一种基于移动代理的移动边缘计算卸载系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于移动代理技术的移动边缘计算卸载系统与方法。该系统通过在移动设备上设置计算卸载管理器，决定哪些模块需要卸载，将卸载任务封装到移动代理中，并传递到MEC服务器的代理容器中执行。本发明专利技术使用移动代理技术替代传统的虚拟机技术以及容器技术，大大缩短用户需要忍受的停机时间，即计算卸载正在进行导致用户无法接受服务的时间；并且克服了容器技术不支持异构终端的缺点，提升了计算卸载的成功率，并且更好地支持用户的移动性；同时减轻了边缘服务器和用户设备的管理负担。

【技术实现步骤摘要】
一种基于移动代理的移动边缘计算卸载系统及方法
本专利技术属于移动通信
，具体涉及一种移动边缘计算卸载系统及方法。
技术介绍
移动边缘计算(MobileEdgeComputing，MEC)是一项被欧洲5GPPP研究机构认可的5G网络的主要新兴技术。可以将其理解为在移动网络边缘运行的云服务器，它可以解决一些传统网络基础架构固有的问题。由于MEC服务器距离用户或信息源在地理上非常邻近，这使得服务器响应用户请求的时延大大减小，同时也降低了传输网的压力，减小了发生网络拥塞的可能性。另外，MEC服务器通常具有较高的计算能力，适合完成需要分析处理大量数据的任务。为了解决移动终端计算能力、内存空间、电量容量有限等问题，同时提高服务质量(QualityofService，QoS)，计算卸载的概念应运而生。计算卸载是将原本在移动终端上执行的计算密集型、资源密集型的计算任务通过无线网络发送到远端服务器上执行，依靠远端服务器丰富的计算资源和强大计算能力，更好地完成计算任务。此外，通过将复杂的计算任务搬移到远端服务器，移动终端可以大大减少计算开销，使得移动终端的能耗降低，电池续航时间延长。而MEC服务器同时具有丰富的计算资源和与靠近用户的地理位置，十分适合担任计算卸载中远端服务器的角色。在MEC服务器上，可能同时运行着多个不同应用程序的组件，为了保证各个应用程序的安全性和完整性，不同应用程序的组件之间的资源隔离(尤其是内存)是必需的，对这些组件进行的隔离称为应用组件的托管，同时隔离出来的组件也作为计算任务卸载的对象。目前，在移动边缘计算卸载领域中常用的应用组件托管技术有两种：虚拟机(VirtualMachine，VM)技术和容器(Container)技术。由于虚拟机的实时迁移是云计算数据中心所采用的一项成熟技术，拥有着高可靠性和安全性的优点，因此许多MEC计算卸载工作都以虚拟机为应用组件托管技术。例如，K.Ha等人就在他们的研究工作“AdaptiveVMhandoffacrosscloudlets”中讨论了用于边缘计算环境下的实时虚拟机迁移与传统数据中心中虚拟机的迁移之间的区别，考虑了用户移动性并提出无缝的VM切换技术，以在用户移动时将运行中的虚拟机迁移到最优的站点。然而，随着移动应用对时延的要求越来越高，基于虚拟机的计算卸载过程启动慢，需要传输的数据量大的弊端也逐渐显露出来。因此，提出了基于容器的计算任务卸载。Machen等人在论文“Migratingrunningapplicationsacrossmobileedgeclouds:poster”中提出了一个层次化的计算卸载框架，并分别用虚拟机和容器实现框架进行性能对比，结果表明容器的表现优于虚拟机。具体来说，与虚拟机相比，容器的速度更快，需要传输的数据更少，是当前热门的研究对象。但是，容器技术依旧有他的弊端，那就是对不同平台的支持很差。例如，在Linux系统环境下开发的容器不能在Windows系统中运行。而移动代理(MobileAgent，MA)技术可以解决这一问题。与虚拟机和容器技术相比，除了数据传输量更小，启动和运行速度更快以外，MA对服务器的要求也很低，只要求服务器提供运行时的环境。此外，MA可以克服容器在动态和异构环境中的困难。一个直观的例子是JADE(JAVAAgentDevelopmentFramework,一种开发代理的软件框架)中实现的代理可以在配备了Java运行环境的任何机器实例上运行。在计算机科学中，代理是一个计算机程序块，它作为其他实体的代理人执行具体任务。移动代理则是一种具备代理的功能且具有移动性的软件程序，可以从计算机发送到网络，并在网络中的计算机节点之间漫游。移动代理技术并不是一项全新的技术，在移动边缘计算还未提出的年代，他就已经被应用在云计算当中，但在MEC计算卸载中使用代理技术还是一个尚未探索的领域。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于移动代理技术构建的MEC计算卸载系统，能够克服虚拟机技术启动慢，需要传输的数据量大的问题以及容器技术不支持异构平台的缺点，缩短计算卸载中的停机时间，提高计算卸载的成功率，提升QoS和用户体验。本专利技术还相应提供一种基于移动代理技术的移动边缘计算任务卸载方法。技术方案：根据本专利技术的第一方面，提供一种基于移动代理的移动边缘计算卸载系统，所述系统包括MEC服务器和用户所持的移动设备，所述MEC服务器部署在基站上，其中，所述移动设备包括：计算卸载管理器，用于确定该移动设备上哪些模块需要卸载，创建移动代理并将需要卸载的模块封装进移动代理；与MEC服务器上的资源管理器交流以获取可用代理容器；以及向资源管理器发出卸载请求；移动代理，用于封装需要卸载的模块，以及在到达目标代理容器后与移动设备交流，执行任务；所述MEC服务器包括：一个或多个代理容器，用于为移动代理提供运行环境；以及资源管理器，用于记录该MEC服务器所在局域网中所有可用的代理容器的信息，提供查询服务；以及响应来自移动设备的卸载请求，通过在移动设备与代理容器之间建立通道以将移动代理发送至代理容器中执行。