一种基于移动边缘计算的切换管理方法技术

本发明专利技术涉及一种基于移动边缘计算的切换管理方法，属于无线通信技术领域。该方法包括：发明专利技术一种密集蜂窝网络场景下部署移动边缘服务器的一种网络架构，并提出基于MEC切换决策的无路径切换流程处理方法，在保证用户服务质量同时减少路径切换请求降低核心网大量信令的负载。MEC控制X2接口实现切换完成阶段的源基站缓冲区数据通过基站之间形成的数据链路进行数据传输，满足用户服务质量要求条件下用马尔科夫决策过程(MDP)模型优化方法确定数据链路列表最优长度，该方案有效降低核心网信令负荷和延迟，同时实现更高吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于移动边缘计算的切换管理方法
本专利技术属于无线通信
，涉及一种基于移动边缘计算的切换管理方法。
技术介绍
近年来，随着移动智能终端的快速发展，移动通信数据流量需求呈现爆炸式的增长。为了满足用户的需求，5G网络正朝着密集化、综合化、宽带化的趋势发展。密集网络通过高密度部署小蜂窝基站来增强空间覆盖，能够极大提升网络容量。然而随着网络的密集化和层次化，移动性管理是影响这种新型网络架构的关键挑战。基于X2的切换决策过程，目标基站根据小区负载以及测量报告进行接纳判决，如果目标小区负荷过大超出门限，目标基站将拒绝源基站的切换请求，导致切换失败发生。另一个缺陷是基于X2的切换流程中，建立X2链路并转发源基站数据在实际网络中可能需要几十毫秒，当用户连接到目标基站时，很可能源基站数据尚未发送到目标基站，此时目标基站数据缓存区可能为空，将增加数据中断时延。切换完成阶段，由于用户连接不同基站，用户数据速率可能发生变化，不能做到无差异切换体验，并且基站资源无法得到充分体验。传统网络中的切换决策是由无线接入点进行的，而不考虑基站和回程拓扑的部署，但是如果灵活部署小蜂窝的密集网络采用类似的机制，则不会选择最合适的目标小基站。因此，密集网络新的网络架构和移动性管理需要新的网络架构和切换管理方案。基于X2的从源基站到目标基站的切换过程中，存在切换失败、切换中断时延过大、切换前后用户体验不一致等问题。因此，专利技术一种密集蜂窝网络场景下部署移动边缘服务器的一种网络架构，并给出基于MEC切换决策的无路径切换流程方法，在保证用户服务质量同时减少路径切换请求降低核心网信令的负载。专利
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于移动边缘计算的切换管理方法，该技术方案网络架构设计为多个小蜂窝基站集合形成一个蜂窝簇，本地化部署MEC服务器与接入网和核心网设计接口，提供本地服务同时不影响传统核心网服务，基于MEC切换决策的无路径切换流程方法，在保证用户服务质量同时减少路径切换请求降低核心网信令的负载。MEC控制X2接口实现切换完成阶段的源基站缓冲区数据通过基站之间形成的数据链路进行数据传输，满足用户服务质量要求条件下用马尔科夫决策过程(MDP)模型优化方法确定数据链路列表最优长度，该方案有效降低核心网信令负荷和延迟，同时实现更高吞吐量。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于移动边缘计算的切换管理方法，包括以下步骤：S1：在密集蜂窝网络场景下部署移动边缘计算(MobileEdgeComputing,MEC)服务器，采用模块化MEC架构，包括MEC平台与接入网侧的接口、基础设施服务、通用服务，服务支持和应用开发框架，确定所需的无线网络接口；在该架构下采用基于MEC切换决策的无路径切换流程处理方法；S2：切换完成阶段MEC控制X2接口实现源基站缓冲区数据通过基站之间X2接口形成的数据链路进行数据传输，满足用户服务质量要求用马尔科夫决策过程(MDP)优化方法确定数据链路列表的最优长度；S3：数据链路长度的确定依赖用户侧和网络侧角度综合考虑所考虑创建的收益函数，路径切换执行与否以最大化值函数为目标，满足不同的业务应用类型进而确定最优数据链路，保证用户服务质量得同时，最大化降低切换过程中核心网的切换信令消耗和中断时延。进一步，所述根据MEC平台与接入网侧的接口通过预定义的通信协议提供实时无线信息；控制平面接口处理或获取接入网和核心网络切换过程的控制信息X2应用协议X2AP和S1应用协议S1AP；数据平面接口处理接入网侧和接入网到核心网之间的数据平面消息，即X2-U和S1-U数据平面，通过集中控制和协调的能力，MEC服务器通过最小化基站之间的交互，降低信令消耗。进一步，所述MEC服务器部署在基站侧，用户设备上报状态报告信息到源基站，源基站上报包含用户状态信息的测量报告和用户业务数据速率到MEC服务器，MEC进行切换判决确定目标基站。进一步，所述源基站在接收用户状态信息报告后，源基站含有计算用户设备业务服务数据速率R的计算单元，将报告和用户数据速率发送MEC服务器；MEC服务器具有对邻小区负载、剩余带宽资源，计算能否满足所述上报消息中包括的业务传输速率的需求从而做出切换判决。进一步，所切换判决为：MEC服务器根据用户测量结果、状态信息报告和通过感知实时信息以及预存储的小区信息来确定能够满足用户业务速率大于R的目标小区进行切换，保证用户无差异体验，下达包括时间间隙信息的切换命令给源基站和目标基站；所述状态信息报告包括用户位置、移动速度和方向；所述实时信息包括基站资源分配信息和网络负载。进一步，在所述切换完成阶段，不执行到核心网的路径切换请求，直接通过小蜂窝基站之间X2-U接口形成数据链路列表进行数据的传输；满足用户服务质量需求用马尔科夫决策过程优化模型方法确定数据链路列表最优长度；建立MDP模型优化数据链路长度，在该模型中，基本元素包括：状态空间、路径切换行为、状态转移关系和收益函数。