ترجمه مقاله رایانش لبه با دسترسی چندگانه

فصل 10: رایانش لبه با دسترسی چندگانه

1. تفاوت رایانش ابری، رایانش لبه، رایانش لبه ابری و MEC را توضیح دهید.

• رایانش ابری: اصطلاحی است که به تعبیری برای هر سیستمی که از طریق اینترنت (یا شبکه های دیگر) و اغلب از طریق یک مرورگر وب به توان پردازشی، ذخیره سازی، شبکه، نرم افزار یا سایر خدمات رایانشی، دسترسی دارد، تعریف شده است. اغلب، این خدمات از یک شرکت خارجی که میزبانی و مدیریت آنها را برعهده دارند، اجاره می‌ شوند.

• رایانش لبه: یک نوع استراتژی برای استقرار قابلیت پردازش در لبه شبکه است که در آن ترمینال های انتهایی بهم متصل هستند و به پردازش فله ای داده هایی می پردازد که از ترمینال های انتهایی حاصل شده و در آن ها تغذیه می شود.
• رایانش لبه ابری: شکلی از رایانش لبه ای است که قابلیت های رایانش ابری و همچنین محیط خدمات IT در لبه شبکه را به توسعه دهندگان برنامه ها و ارائه دهندگان خدمات ارائه می دهد. هدف آن، ارائه رایانش، ذخیره سازی و پهنای باند بسیار نزدیک به ورودی داده ها و/یا کاربران نهایی است.
• رایانش لبه با دسترسی چندگانه (MEC): رایانش لبه ابری، محیط خدمات IT و قابلیت های رایانش ابری را در لبه شبکه دسترسی فراهم می کند و شامل یک یا چند نوع فناوری دسترسی می باشد و در فاصله بسیار نزدیک کاربرانش قرار دارد. تاخیر بسیار کم یا ظرفیت بالای نرخ داده یا هر دو، از مشخصه این فناوری است.MEC  در دسترسی بی سیم (به عنوان مثال، در شبکه دسترسی رادیویی)، دسترسی همزمان با وقوع اطلاعات شبکه رادیویی را فراهم می کند و می تواند توسط برنامه های مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

رایانش لبه ای سیار: اصطلاحی است که پیشتر با نام اختصاری MEC بکار می رفت و اکنون به عنوان رایانش لبه با دسترسی چندگانه نامیده می شود، اما محدود به دسترسی بی سیم به یک شبکه سلولی است.

2. چگونهMEC  از هر یک از سه زمینه کاربردی 5G پشتیبانی می کند؟

• پهن باند سیار ارتقاءیافته (eMBB): کاربردهای eMBB به نرخ داده بالا نیاز دارند – هم حداکثر نرخ داده و هم نرخ ظرفیت کل. انتقال بسیاری از ارتباطات UE به نزدیکی لبه، بار قابل توجهی را از دوش شبکه اصلی برمی دارد. به طور مشخص، جریان ‌های QoS که بطور کلی توسط تقسیم بندی های شبکه پشتیبانی می ‌شوند، معمولاً مسیر بسیار کوتاه ‌تری را دنبال می‌ کنند و رضایت از QoS را دست‌یافتنی ‌تر می‌ کنند.
• ارتباطات عظیم از نوع ماشین (MMTC): 5G باید از استقرار گسترده اینترنت اشیا (IoT) با اتصال با تراکم بالا پشتیبانی کند. پارادایم رایانش لبه ای، امکان جمع آوری حجم عظیم داده ها در پردازنده های لبه محلی را فراهم می کند. پردازنده ‌های لبه قبل از انتقال نتایج به سراسر شبکه5G  می‌ توانند پردازش و ادغام داده ‌ها را در یک مخزن مرکزی انجام دهند.
• ارتباطات بسیار قابل اتکاء و با تأخیر پایین (URLLC):

برنامه های URLLC بنا به تعریف، مستلزم تأخیر بسیار کمی هستند. سطوح پایین تأخیر تنها در صورتی قابل دستیابی است که تعامل بین UE و کاربرد URLLC محدود به یک محل باشد. انتقال در گستره شبکه اصلی، مانع از ارائه کیفیت خدمات (QoS) مورد نیاز برای چنین برنامه هایی می شود.

3. شکست محلی چیست؟

شکست محلی مفهومی است که در آن ترافیک صفحه داده به صورت محلی بدون نیاز به عبور از گستره شبکه اصلی، به سمت خدمات ابری (محاسبات و ذخیره سازی) هدایت می شود.

