MEC (Mobile Edge Computing): главный бустер цифровизации.

Автор: Сергей Бочаров.

Что такое MEC и чем она может быть интересна и полезна?

ВВЕДЕНИЕ

Технология Мобильных Граничных Вычислений (MEC) невзирая на свою относительную «молодость» весьма прочно вошла в нашу жизнь. Казалось бы, ещё совсем недавно в ней «прижились облака» и вот теперь MEC.

Но, прежде чем углубиться в MEC дадим её определение. Технология Мобильных Граничных Вычислений – это сочетание сбора и начальной обработки данных на различных устройствах (например, периферийных центрах MEC) с последующим их накоплением и дополнительной обработкой в удалённых ЦОД. Как видим, именно в деталях и кроется основное различие между облачными технологиями (про облачные технологии мы подробно писали вот здесь) и MEC.

Подробнее о различии этих двух технологий мы поговорим позднее. Сейчас лишь скажем что именно благодаря этим различиям технология MEC обладает огромным потенциалом и возможностями.

ДЛЯ ЧЕГО НУЖНА MEC

Итак, мы уже отметили во введении, что MEC и «облачные технологии» очень похожи между собой, а различаются деталями. И чтобы лучше понять разницу между ними скажем пару слов об «облаках».

Облачными технологиями принято называть сервисы распределенного хранения и обработки данных, предоставляемые пользователю, как интернет-услуга. Главное в облачных сервисах – это именно предоставление конечному пользователю удалённых вычислительных мощностей для решения определённых задач, например обработки видеоряда. Для этого юзер загружает своё видео на облачный сервер, и после окончания его обработки скачивает обратно готовый материал.

Таким образом облачные технологии — это именно ИТ-услуга доступная как сервис, и вся основная обработка данных происходит на удалённых серверах, расположенных в ЦОД.

Из этого примера отлично видны и главные минусы облачных решений - необходимость в широкой полосе канала связи и довольно большое время ожидания результата.

Для устранения именно этих узких мест облачных технологий и предназначена MEC. С её помощью можно не только преодолеть недостатки облачных систем, например использовать более медленный интернет-канал, но и существенно снизить требования, предъявляемые к серверам, стоящим в удалённых ЦОД.

Также используя сочетание облачной и MEC технологий, можно создать высокопроизводительную гибридную среду на основе распределённой сети микро-ЦОД, где основная обработка данных осуществляется максимально близко к месту их сбора. И только для углублённого анализа и хранения данные пересылаются на удалённые сервера в ЦОД.

ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА MEC

Остановимся подробнее на основных достоинства технологии граничных вычислений.

Первое и главное достоинство – снижение требований к пропускной способности канала связи. Не является секретом, что в современном мире требование к скорости передачи данных постоянно возрастает. Этому в немалой степени способствует быстрое проникновение интернета во все сферы жизни, например развитие интернета вещей, создание умных городов, широкое внедрение систем AR и VR и многое другое. Таким образом перед ИТ-индустрией постоянно стоит задача по наращиванию скорости каналов связи и контролю сетевого трафика с целью снижения нагрузки на сети. Именно использование MEC поможет «обуздать» лавинообразный рост потребности в скоростных каналах связи.

Второе преимущество – возможность контролировать нагрузку на сеть передачи данных. Поскольку MEC использует обработку данных максимально близко к их источнику с последующей отправкой в ЦОД, то пересылку данных можно осуществлять не одним огромным файлом в непрерывном режиме, который сразу «забьёт» весь канал, а постепенно небольшим порциями. Это позволит разгрузить сетевой канал для других абонентов и конечно сократить объём необходимого трафика.

Третье достоинство – возможность осуществлять наиболее гибкий и эффективный контроль за распределением сетевых ресурсов. Это вытекает из предыдущего пункта. Раз не требуется непрерывная передача большого массива данных, значит можно более эффективно использовать канал связи для других целей.

Четвёртый плюс – поскольку данные обрабатываются максимально близко к источнику, то на результат их обработки не влияют никакие помехи или иные искажения, а следовательно, нет необходимости принимать специальные меры для защиты от них. А это позволяет упростить саму аппаратуру сбора и обработки данных.

