一种通信切换和服务迁移的联合移动性管理方法技术

本发明专利技术提出一种通信切换和服务迁移的联合移动性管理方法，属于通信服务技术领域。本发明专利技术在具备移动边缘计算节点的网络中，设置了移动性管理相关的逻辑功能实体——切换管理实体和服务迁移管理实体，通过切换管理实体预测通信切换时刻和目标接入点，通过服务迁移管理实体首先判断是否进行服务迁移，若需要则预测服务迁移进入停机拷贝阶段的开始时刻，当该时刻与预测的通信切换时刻重合时，通知当前服务节点进行服务迁移，以使得服务迁移完成预拷贝阶段进入停机拷贝阶段的时刻，也到了需要进行通信切换的时刻。本发明专利技术对通信切换以及服务迁移过程中的时间顺序进行决策，减少了用户移动期间内服务总中断时间，提升了移动通信服务质量。

A joint mobility management method for communication handover and service migration

【技术实现步骤摘要】
一种通信切换和服务迁移的联合移动性管理方法
本专利技术属于通信服务
，涉及一种通信切换和服务迁移的联合移动性管理方法。
技术介绍
移动性管理是移动通信和网络中的关键技术，用于保证用户移动中的通信和业务连续性。目前，通信切换及服务迁移是部署了移动边缘计算的移动网络场景中的移动性管理关键技术问题。在移动网络中，无线接入点(如基站、WLANAP)为移动用户提供通信资源，用户终端通过和无线接入点建立通信链路，对网络资源及业务进行访问。当用户在不同无线接入点之间移动，利用通信切换技术来保证通信的连续性。当用户从当前接入点的覆盖范围移动到另一个接入点的覆盖范围时，需要执行通信切换，用户将断开和当前接入点之间的连接，和目标接入点建立新的通信连接。如图1所示，用户从接入点A访问网络，但是随着用户位置的变化，用户从接入点A获得的信号质量下降，而接收到接入点B的信号质量增加，因此需要更换新的接入点，由移动性管理中的切换技术提供在接入点变化时的通信连续性保证。随着移动通信/网络的发展，涌现出许多需要大量计算资源、存储资源或者通信资源的应用服务，为了提高这些服务的响应时间、减轻链路回程压力等问题，提出了MEC(MobileEdgeComputing，移动边缘计算)的概念。MEC是欧洲电信标准协会ETSI提出的，属于边缘计算的一种模式，其他类型还包括雾计算(FC，FogComputing)、微云cloudlet等。移动边缘计算是指将具备计算、存储等功能的服务器部署在网络边缘，为用户就近提供服务并执行相关处理任务，可以为用户提供低时延服务。MEC的部署除了降低服务响应时间外，还具有减轻移动云计算网络中回程链路的压力、提高数据安全性等等优点。MEC服务器可以和接入点联合部署，也可以部署在一个或多个接入点附近，即一个或多个接入点共享一个MEC服务器。在部署了MEC服务器的移动网络中，当用户在不同服务器之间移动，通常利用服务迁移来保证服务的连续性。由于MEC网络服务对象大多是移动用户，因此用户移动性带来的问题不可忽视。如图1中所示，服务放置在MEC-A中运行，由于用户的移动性，用户逐渐远离运行该用户服务的服务器，当前接入点A更换到接入点B。如图1所示，如果不进行服务迁移，用户和和为其提供服务的MEC-A之间的通信，需要通过接入点之间的通信转发才能到达当前接入点，并进而转发给用户。因此服务响应时间需要增加一段转发时延，将降低服务质量。对于这种情况，可以通过服务迁移操作缓解。服务迁移可以将正在运行的服务从一个服务器迁移到另外一台服务器，用于保证MEC服务器变化时的服务连续性。如图2中所示，用户从接入点A切换到接入点B时，可以执行服务迁移操作，将运行在MEC-A中的服务实例迁移到MEC-B，此时用户和服务之间的通信无需通过接入点之间的通信转发，可以降低服务响应时间，提高服务质量。服务放置在边缘服务器中，通常以虚拟机或者容器的方式运行。服务迁移方案有三种模式：预迁移模式、后迁移模式以及混合迁移模式。(1)预迁移模式首先将正在运行的服务内存页面复制传输到目标服务器中，由于数据传输需要一段时间，服务正常运行会导致部分内存页面发生更新，因此需要反复迭代传输更新的内存页面数据。