 

4. اصول کلی طراحی و توسعه تعریف شده توسط ETSI را فهرست کرده و به اختصار توضیح دهید.

• همسویی NFV: سیستم میزبان لبه MEC به صورت پویا از یک سری کاربردها پشتیبانی می کند. بنابراین، منابع مورد نیاز در طول زمان تغییر می‌ کنند و یک محیط مجازی، انعطاف‌پذیری لازم را فراهم می‌ کند. معماری ETSI از NFV  استفاده می کند. اگر یک سیستم لبه، بخشی از شبکه اصلی باشد، این سیستم به طور طبیعی با اجرایNFV  در شبکه اصلی مطابقت می یابد. اگر سیستم لبه، خارج از هسته در نظر گرفته شود، استفاده ازNFV ، میزبانی و مدیریت توابع شبکه مجازی (VNF) را با استفاده از زیرساخت مدیریتی یکسان امکان پذیر می کند.
• پشتیبانی تحرک: ممکن است کاربر سیستم سیار مستلزم آن باشد تا پشتیبانی از برنامه های مبتنی بر لبه به صورت پویا از یک سیستم MEC به سیستم دیگر منتقل شود. بنابراین، این برنامه باید بر روی یک ماشین مجازی پیاده سازی شود تا بتوان آن را از یک محیط مجازی به محیط دیگر منتقل کرد.
• استقلال در استقرار: قابلیت MEC باید به طرق مختلف از استقرار پشتیبانی کند، از جمله:

• استقرار در گره رادیویی.
• استقرار در نقطه تجمع. نقطه تجمع، مکانی در یک شبکه فیزیکی است که بین شبکه اصلی و تعدادی از نقاط پایان ‏دهی شبکه همگن یا ناهمگن (ایستگاه پایه، مودم های کابلی، نقاط دسترسی LAN و غیره) قرار دارد و می تواند به عنوان مکانی برای میزبان  MECعمل کند.
• استقرار در لبه شبکه اصلی.

• API های ساده و قابل کنترل: دسترسی به  APIها باید آسان باشد و ابزار مؤثری برای کنترل منابع زیربنایی و امکان توسعه سریع برنامه ‌ها را فراهم کند.
• مکان برنامه هوشمند: یک برنامه MEC باید در هر نقطه از زمان با در نظر گرفتن نیازهای محاسباتی، ذخیره سازی، منابع شبکه و تأخیر، در مکان فیزیکی مناسب اجرا شود.
• قابلیت تحرک برنامه از/به یک سیستم خارجی: معماری MEC باید از حرکت برنامه ها بین میزبان MEC  و محیط ابری خارجی پشتیبانی کند
• نمایش ویژگی ها: چارچوب معماری MEC باید از مکانیسم ها پشتیبانی کند تا مشخص شود که آیا از یک ویژگی خاص پشتیبانی شده است یا خیر.

5. فهرست و خلاصه مختصری از هر یک از عناصر اصلی معماری مرجع سیستم MEC ارائه دهید.

• مدیر زیرساخت مجازی (VIM): VIM با VIM موجود در معماری NFV مطابقت دارد. این کاربرد موجب ایجاد تعامل بین برنامه و رایانش مجازی و ذخیره سازی می شود و منابع شبکه تحت اختیار آن را کنترل و مدیریت می کند. مسئول تخصیص، نگهداری و انتشار منابع مجازی موجود در زیرساخت مجازی است. علاوه براین،VIM  تصاویر نرم افزاری برای نمونه سازی سریع برنامه ها را حفظ و نگهداری می کند.
• میزبان MEC: میزبان لبه در شبکه سیار یک ساختار منطقی است که موجب تسهیل در برنامه های لبه شبکه سیار (اپلیکیشن ها) می شود، زیرساخت مجازی سازی را ارائه می دهد و محاسبات، ذخیره سازی و منابع شبکه و همچنین مجموعه ای از عملکردهای اساسی (سرویس های لبه شبکه سیار) مورد نیاز برای اجرای برنامه هایی را فراهم می کند که به عنوان پلتفرم لبه شبکه سیار شناخته شده اند.
• مدیر پلت فرم MEC: مدیر پلتفرم MEC مانند مدیر VNF در معماری NFV است. مدیر پلت فرم MEC  بر مدیریت برنامه ها و خدمات MEC نظارت دارد.
• سازمان دهنده MEC: سازمان دهنده لبه با دسترسی چندگانه مانند سازمان دهنده در معماری NFV است.