В-пятых, стандартизация и быстрое развёртывание. MEC технология отлично поддаётся стандартизации. Принят официальный документ под названием «Мобильные периферийные вычисления - вводный технический документ». Именно в нём определены базовые требования к серверным платформам MEC. И именно стандартизация обеспечивает возможность максимально быстрого развёртывания и запуска в работу MEC-центров. Мы вернёмся к этому документы немного позже.

В-шестых, простота дистанционного управления оборудованием. В отличие от большинства традиционных ЦОД в периферийных центрах MEC используется полностью дистанционное обслуживание. Все работы по управлению центрами осуществляются в удалённом режиме, что позволяет сэкономить на ИТ-специалистах.

В-седьмых, компактность. Периферийные центры обработки MEC не требуют много места для своего размещения. Их можно монтировать, например в специальных серверных комнатах, а также непосредственно на рабочих местах сотрудников, например под кассовыми аппаратами.

Как видно из перечисленных плюсов технология MEC прекрасно подходит для работы в мобильных сетях передачи данных и при этом не занимает много места. При необходимости её можно начинать внедрять уже в 4G сети, не дожидаясь массового введения в эксплуатацию 5G сетей.

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ MEC

Технология MEC настолько универсальна, что способна составить весьма серьёзную конкуренцию традиционным ЦОД во многих областях. Мы не будем перечислять их все, а расскажем только об основных.

Системы дополненной реальности (AR). AR-технология использует в своей работе дополнительную информацию генерируемую ПК для создания, улучшения или расширения визуальной сцены или образов которые видит пользователь. Применительно к данной технологии сервер MEC может кешировать аудио и видеоданные необходимые для создания визуализации с учётом, например географического нахождения пользователя и направлять информацию на выводные устройства с минимальной задержкой. При этом сервер MEC также может осуществлять анализ поступающих информационных пакетов и оптимизировать их поток для получения минимальной задержки в приеме/передаче данных.

Как видим с одной стороны MEC технология способна свести к минимуму задержку в выводе визуальных данных с другой передавать конкретному пользователю нужную только ему информацию в зависимости, например от его географического нахождения.

Интеллектуальное ускорение передачи видеопотоков. Всем известно, что значительную часть трафика в сети интернет занимает потоковое видео. При этом мультимедийные файлы передаются в виде потока данных для непосредственного просмотра, или осуществляется их загрузка с использованием HTTP на основе TCP протокола. При этом любые изменения в канале передачи данных моментально отражаются на скорости потока, и протокол TCP не всегда в состоянии быстро адаптироваться к ним. А использование периферийных центров MEC способно решить эту проблему, например через кеширование наиболее популярных видеоданных.

Интернет вещей. В этой сфере технология MEC может сильно сократить время, требуемое на анализ и обработку данных. Ведь современные интеллектуальные датчики имеют довольно скромные вычислительные мощности. А разместив периферийный центр обработки MEC недалеко от группы таких датчиков, например в многоквартирном доме можно повысить точность и существенно снизить время на анализ данных, а главное увеличить скорость передачи информации в центр контроля. Подобные системы отлично подходят для использования в проектах умных городов, промышленности, нефтяной и газовой сфере и др.

Управление дорожным движением и умными автомобилями. Периферийные сервера MEC можно легко и оперативно разворачивать вдоль дорог и с их помощью контролировать обстановку на магистралях. Системы MEC могут собирать данные с различных информационных датчиков умных автомобилей, дорожных датчиков и видеокамер. На основе анализа этих данных можно прогнозировать загруженность автомагистралей и оптимизировать скоростной режим и трафик на них. В случае возникновения внештатных ситуаций в центр управления движением будет оперативно отправлен соответствующий сигнал.

Промышленность. Все современные производственные процессы нуждаются в высоких технологиях. Для проектирования и сборки современных устройств широко используются технологии дополненной и виртуальной реальности, а также различные умные станки и прогнозная аналитика.

