移动边缘计算的移动性管理方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种移动边缘计算的移动性管理方法及系统，其中，方法包括：获取UE自身IP地址的变化以得到承载路径的变化，并通过对数据包的分析确定系统UE的位置变化；目标MEC在获取系统UE的承载变化后，保证系统UE在不同MEC区域移动过程中能连续使用MEC应用的服务；根据迁移决策，将移动边缘计算应用程序从系统源MEC迁移到系统目标MEC；在系统迁移结束后，系统目标MEC进行路由更新，为系统UE提供本地的移动边缘计算服务；系统目标MEC为系统UE提供服务，同时向系统源MEC发出通知，系统源MEC根据系统应用程序的使用情况，决定是否关闭。该方法能够在保证用户服务质量的前提下，有效的实现能量最优化。

【技术实现步骤摘要】
移动边缘计算的移动性管理方法及系统
本专利技术涉及移动管理决策
，特别涉及一种移动边缘计算的移动性管理方法及系统。
技术介绍
当今世界流量爆炸性增长，虚拟现实所需的接近实时响应时间和物联网所需的海量数目连接等要求也都超出了现有网络的承受能力。为了应对上述挑战，业界在5G移动网络中采用了MEC(MobileEdgeComputing移动边缘计算)。根据ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute欧洲电信标准化协会)的定义，MEC通过在无线接入网部署通用服务器，为无线接入网提供IT和云计算能力。MEC系统允许移动设备将计算任务卸载到网络边缘节点，如基站和无线接入点等，从而可以将业务本地化，在接入网处理用户请求。这减少了用户等待时间，确保了高效的网络运行和服务交付，同时也缓解了网络流量的回传需求，降低了网络运营成本。因而MEC迅速成为5G的一项关键技术，使得接入网具有了高带宽和低延迟地处理信息，感知网络上下文信息和向第三方边缘应用开放等能力，有助于5G网络达到低时延、高能效、高容量和高可靠性等技术指标。尽管MEC给5G带来巨大的潜在收益，但将MEC应用于实践仍面临许多挑战，移动性管理正是关键瓶颈之一。移动性管理的功能是跟踪移动UE(UserEquipment用户设备)并将其与适当的BS(BaseStation基站)相关联，使得移动系统能够交付数据和服务。这一技术已经广泛应用于传统的异构蜂窝网络，能够实现动态移动性管理并保证高数据速率和低误码率。但是现有的移动性管理技术并不能直接应用到5G网络中，因为它忽略了MEC服务器上的计算资源对切换策略的影响。当UE在MEC处进行卸载计算时，确保服务的连续性是非常重要的，比如车联网中，车辆需要实时地上传位置信息，并且MEC需对周围的车辆信息进行汇总计算并给出指导或警告。当一个移动用户从一个区域移动到另一个区域时，既可以继续在前一个区域的MEC上运行服务，并通过回程网络将数据传输给用户，也可以将承载应用程序的虚拟机或数据迁移到新区域中的MEC。这两种情况都会有成本：第1种情况是数据传输成本，第2种情况是迁移成本；并且两种情况中用户获得服务的延迟也不相同。因此，制定一个能量高效且保证用户服务质量的虚拟机迁移策略是本专利考虑的关键问题。现有的移动性管理中的决策方法，都是通过对用户的移动，MEC的分布和全程的能量消耗和用户服务延迟进行分析和建模，然后做出决策。下面将介绍两种现有的决策方案。为了使本文的叙述更加简明，下文中把运行用户的边缘应用程序的MEC称为通信MEC。将用户在蜂窝网络中的移动简化为一维模型，用户在移动过程中会进入新的MEC区域，按照用户与通信MEC的距离由近及远将其他MEC区域划分为状态1，2，…，thr。thr表示用户和通信MEC的最远距离，当用户和MEC的距离超过这个范围后将强制进行虚拟机迁移。在除0和thr外的每个状态下，用户都有两个选择：向前走(概率为p)和向后走(概率为1-p)。