 

 

6. سه مولفه اصلی در میزبان MEC چه هستند؟

• زیرساخت مجازی سازی: مربوط به زیرساخت NFV (NFVI) است. زیرساخت مجازی سازی شامل یک صفحه داده است که قوانین ترافیک دریافتی توسط پلتفرم MEC را اجرا می کند و ترافیک را بین برنامه ها، خدمات، سرور/پراکسی سیستم نام دامنه (DNS)، شبکه 5G، سایر شبکه های دسترسی، شبکه های محلی و خارجی هدایت می کند. 
• برنامه های MEC: توابع شبکه مجازی هستند که در بالای ماشین های مجازی اجرا می شوند، دربردارنده تمامی برنامه هایی هستند که کاربر و شبکه روی میزبان لبه اجرا می کند.
• پلت فرم MEC: مجموعه ای از توابع ضروری مورد نیاز برای اجرای برنامه های MEC می باشد که در زیرساخت مجازی سازی خاص قرار دارد و قادر به کشف، تبلیغ و مصرف سرویس های لبه است.

7. چه وظایفی توسط مدیر پلت فرم MEC انجام می شود؟

مدیر پلت فرم MEC مانند مدیر VNF در معماری NFV است. مدیر پلت فرم MEC بر مدیریت برنامه ها و خدمات MEC نظارت دارد.

8. از کدام عناصر موجود در معماری MEC می توان به عنوان VNF استفاده کرد؟

• پلت فرم  MEC
• همه برنامه های  MEC
• مولفه صفحه داده در زیرساخت مجازی سازی
• دو مولفه مدیریت پلتفرم MEC: مدیر عنصر پلت فرم MEC و مدیریت قوانین و الزامات برنامه MEC

9. چگونه MEC می تواند از تقسیم بندی شبکه پشتیبانی کند؟

  هر قسمت از شبکه به عنوان یک پلت فرم جداگانه MEC اجرا می شود و مدیر پلتفرم MEC از یک یا چند برنامه به همراه یک VNF صفحه داده پشتیبانی می کند و قوانین و اولویت های ترافیک کاربر را تعریف می کند. در این شکل، کادرهای سایه دار روشن و تیره، نمونه های از MEC موجود در دو بخش را نشان می دهند. مولفه هایMEC  در کادرهای سیاه در دو قسمت شبکه به اشتراک گذاشته شده اند. کادرهای سفید مولفه های MEC  هستند که مستقیماً بر پشتیبانی از قسمت های مختلف دخالت ندارند، اگرچه این مؤلفه ‌ها از این بخش ها آگاهی دارند.

10. سه دسته از موارد استفاده که توسط ETSI مشخص شده را فهرست و به طور خلاصه تعریف کنید.

• خدمات مشتری گرا: خدماتی که مستقیماً به نفع کاربر نهایی است (یعنی کاربری که از UE استفاده می کند).
• خدمات اپراتور و شخص ثالث: خدماتی که از امکانات محاسباتی و ذخیره سازی نزدیک به لبه شبکه اپراتور بهره می برند. این خدمات معمولاً مستقیماً به نفع کاربر نهایی نیستند، اما می ‌توانند در کنار شرکت ‌های خدمات شخص ثالث اجرا شوند.
• بهبود عملکرد شبکه و کیفیت تجربه (QoE): خدماتی با هدف بهبود عملکرد شبکه، از طریق بهبودهای خاص یا عام در برنامه. به طور کلی تجربه کاربر بهبود یافته، اما اینها خدمات جدیدی نیستند که به کاربر نهایی ارائه می شوند.

11. نقش MEC را در سازوکار آینده شرح دهید.

شکل 10.10 رویکرد MEC توزیع شده را در برآوردن الزامات اتوماسیون کارخانه نشان می دهد. در این مثال، برخی از سنسورها با اتصالات ثابت به یک نقطه دسترسی LAN بی سیم (WLAN) متصل شده اند. مجموعه ‌ای از حسگرها و محرک ‌ها یک IoT را تشکیل می ‌دهند و توسط دروازه اینترنت اشیا به یکدر  LAN سطح میدان متصل می ‌شود. میزبان MEC در سطح میدان از پردازش و ذخیره سازی و استقرار سنسور و محرک پشتیبانی می کند. در سطح بالاتر، می توان یک میزبان MEC را در سازمان مستقر نمود تا از برنامه های در سطح سازمانی و برنامه هایی با دامنه عملیاتی پشتیبانی کند (به شکل 10.9 مراجعه کنید). همچنین این میزبان MEC  می‌ تواند دسترسی به پایگاه‌ های اطلاعاتی و برنامه ‌هایی را فراهم کند که برای کنترل محرک‌ ها و یکپارچه ‌سازی و تفسیر داده‌ های حسگر استفاده می ‌شوند.