Все современные станки оснащены множеством умных датчиков и используют промышленные технологии IoT. С их помощью контролируется обстановка в производственном помещении (например, измеряется, температура, влажность воздуха, наличие вредных примесей и пр.), а также уровень энергопотребления, вибрации и прочие важные параметры. На основании этих данные специальные программы позволяют прогнозировать отказы различных компонентов станков и вовремя осуществлять их замену, не допуская простоя производства.

Торговля и финансы. Интернет-вещей постепенно проникает в торговлю, причём не только в расчётно-кассовое обслуживание. Использование в торговом зале умных зеркал позволяет покупателю примерить на себя весь ассортимент магазина с минимальными временными затратами. Но при этом такой подход требует серьёзных вычислительных мощностей и минимальных задержек на обработку данных.

Технология MEC с развёртыванием нескольких серверов периферийных вычислений в магазине поможет сделать работу умных зеркал быстрой и эффективной. К системе MEC можно также подключить электронные ценники и различные цифровые табло, помогающие в поиске нужного товара, а также другие системы умного магазина.

В финансовой сфере MEC поможет оптимизировать работу клиентских офисов с помощью, например умных банкоматов, а также эффективно бороться с различными угрозами.

Здравоохранение. В этой сфере технология MEC позволит вывести работу медицинских компаний на качественно новый уровень. Использование в работе врачей современных систем диагностики на базе ИИ, технологий AR и VR, электронных медицинских карт и систем телемедицины позволяет сделать качественную и оперативную медпомощь максимально доступной в любой точке страны.

Конечно, применение MEC не ограничивается только вышеперечисленными сферами, этот перечень можно продолжить. Но даже он позволяет увидеть, что MEC имеет в современном мире огромный потенциал для роста.

Остановимся на основных драйверах, обеспечивающих рост спроса на периферийные вычисления.

ОСНОВНЫЕ ДРАЙВЕРЫ РОСТА MEC

Можно без преувеличения сказать, что практически все перечисленные нами сферы применения MEC оказывают серьёзное влияние и на её развитие. Но на данный момент самым большим драйвером роста систем граничных вычислений можно без преувеличения назвать системы IoT, здравоохранение и проекты умных городов.

Именно в этих сферах граничные вычисления наиболее востребованы. С помощью MEC в этих направлениях можно легко осуществлять автоматизацию пропускного контроля, собирать данные о качестве и номенклатуре производимых товаров, осуществлять мониторинг движения транспортных средств, создавать полностью роботизированные заводы и конечно перспективные системы телемедицины с электронными медкартами, продвинутыми системами диагностики и дистанционной хирургией.

Сейчас технологии MEC применяются практически на всех предприятиях, а системы видеонаблюдения с перспективой подключения технологии распознавания лиц внедрены во многих крупных городах нашей страны. Так, что можно без преувеличения сказать, что у технологии MEC огромный потенциал и большое будущее.

Весьма серьёзно изменило технологию MEC развитие сетей 5G. Благодаря 5G произошла трансформация технологии MEC из Мобильных Граничных Вычислений в Периферийные Вычисления с Множественным Доступом (Multi-Access Edge Computing).

Дело в том, что сами MEC-узлы стали активно влиять на 5G технологию и всю экосистему предоставления услуг. Именно внедрение технологии MEC позволило сотовым операторам отказаться от центричной архитектуры сети и размещать приложения чувствительные к параметрам работы сети, максимально близко к месту их использования. За счёт этого подхода у «сотовиков» появилась возможность повысить качество услуг и обеспечить соблюдение SLA с бизнесом.

Уже сейчас технология MEC в сотовой связи включает в себя сетевую и вычислительную части сведённые в единый управляемый комплекс.

Но если попытаться выделить одно единственное направление, в котором технология MEC уже усиленно развивается, то это будет именно IoT. На данный момент именно интернет-вещей является самым сильным драйвером роста для технологии граничных вычислений.  

Теперь пришло время поговорить о серверной части MEC.