用户在每个状态的停留时间服从参数为μ的指数分布。在除0和thr外的每个状态下，系统也有两个选择：不进行虚拟机迁移，也即通过回程链路与MEC进行通信(概率为a1)和进行虚拟机迁移(概率为a2)。当进行虚拟机迁移后，用户与通信MEC的距离重归于0，也即系统状态回到0。根据上述信息可以得到下图所示的状态转移图。进一步，在各个状态下，定义能耗函数r(s,a)，与系统状态s和迁移决策a有关。如果进行了虚拟机迁移，r是一个表示迁移耗能的常量。如果没有进行虚拟机迁移，r是一个与系统状态s有关的变量，距离越远，耗能越多。将状态转移图和能耗函数结合，可以将VM迁移策略变为一个连续时间马尔可夫决策过程，并尝试在启动VM迁移时找到最佳阈值策略。该策略允许在用户体验质量和服务迁移产生的成本之间取得良好平衡。仿真结果表明，与其他不迁移和频繁迁移两个基本策略相比，所提出的服务迁移决策机制总是达到最大的期望收益。如图1所示，现有技术一虽然给出了用户移动过程中的状态转移图，但其中关于系统状态的分析是不准确的。这是因为实际中的MEC的分布是一个蜂窝网络，用户在不同的MEC区域间移动时不能简单的等效为不同距离之间的转化，而应基于蜂窝网络做出进一步的研究推理。把用户在MEC区域中的移动归纳为一维移动模型。用户向右边MEC区域移动的概率为p，向左边MEC区域移动的概率为q。由此可以看出此一维模型是不对称的。为了保证用户服务质量，用户和MEC服务器之间的最大允许距离通常有限制，通过最大负偏移量M和最大正偏移量N对此限制进行建模，使得当节点进入状态M或N时必须进行虚拟机迁移服务。用户到达新的MEC区域后，都会进行虚拟机迁移与否的决策。通过上述模型可以推得状态转移图如图2所示。然后定义每个状态下的虚拟机迁移成本和回程链路通信成本，为了方便计算，此文献中的两类成本都是和距离以及系统状态无关的常量。因此进一步的把此问题变为了马尔可夫决策过程。此文献接下来证明了是否进行虚拟机迁移与用户和通信MEC的距离有关，且存在一个门限，大于门限值时进行虚拟机迁移，小于门限值时不进行。并且在文章最后给出了求门限值的迭代方法。现有技术二的第一个局限性是对用户移动的情况建模的太过简单，用户在二维平面的移动不能简单的等效为一维模型。第二个局限性是把系统的两类成本视为常量是不科学的，用户和MEC的距离越远，通信成本应随之增加。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种移动边缘计算的移动性管理方法，该方法具有在保证用户服务质量的前提下，有效的实现能量最优化的优点。本专利技术的另一个目的在于提出一种移动边缘计算的移动性管理系统。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种移动边缘计算的移动性管理方法，包括以下步骤：获取UE自身IP地址的变化以得到承载路径的变化，并通过对数据包的分析确定所述UE的位置变化；目标MEC在获取所述UE的承载变化后，确定源MEC并向其请求数据，以保证所述UE在不同MEC区域移动过程中能连续使用MEC应用的服务；根据迁移决策，将移动边缘计算应用程序从所述源MEC迁移到所述目标MEC；在所述迁移结束后，所述目标MEC进行路由更新，同时开启应用程序，为所述UE提供本地的移动边缘计算服务；路由规则改变后，所述目标MEC为所述UE提供服务，同时向所述源MEC发出通知，所述源MEC根据所述应用程序的使用情况，决定是否关闭。本专利技术实施例的移动边缘计算的移动性管理方法，通过根据EU自身IP的地址以及承载路径的变化确定EU位置，进而保证不同的MEC持续给EU提供服务，根据迁移决策，将移动边缘计算应用程序从系统源MEC迁移到系统目标MEC并进行一系列更新和优化，以实现移动边缘计算的移动性管理，具有在保证用户服务质量的前提下，有效的实现能量最优化的优点。