不同的上下文信息（应用、网络和设备级别），但它们的同时检索仍然具有挑战性。目前ICN的研究大多集中在提供基本的功能，而不是利用可用的上下文信息，以提高网络参数，如服务质量（QoS）。对于集成，需要检查包含不同IoT和5G应用的典型场景（例如，触觉互联网、AR/VR、自动驾驶）。将ICN用于MEC支持的物联网应用的另一个重大挑战是难以实现授权和访问控制[14]。这是因为在ICN中，对命名内容的请求可以从任何启用缓存的节点提供，只要缓存内容的安全性是完整因此，基于ICN的通信无法使用基于访问控制列表（ACL）的传统用户到服务器认证机制。在网络上的每个启用缓存的节点上为所有当前可用的缓存内容维护单独的访问控制策略往往会导致通信和计算的严重过度。7.4. 网络切片为了在MEC物联网集成中获得NS的真正好处，需要解决许多挑战。NS和MEC物联网集成之间的系统间垂直协调需要进行结构化和建模，以实现有效的信息共享。这种纵向协调可以通过两种方式实现。第一种方法是在切片和MEC的管理系统之间定义API，以根据不同的物联网应用共享可用资源。第二种方法是使用物理资源协调，旨在通过策略和分析有效地处理资源。然而，为了使全世界的各种研究和如果NS驱动的MEC服务器可以提供细粒度的网络功能，它将增强可扩展性，以支持不同的供应商。MEC服务器上的每个粗粒度功能可以进一步划分为许多子功能。然而，挑战在于定义这些网络的粒度智能家居智慧城市远程手术远程健康咨询自动驾驶汽车增强现实（AR）虚拟现实（VR）游戏零售可穿戴物联农业智慧能源工业互联网M. 利亚纳热山口Porambage，A.Y.Ding等人ICT Express 7（2021）127135表35G中MEC-IoT集成的技术挑战技术方面问题/挑战描述通信回程接入优化MEC服务器和远程云服务器之间的通信，同时卸载数据/流程对资源的要求更高节点间当物联网设备、MEC服务器和远程云服务器之间的通信通信协同执行多个作业。无线缺陷多径衰落、干扰和频谱短缺是设计时必须考虑的因素。渠道MEC系统无缝集成计算卸载和无线电资源管理。有限的信道无线和回程接入链路具有有限的信道容量，其应当被适当地共享能力在MEC服务器处以类似的方式共享计算资源计算决策MEC服务器必须决定是在本地执行相对简单的任务，还是卸载（完全卸载或卸载部分地）到云服务器。低功率MEC服务器可能需要更频繁地卸载数据，消耗更多的回程带宽。部分卸载考虑到用户或MEC等因素，计算的子集被卸载到云服务器应用偏好（例如，应用缓冲器状态），回程连接质量（即，云和MEC服务器）、MEC服务器功能、云功能和可用性。依赖政策根据应用程序的脱机组件对数据进行分区的能力，定义它们之间的依赖关系(e.g.、实时用户输入必须在MEC处处理而不卸载），并且预测执行多个任务的时间/顺序Eg. 顺序、并行和一般依赖关系联合计算其主要目标包括最小化执行延迟，以确保服务质量。和通信用户端，同时保持高能效并最大化服务应用的数量资源分配Eg. 单个或多个MEC服务器的分配移动性连接需要与现有网络的智能连接和使用管理物联网环境中的网络资源位置在正常情况下，网络节点的位置是保密的，但是在管理在物联网系统中，节点的位置需要在不影响安全性的情况下可用路由组多个MEC服务器集群必须为网络中的不同节点集群创建不同的路由组形成IoT环境。无缝移动性利用多个动态和异构的资源，以满足物联网节点上各种应用的服务质量要求移动性上下文这里的想法是确定在物联网节点上运行的操作的性质和延迟管理因此，移动性管理实体能够确定这种操作的容忍水平。针对给定用例的最佳移动性处理技术迁移物联网节点从一个MEC服务器集群移动到另一个更永久的时间尺度。扩展性部署MEC服务器上的物联网节点应该能够符合多种部署场景独立而对其预定义的体系结构进行很少或不进行修改资源效率这里的目标是确保MEC中网络和计算资源的最佳利用系统可扩展存储大量的数据将在MEC物联网平台上不断产生和传播因此，需要适应IoT的语义执行环境和架构要求和可扩展的存储和通信基础设施。