СЕРВЕРНАЯ СТРУКТУРА MEC

Как мы уже написали выше серверная часть MEC стандартизирована и её основные узлы описаны в документе «Мобильные периферийные вычисления - вводный технический документ». Согласно ему, узел MEC включает в себя три основных составляющих: аппаратная платформа, различные приложения и инфраструктура для виртуализации.

Кратко расскажем об их функциях по порядку.

Аппаратная платформа MEC это базовый уровень серверной части. В её основе лежат аппаратные ресурсы и архитектурные решения, обеспечивающие работу всей системы и технологии виртуализации. Платформа предоставляет: вычислительные ресурсы, хранилище данных, компоненты аппаратной виртуализации базового оборудования (включая виртуальную операционную систему на основе OpenStack, KVM и т. д.), а также осуществляет функции управления и обмена данными необходимые для работы MEC.

Платформа приложений MEC представляет собой инфраструктуру, на которой осуществляется запуск различных приложений, выполненных в виде виртуальных машин. Такой подход обеспечивает эффективное распределение вычислительных мощностей между приложениями и оптимизацию загрузки аппаратной части и хранилища.

Запуск каждого приложения в отдельном контейнере гарантирует высокую защиту от сбоев всей системы и конечно стойкость к различным вредоносным программам. В случае сбоя в работе отдельного приложения не нужно перезапускать всю систему достаточно перезагрузить только виртуальную машину, обслуживающую контейнер.

Работа всех приложений отслеживается при помощи специального менеджера - ME orchestrator. Именно он контролирует работу приложений, определяет их жизненный цикл и правила взаимодействия. Он же осуществляет управления всеми поступающими от них запросами такими как: аутентификация, запрос на приём/передачу трафика, осуществляет конфигурацию DNS и координацию конфликтов. ME orchestrator также анализирует и фильтрует входящий и исходящий трафик.

Менеджер виртуализации MEC (MEC Virtualization Manager) обеспечивает гибкую работу аппаратной части системы в многопользовательском режиме и предоставляет среду для запуска виртуальных приложений.

В завершении этого раздела скажем что развёртывание устройств на базе MEC в мобильных сетях 4G и 5G имеет определённые особенности, но при этом не выходит за рамки привычных ИТ-процедур и не требует глобального переучивания персонала.

Для каждого вида сети существуют свои стандартные планы развёртывания оборудования позволяющие запустить периферийный центр MEC в работу в кратчайшие сроки.

К сожалению, ограниченный объём статьи не позволяет нам рассмотреть эти сценарии, но мы обязательно продолжим эту тему в наших дальнейших публикациях.

КЛЮЧЕВЫЕ ИГРОКИ В СФЕРЕ MEC

Настало время поговорить о том, какие компании работают с технологиями MEC и кратко рассказать о предлагаемых ими решениях.

Крупный игрок телекоммуникационного рынка компания Huawei предлагает рынку три различных решения на базе MEC:

– динамические интеллектуальные соединения обеспечивающие эффективное распределение трафика с учетом множества параметров;

• гетерогенные вычисления на базе оборудования E9000H обеспечивающие оптимальные затраты на передачу одного бита информации;
• открытая платформа - единый пакет средств разработки плюс открытая среда интеграции, обеспечивающая быстрое развертывание любых инновационных приложений.

Не отстаёт от Huawei и другой хорошо известный производитель телекоммуникационного оборудования и смартфонов ZTE.

Используя сети 5G, компания создала приложение виртуальной реальности на базе MEC, а также разработала приложение для работы с IoT девайсами в системе умного города.

Компания Samsung Electronics в сотрудничестве с Microsoft также выводит на рынок комплексные решения в сетях 5G на базе MEC. В рамках этого сотрудничества обе компании планируют продвигать виртуализацию 5G решений, которая будет включать развертывание технологий виртуализированной RAN, виртуализированного ядра и пограничных вычислений с множественным доступом (MEC) Samsung в Microsoft Azure. Главная цель сотрудничества — это стимулирование инноваций, которые помогут снизить барьер для развертывания частных сетей 5G на предприятиях, в розничных магазинах и развлекательных центрах. Благодаря MEC обе компании хотят получить максимальный экономический эффект при развертывании 5G сетей.