另外，根据本专利技术上述实施例的移动边缘计算的移动性管理方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据迁移决策，将移动边缘计算应用程序从所述源MEC迁移到所述目标MEC包括：移动边缘应用程序在所述MEC平台的虚拟机中运行，进行所述迁移的数据为应用程序的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动边缘计算的移动性管理方法，其特征在于，包括以下步骤：获取UE自身IP地址的变化以得到承载路径的变化，并通过对数据包的分析确定所述UE的位置变化；目标MEC在获取所述UE的承载变化后，确定源MEC并向其请求数据，以保证所述UE在不同MEC区域移动过程中能连续使用MEC应用的服务；根据迁移决策，将移动边缘计算应用程序从所述源MEC迁移到所述目标MEC；在所述迁移结束后，所述目标MEC进行路由更新，同时开启应用程序，为所述UE提供本地的移动边缘计算服务；路由规则改变后，所述目标MEC为所述UE提供服务，同时向所述源MEC发出通知，所述源MEC根据所述应用程序的使用情况，决定是否关闭。

【技术特征摘要】
1.一种移动边缘计算的移动性管理方法，其特征在于，包括以下步骤：获取UE自身IP地址的变化以得到承载路径的变化，并通过对数据包的分析确定所述UE的位置变化；目标MEC在获取所述UE的承载变化后，确定源MEC并向其请求数据，以保证所述UE在不同MEC区域移动过程中能连续使用MEC应用的服务；根据迁移决策，将移动边缘计算应用程序从所述源MEC迁移到所述目标MEC；在所述迁移结束后，所述目标MEC进行路由更新，同时开启应用程序，为所述UE提供本地的移动边缘计算服务；路由规则改变后，所述目标MEC为所述UE提供服务，同时向所述源MEC发出通知，所述源MEC根据所述应用程序的使用情况，决定是否关闭。2.根据权利要求1所述的移动边缘计算的移动性管理方法，其特征在于，所述根据迁移决策，将移动边缘计算应用程序从所述源MEC迁移到所述目标MEC包括：移动边缘应用程序在所述MEC平台的虚拟机中运行，进行所述迁移的数据为应用程序的配置数据和用户信息配置数据；其中，所述目标MEC在开启新的虚拟机后，接受数据并复原所述应用程序，以向所述UE提供计算服务，并由所述目标MEC的移动性管理功能模块进行判断是否需要迁移；所述目标MEC获取自身运转状况、与所述源MEC距离、需传输的虚拟机大小以及所述移动边缘应用程序的类型，以判定是否进行所述数据迁移或继续维持用户与所述源MEC的通信。3.根据权利要求2所述的移动边缘计算的移动性管理方法，其特征在于，建立迁移决策模型以进行所述迁移决策，包括：简化每个所述MEC控制一个基站，即每个正六边形区域属于一个所述MEC节点。4.根据权利要求3所述的移动边缘计算的移动性管理方法，其特征在于，在所述迁移决策中的转移概率为：其中，s为系统状态，s'为系统下一状态，4≤n≤(k+1)。5.根据权利要求4所述的移动边缘计算的移动性管理方法，其特征在于，在所述迁移决策的具体方法为：确定一个决策策略f，f∈π；对于所有的s∈S，求解下面|S|个方程其中，γ是折扣因子，表示对未来回报的重视程度；st表示t时刻的系统状态；将上一步求得的V(s)带入下面的式子，求得对于所有s∈S，满足式子条件的新决策策略f'；若对于所有的s∈S，上式的等号都成立，则返回最优策略f'；根据得到的最优策略，对所述目标MEC是否需要进行虚拟机迁移进行判断。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢人超，黄韬，王秋宁，刘江，刘韵洁，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11