IoT的有效性为此，应证明不同物联网场景的有效性，因为它们可能存在问题场景在应用于这种异构环境的可伸缩性和适应性方面安全和信任拒绝攻击者通过以超过管理服务（DoS）MEC服务器的处理能力，并防止其他节点访问资源。攻击穿...在MEC和物联网集成中，在基础设施层，攻击者试图劫持某些部分，中间（MitM）网络并开始对连接的设备发起窃听和网络钓鱼等攻击MITM攻击攻击可以在多个VM上发起虚拟机操作攻击者可以是具有足够权限的恶意内部人员，也可以是具有升级权限的VM攻击者开始向运行到虚拟基础架构的VM发起多个攻击信任管理确保最终用户、物联网设备和MA-MEC服务器之间的可靠性和可信度（接下页）功能，以便它们符合可用的标准化接口。当多种RAT适应5G物联网范式时，应该有一些方法可以在专门的M. 利亚纳热山口Porambage，A.Y.Ding等人ICT Express 7（2021）127136表3（续）。技术方面问题/挑战描述在全球范围内实施本地和动态隐私政策促进互操作性更新隐私政策当物联网服务扩展到多个MEC控制区域时，需要在全球范围内协调隐私。在当前的系统中，隐私策略和指令是在全局级别预定义的，并且在持续时间内是静态的。需要找到实现本地和动态隐私策略的机制通过避免可能妨碍互操作性的强制性标准或偏好来支持技术中立性。物联网系统中现有的隐私政策和指令应进行修改，以支持 新技术，如MEC。或专用硬件。虽然网络切片可能导致为了实现RAN实例的虚拟化，必须保证无线资源隔离和管理效率。为了帮助RAN虚拟化进行切片，可以在MEC服务器上部署软件定义的尽管在基础设施和网络功能方面存在具体切片的高级描述，但E2E切片编排的物理实现尚未建立。MEC服务器作为RAN和核心网络之间的中间计算平台，可以通过关联不同物联网应用中使用的云和无线电资源来支持E2E切片编排。7.5. 积分路径本节介绍了实现MEC-IoT协同作用的集成路径和具体步骤7.5.1. 控制级编排为了纠正支持MEC-IoT的5G网络的潜在优势，不同的技术必须同时工作并密切相关，如图所示。1.一、然而，事实是，这种整合在控制层面上会面临困难每种技术都利用其协调器和管理实体，例如SDN控制器、NFV协调器、NS管理器和移动边缘平台管理器（MEPM）。在这方面，需要这些控制实体之间的协同来联合优化网络资源并为每个用户应用创建有效的服务功能链（SFC）7.5.2. 标准化进程为了在MEC系统中实现编排，不同的技术逻辑组件需要相互通信，这需要在架构级定义通信接口。然而，到目前为止，不同技术的标准化由不同的组织协调，例如，ETSI的MEC和NFV、ONF的SDN、IETF的ICN、IEEE和开放互联网联盟（OIC）的IoT。因此，这些标准化机构迫切需要进行综合协作。作为一个很好的例子，ETSI已经开始定义NFV和MEC集成的接口（图1）。 2）的情况。7.5.3. 硬件限制和平台依赖性驱动技术的集成要求控制平面、数据平面和硬件/软件组件发生变化。例如，在基础设施层需要支持SDN的交换机和设备来实现SDN。类似地，需要启用ICN的交换机来启用ICN功能。这种多技术硬件的生产和安装并不容易。为了实现这一点，首先，不同技术的标准化应该进行，使供应商可以开始建立这种多技术的硬件设备。其次，需要大量的硬件资源来实现多技术概念。因此，必须解决这些硬件限制和依赖性，以获得集成技术的全部好处7.5.4. AI作为关键的集成推动因素最近，人工智能（AI）和机器学习（ML）被用来创建更智能和自主的无线系统[15]。在5G背景下，AI可以直接受益于SDN和NFV等驱动技术，将其整合到MEC和IoT中。例如，基于AI的边缘编排可以用于各种基于NFV的用例 的更 好的 系统 和主 机级 管理 功能 。AI和 MEC 一 起（即，边缘自动化）将解决实时物联网服务的低延迟、更好的编排、增强的安全性和回程成本节约问题。7.6. 其他技术挑战除了上述挑战外，5G中的MEC-IoT集成还存在一些技术挑战。