Компания МТС также планирует использовать технологии граничных вычислений при создании 5G сетей в России. Для ускорения внедрения технологии 5G компания МТС создала специальный Центр 5G. С Центром 5G сотрудничают различные компании. Например, компания Ariellium, предлагает рынку АR-решение для ритейла, платформу стриминга игр LoudPlay, а также систему автоматического контроля качества серийной промышленной продукции BID Technologies.

Компания Мегафон также прикладывает серьёзные усилия для развития 5G сетей с использованием MEC. Помимо высокой скорости передачи данных специалисты компании создали инновационные средства обработки данных на базе MEC. Данное решение даёт возможность размещать различные приложения разработчиков, а также быстро развёртывать новые сервисы и оптимизировать процессы предоставления услуг.

Используя MEC клиенты компании могут получить быстрый доступ к уникальным приложениям и максимально эффективно работать с ними. Например, это могут быть приложения для автоматизации различных производственных процессов с применением роботов, взаимодействующих между собой через радиоканал с новым радио интерфейсом и короткими задержками меньше 1 мс.

Билайн совместно с OVRPOWER (ООО Метроком) разрабатывают и реализуют AR и VR проекты на базе сетей связи 5G. Ключевую роль в этих проектах играет технология MEC. Партнёры уже провели первые совместные тесты VR-приложений на одном из пилотных сегментов сети 5G в 2019 году.

Ещё одним перспективным направлением сотрудничества является развитие IoT технологий с использованием самых современных решений в области визуализации и машинного обучения. В планах Билайн масштабная модернизация инфраструктуры московской сети мобильной связи с использованием оборудования, поддерживающего технологию интернета вещей NB-IoT. После завершения этих работ сеть Билайн сможет обслуживать десятки миллионов умных IoT устройств в городе.

Не остаются в стороне и игровые компании. В частности, компания LoudPlay оказывающая услуги облачного гейминга весьма активно взаимодействует с сотовыми операторами помогая им оценивать эффективность работы 4G и 5G сетей. Специалисты LoudPlay оценивают, например максимальное время задержки в передаче данных и если оно превышает 100 мсек то сообщают об этом провайдеру и помогают в поиске узких мест в канале передачи данных. Отдельно стоит сказать, что после миграции на MEC технологию по данным специалистов компании время доступа к данным в сетях 5G сократилось в разы!

ВМЕСТО ИТОГА

Конкретизируем ещё раз, что представляет собой MEC.

Технология мобильных граничных вычислений (MEC) предназначена для внедрения на базовые станции сотовой связи или другие периферийные узлы. В ней сочетаются аппаратные решения в виде компактных периферийных ЦОД с установленными в них программными средствами виртуализации для запуска различных приложений в виде виртуальных машин. Технология MEC обеспечивают гибкое и быстрое развертывание новых приложений, а также различных клиентских служб.

Такое сочетание вычислительных технологий с мобильными сетями связи позволяет операторам сотовой связи открывать доступ к различным установленным в периферийных MEC-центрах приложениях третьим лицам. Это могут быть разработчики мультимедийных, игровых, IoT приложений, AR/VR контента и другие компании.

Сети 5G вывели технологию MEC на новый качественный уровень превратив её в технологию Периферийных Вычислений с Множественным Доступом (Multi-Access Edge Computing). За счёт высокой скорости обмена данными появилась возможность соединить вместе облачные и граничные вычисления в единую среду ИТ-услуг на границе сотовой сети. Такая синергия позволила в разы увеличить скорость обмена данными и конечно обеспечить быстрый доступ к ним большого числа пользователей с минимальными задержками.

В настоящее время темпы роста MEC остаются очень высокими.

Можно без преувеличения сказать, что в ближайшие несколько лет всё больше компаний станут выпускать различные решения в этой перспективной сфере.

Основные драйверы роста MEC скорее всего не изменятся, развитие умных городов и внедрение IoT устройств в нашу жизнь и дальше будет стимулировать развитие MEC.

 

Иллюстрации: «Фотобанк Лори».