进一步，所述状态空间由三部分组成：切换触发阶段、数据链路列表和用户关联小蜂窝基站位置信息；行动空间为到核心网执行路径切换或数据链路转发数据；状态转移方程是根据上一时刻状态、在该状态下所选择的行动，得到下一时刻的状态信息；回报函数综合考虑网络侧和用户侧的收益最大化为目标执行最优决策。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的方法提出基于MEC网络架构设计方法，实现本地化切换流程处理，最大化回报获得数据链路传输数据的最优路径，旨在减少切换核心网出信令负荷和路径切换导致切换中断时延，对于实现无缝移动性性能提升具有关键意义。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术实施例网络架构示意图；图2为本专利技术实施例MEC平台示意图；图3为本专利技术实施例切换流程示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。如图1所示，基于MEC的小蜂窝基站切换管理方法的网络架构，每个簇包含多个小蜂窝基站的集合，一组相邻的小蜂窝簇形成一个本地网络。MEC服务器部署在接入网侧，通过接口连接基站和核心网网元，用户设备在小蜂窝簇重叠区内移动发生切换，从一个基站覆盖范围移动到另外一个基站覆盖范围中心；用户设备的IP数据包封装在核心网(CN)特定协议中，核心网部分主要包括移动性管理实体(MME)负责控制平面信令消息的发送、服务网关(SGW)负责数据平面IP数据包传输，分组数据网关(PGW)，核心网之间通过S5/S8接口连接。组网架构主要优势：1)部署MEC服务器最小化控制平面及数据平面流量往返到CN，有效较少切换中断时延以及的核心网信令负载。2)支持本地化业务服务，MEC对于移动性管理控制平面进行切换控制，提供更加接近无缝连接服务体验。如图2所示，MEC平台内部组件功能如下：MEC平台图20是MEC平台接入侧接口、21是基础设施服务、22是MEC应用开发框架、23是通用服务、24是服务支持、25是MEC应用。201无线网络信息接口，通过预定义通信协议提供对实时无线电信息(小区ID，基站负载，用户吞吐量)的直接访问；202控制平面接口，处理或获取的控制消息RAN和核心网络(LTE-A中包括X2应用协议)(X2AP)和S1应用协议(S1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移动边缘计算的切换管理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：在密集蜂窝网络场景下部署移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)服务器，采用模块化MEC架构，包括MEC平台与接入网侧的接口、基础设施服务、通用服务，服务支持和应用开发框架，确定所需的无线网络接口；在该架构下采用基于MEC切换决策的无路径切换流程处理方法；S2：切换完成阶段MEC控制X2接口实现源基站缓冲区数据通过基站之间X2接口形成的数据链路进行数据传输，满足用户服务质量要求用马尔科夫决策过程(MDP)优化方法确定数据链路列表的最优长度；S3：数据链路长度的确定依赖用户侧和网络侧角度综合考虑所考虑创建的收益函数，路径切换执行与否以最大化值函数为目标，满足不同的业务应用类型进而确定最优数据链路，保证用户服务质量得同时，最大化降低切换过程中核心网的切换信令消耗和中断时延。

【技术特征摘要】
1.一种基于移动边缘计算的切换管理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：在密集蜂窝网络场景下部署移动边缘计算(MobileEdgeComputing,MEC)服务器，采用模块化MEC架构，包括MEC平台与接入网侧的接口、基础设施服务、通用服务，服务支持和应用开发框架，确定所需的无线网络接口；在该架构下采用基于MEC切换决策的无路径切换流程处理方法；S2：切换完成阶段MEC控制X2接口实现源基站缓冲区数据通过基站之间X2接口形成的数据链路进行数据传输，满足用户服务质量要求用马尔科夫决策过程(MDP)优化方法确定数据链路列表的最优长度；S3：数据链路长度的确定依赖用户侧和网络侧角度综合考虑所考虑创建的收益函数，路径切换执行与否以最大化值函数为目标，满足不同的业务应用类型进而确定最优数据链路，保证用户服务质量得同时，最大化降低切换过程中核心网的切换信令消耗和中断时延。2.根据权利要求1所述的一种基于移动边缘计算的切换管理方法，其特征在于：所述根据MEC平台与接入网侧的接口通过预定义的通信协议提供实时无线信息；控制平面接口处理或获取接入网和核心网络切换过程的控制信息X2应用协议X2AP和S1应用协议S1AP；数据平面接口处理接入网侧和接入网到核心网之间的数据平面消息，即X2-U和S1-U数据平面，通过集中控制和协调的能力，MEC服务器通过最小化基站之间的交互，降低信令消耗。3.根据权利要求1所述的一种基于移动边缘计算的切换管理方法，其特征在于：所述MEC服务器部署在基站侧，用户设备上报状态报告信息到源基站，源基站上报包含用户状态信息的测量报告和用户业务数据速率到MEC服务器，MEC进行切换判决确...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐伦，赵旭，马润琳，刘云龙，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50