12. چند مثال از روش هایی را ذکر کنید که برنامه می تواند توسط آن ها گروهی از مشترکین را هدف قرار دهد.

• امکان دسترسی گروهی ناشناس از مشترکین صورتحساب با نرخ ثابت به محتوای محلی میزبان  MEC
• ارسال تبلیغات هدفمند برای گروه خاصی از کاربران در داخل شبکه سیار
• ارائه محتوا به گروه خاصی از کاربران که برای مثال ممکن است در یک باشگاه، انجمن یا گروه خدمات عمومی مشابهی حضور داشته باشند.
• ارائه خدمات سازمانی به کارکنان شرکت

13. نقش تجزیه و تحلیل ویدئویی در موارد استفاده از 5G را شرح دهید.

• نظارت و امنیت عمومی: پردازش تقریباً آنی جریان های ویدئویی زنده در لبه می تواند منجر به نظارت بهتر و کمک به اجرای قانون و نظم شود. تشخیص چهره و شناسایی و همگام سازی حادثه دو نمونه از این مورد استفاده هستند که به افسران مجری قانون اجازه می ‌دهند تا اقدامات فوری مربوط به یک حادثه را انجام دهند.
• رانندگی خودکار: ویدیوی لحظه ای صحنه ای که توسط خودروی خودران مشاهده می ‌شود، باید در مدت زمان بسیار کوتاهی تجزیه و تحلیل شود تا اقداماتی که باید توسط خودرو انجام شود، مشخص شود. یک خودروی خودران می تواند منابعی برای پردازش فوری صحنه داشته باشد. تجزیه و تحلیل ویدیوی لبه می تواند به پردازش (یا پیش پردازش) صحنه های بیشتر یا پس پردازش صحنه های ویدیویی برای آموزش مداوم و بازخورد کمک کند.
• شهرهای هوشمند و اینترنت اشیا: تجزیه و تحلیل ویدیویی در لبه، یک عنصر مهم در فعال کردن شهرهای هوشمند به شمار می آید. به عنوان مثال، می توان به کارآمدترین روش از تجزیه و تحلیل ویدیوی ترافیک برای مسیریابی ترافیک استفاده کرد. می توان فوراً آتش یا دود در یک منطقه را تشخیص دارد و اطمینان حاصل کرد که هیچ ترددی به سمت منطقه خطر ادامه نمی یابد؛ می توان بازخورد را هم به زیرساخت شهر و هم به خودروهای منتسب به آن منطقه ارسال نمود.
• خدمات سرگرمی رسانه ‌ای ارتقا یافته: به منظور بهبود تجربه زندگی واقعی مخاطبان رویداد از قبیل کسانی که در رویدادهای ورزشی، کنسرت ها و سایر نمایش ها حضور دارند، می توان از تجزیه و تحلیل ویدیویی در لبه استفاده کرد. ویدئوهایی که از زوایای مختلف دوربین در یک رویداد گرفته شده اند را می‌ توان با عملکردهای AR/VR  آنالیز و ارائه کرد و از طریق صفحه‌ نمایش ‌های بزرگ، تلفن‌ های هوشمند و دستگاه ‌های VR به مخاطبان زنده ارائه کرد.

14. چگونه می توان از MEC برای پشتیبانی از تجزیه و تحلیل ویدئویی استفاده کرد؟

شکل 10.12 طرحی را نشان می دهد که در آن ویدئو ابتدا بر روی میزبان MEC محلی در حافظه کش محتوای ویدئویی ذخیره می شود. سپس محتوای ویدئویی توسط الگوریتم فشرده ‌سازی ویدئو و به دنبال آن برنامه تحلیل ویدئو پردازش می‌ شود. به طور معمول، طرح فشرده سازی ویدئو توسط MPEG-4 استاندارد می شود. این طرح موجب نمایش ایده آل داده شده و از طرح های نمایه سازی و بازیابی پشتیبانی می کند. همچنین تجزیه ساختار ویدیویی و استخراج کی فریم را ساده می‌ کند، چرا که بسیاری از ویژگی‌ های محتوایی ضروری (مانند حرکت شی) به راحتی در دسترس قرار دارد.