优选地，所述计算卸载管理器根据以下开销模型决定是否将模块卸载到MEC服务器：CSn＝dn/B(2)其中，CDn代表模块n在移动设备上运行花费的时间，包括模块n本身和他调用的所有子模块的运行时间；CSn代表模块n卸载到MEC服务器运行花费的时间；Tn是模块n本身在移动设备上运行花费的时间；εn是模块n所调用的所有子模块的集合；dn是模块n与调用它的模块交互的总信息量；B为APP可以使用的网络带宽；如果CDn大于CSn，则将模块n卸载到MEC服务器，否则将其保留在移动设备上运行。优选地，所述MEC服务器的资源管理器之间进行周期性数据交互，以实时更新代理容器的信息。优选地，所述资源管理器中记录的代理容器的信息包括：MEC服务器的地理位置、IP和物理地址、代理容器的标识以及活跃状态。优选地，所述移动代理还用于周期性从移动设备上获取定位信息，当移动代理与移动设备交流的延迟高于指定阈值时，移动代理根据所述定位信息选择离最近的MEC服务器上的合适代理容器作为迁移目标，向资源管理器发出迁移请求，并在资源管理器做出响应后改变为迁移准备状态，在到达目标容器后恢复工作状态。优选地，所述资源管理器还用于响应迁移请求，为移动代理建立到目标容器之间的通道，并在移动代理变为迁移准备状态后经由该通道将移动代理发送至该目标容器。优选地，所述计算卸载管理器还用于，当移动代理的任务全部完成后，发出命令结束移动代理的生命周期。优选地，所述计算卸载管理器还用于，当移动代理的任务全部完成后，清空移动代理所在的代理容器。根据本专利技术的第二方面，一种基于移动代理技术的任务卸载方法，包括以下步骤：Step1：用户启动移动设备上的APP后，计算卸载管理器联系MEC服务器上的资源管理器获取可用代理容器的名单，选择合适的目标代理容器；Step2：计算卸载管理器制定卸载计划，随后创建移动代理并将需要卸载的模块封装进移动代理中，向资源管理器发出卸载请求；Step3：资源管理器在移动设备与目标代理容器之间建立一条通道，将计算卸载管理器新建的移动代理发送到目标代理容器中运行，移动代理通过资源管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移动代理的移动边缘计算卸载系统，所述系统包括MEC服务器和用户所持的移动设备，所述MEC服务器部署在基站上，其特征在于：所述移动设备包括：计算卸载管理器，用于确定该移动设备上哪些模块需要卸载，创建移动代理并将需要卸载的模块封装进移动代理；与MEC服务器上的资源管理器交流以获取可用代理容器；以及向资源管理器发出卸载请求；移动代理，用于封装需要卸载的模块，以及在到达目标代理容器后与移动设备交流，执行任务；所述MEC服务器包括：一个或多个代理容器，用于为移动代理提供运行环境；以及资源管理器，用于记录该MEC服务器所在局域网中所有可用的代理容器的信息，提供查询服务；以及响应来自移动设备的卸载请求，通过在移动设备与代理容器之间建立通道以将移动代理发送至代理容器中执行。

【技术特征摘要】
1.一种基于移动代理的移动边缘计算卸载系统，所述系统包括MEC服务器和用户所持的移动设备，所述MEC服务器部署在基站上，其特征在于：所述移动设备包括：计算卸载管理器，用于确定该移动设备上哪些模块需要卸载，创建移动代理并将需要卸载的模块封装进移动代理；与MEC服务器上的资源管理器交流以获取可用代理容器；以及向资源管理器发出卸载请求；移动代理，用于封装需要卸载的模块，以及在到达目标代理容器后与移动设备交流，执行任务；所述MEC服务器包括：一个或多个代理容器，用于为移动代理提供运行环境；以及资源管理器，用于记录该MEC服务器所在局域网中所有可用的代理容器的信息，提供查询服务；以及响应来自移动设备的卸载请求，通过在移动设备与代理容器之间建立通道以将移动代理发送至代理容器中执行。2.根据权利要求1所述的基于移动代理的移动边缘计算卸载系统，其特征在于：所述计算卸载管理器根据以下开销模型决定是否将模块卸载到MEC服务器：CSn＝dn/B(2)其中，CDn代表模块n在移动设备上运行花费的时间，包括模块n本身和他调用的所有子模块的运行时间；CSn代表模块n卸载到MEC服务器运行花费的时间；Tn是模块n本身在移动设备上运行花费的时间；εn是模块n所调用的所有子模块的集合；dn是模块n与调用它的模块交互的总信息量；B为APP可以使用的网络带宽；如果CDn大于CSn，则将模块n卸载到MEC服务器，否则将其保留在移动设备上运行。3.根据权利要求1所述的基于移动代理的移动边缘计算卸载系统，其特征在于：所述MEC服务器的资源管理器之间进行周期性数据交互，以实时更新代理容器的信息。4.根据权利要求1所述的基于移动代理的移动边缘计算卸载系统，其特征在于：所述资源管理器中记录的代理容器的信息包括：MEC服务器的地理位置、IP和物理地址、代理容器的标识以及活跃状态。5.根据权利要求1所述的基于移动代理的移动边缘计算卸载系统，其特征在于：所述移动代理还用于周期性从移动设备上获取定位信息，当移动代理与移动设备交流的延迟高于指定阈值时，移动代理根据所述定位信息选择离最近的MEC服务器上的合适代理容器作为迁移目标，向资源管理器发出迁移...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永安，蒋椿磊，刘晓庆，达庆佶，朱洪波，杨龙祥，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32