这些挑战可以归类为通信、计算卸载、移动性管理、可扩展性、安全性和隐私。这些技术挑战的总结见表3。8. 结论本文分析了NFV、SDN、ICN和网络切片等四个技术方向在5G移动网络中实现MEC-IoT融合的可行性和实际整合。除了强调使用每种技术的好处外，本文还确定了剩余的挑战，并提出了实用的集成路径。我们相信，这些解决方案将为M. 利亚纳热山口Porambage，A.Y.Ding等人ICT Express 7（2021）127137网络开发商和提供商在5G网络中以最佳方式部署MEC-IoT。竞合利益作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作致谢这项工作是在欧盟资助的RESPONSE 5G（批准号：789658）项目和芬兰科学院资助的6Genesis Flagship（批准号：318927）项目的框架下进行的。 这项工作也得到了欧盟地平线2020研究和创新计划的部分支持，该计划引用[1] P. Porambage ， J. Okwuibe ， M. 利 亚 纳 格 ， M 。 Ylianttila ， T.Taleb，Sur-vey on multi-access edge computing for Internet of thingsrealization，IEEE Commun.监视器家教（2018年）。[2] Y.-- C. Hu，M.帕特尔，D。萨贝拉河Sprecher，V. Young，MobileEdgeComputing：A Key Technology towards 5G，ETSI White Paper11（11）（2015）1-16.[3] 移动边缘计算（MEC）;移动边缘计算的部署在一个 NFV 环境，2018,[联机]。地址：北京市海淀区海淀路108号邮编：100000东 锡 岛 org/deliver/etsi_gr/MEC/001_099/017/01 。 01.0160/grMEC017v010101p. pdf，ETSI行业规范组（ISG）白皮书。[4] B. Blanco，J.O.法哈多岛Giannoulakis，E.Kafetzakis，S.阿鹏：佩雷斯-罗梅罗岛Trajkovska，P.S.霍达舍纳斯湖戈拉蒂，M. Paolino等人，未来5G移动网络架构中的技术支柱：NFV、MEC和SDN、Comput。标准接口54（2017）216-228。[5] R. Ravindran，A. Chakraborti，S.O. Amin，A.阿兹金湾Wang，Realizing ICN in 3GPP's 5G nextgen core architecture，2017，arXivpreprint a r Xiv：17 11. 02232.[6] N.联盟，网络切片概念的描述，NGMN 5G P 1（2016）。[7] F.博诺米河，巴西-地Milito，P. Natarajan，J. Zhu，雾计算：物联网和分析的平台，在：大数据和物联网：智能环境的路线图，Springer，2014年，pp. 169 -186页。[8] R. Mijumbi，J. Serrat，J. L. Gorricho，N. Bouten，F.德图尔克河Boutaba，网络功能虚拟化：最新技术和研究挑战，Commun。监视器家教18（1）（2016）236[9] L.古普塔河，巴西-地Jain，H.A. Chan，移动边缘计算-5G网络的重要组成部分，IEEE软件定义网络，Newsletter（2016）[在线]。Available ： http ： //sdn.伊 。 Org/NEWSLETTER/MARCH-2016/MBIIE-EDGE-COMPUTING-AIMPTANT-INGRDIENT-OF-5G-NETWORK.[10] D. Kreutz ， F.M. 拉 莫 斯 ， P.E. Verissimo ， C.E. Rothenberg ， S.Azodo