当某个预定义的指标(如迭代次数、剩余数据大小等)达到一定阈值时，将停止源服务器中的服务，将剩余数据发送到目标服务器中并恢复服务。(2)后迁移模式和预迁移模式相反，迁移启动后，首先停止源服务器中正在运行的服务，将运行状态相关的数据以及和当前状态数据紧密相关的内存页面数据发送到目标服务器中以恢复服务。其余内存页面数据通过按需访问、主动推送等方式发送到目标服务器中。(3)混合迁移模式是预迁移模式和后迁移模式的组合，其首先进行有限次数的迭代传输，然后停止源服务器中正在运行的服务，将运行状态数据以及和当前状态数据紧密相关的内存页面数据发送到目标服务器中以恢复服务。剩余少量内存页面采用按需访问、主动推送等方式发送到目标服务器中。因此整个服务迁移过程中可分为三个基本阶段：预拷贝阶段、停机拷贝阶段以及后拷贝阶段。预拷贝阶段中，服务正常运行，服务器将内存页面迭代发送到目标服务器中。停机拷贝阶段中，服务将停止运行，服务器将运行状态、内存页面等数据发送到目标服务器中以恢复服务。后拷贝阶段中，将剩余内存页面不断传输到目标服务器中，直至剩余内存页面数据完全同步。对于服务迁移而言，常用的性能指标是服务总迁移时间、服务停机时间、迁移数据量等。服务总迁移是指从服务迁移开始到服务完全运行在目标服务器中所需要的时间。服务停机时间是指停机拷贝阶段，服务停止运行到服务在目标服务器中恢复之间的时间。迁移数据量是指在服务迁移过程中传输的总数据量。在部署了MEC的移动网络中，从用户服务体验的角度来看，通信切换和服务迁移均会产生一定的服务中断时间：(1)在通信切换过程中，会有短暂的通信中断，这段时间通常被称为切换时延。在此时间段内，用户和MEC服务器之间的上/下行数据传输会由于通信链路的短暂中断而无法进行，由此会带来短暂的服务中断。(2)在服务迁移过程中，服务停机拷贝阶段服务将暂停运行，这段时间通常被称作服务停机时间。在这段时间内，服务应用实例呈现为停机状态，无法根据用户请求进行任务处理，由此会带来一段时间的服务中断。对于部署了MEC的移动网络场景，通信切换和服务迁移都需要发生时，通常是先进行通信切换，在切换完成后再进行迁移决策，判断是否需要进行服务迁移，如图3所示。对于这种方式，服务总中断时间将会有两部分，即通信切换以及服务迁移引起两段服务中断时间。此外，服务迁移方案中，采用预迁移模式较多，预迁移中预拷贝阶段时间较长，在这段时间内，用户和服务之间的通信需要经过接入点进行转发，因此对于时延敏感型服务来讲并不理想，服务质量较差。现有针对上述问题也有一些研究，如下所述。公布号为CN109691147A的中国专利申请在2019年4月26日公开了移动边缘计算服务的重新定位，该专利考虑了MEC场景中，通信切换和服务迁移之间的时序关系。该方案中，终端对切换进行预测，在可能的一个或多个基站的MEC服务器中建立当前服务的影子副本，并不断进行同步。由通信切换触发服务重新定位，当确认切换目标基站，销毁其他服务器中的影子副本。当触发切换后立即触发服务和其影子副本之间的重新定位。影子副本具有服务相关数据，可以极大地减少服务切换的时间。但该方案中，不明确切换预测的具体目标，当服务过大时，将会向多个服务器发送服务数据进行同步，占用过多服务器资源以及网络资源；也未明确切换预测的时间维度，如果预测的时间跨度过短，导致在切换时服务数据未同步完毕，无法执行服务切换，或者服务切换时间将会增加，将导致更长的服务中断时间。公布号为CN109429284A的中国专利申请在2019年3月5日公开了实例切换方法及相关装置，该方案在确定切换目标之后，执行切换之前，进行服务器之间的服务数据同步。UE(用户设备)进入目标基站后，和目标基站建立连接并告知源基站，源基站释放链路。切换完成后进行服务实例切换。但该方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通信切换和服务迁移的联合移动性管理方法，其特征在于，在部署了移动边缘计算MEC的移动网络中，布置逻辑功能实体：切换管理实体和服务迁移管理实体；切换管理实体用于切换目标接入点和通信切换时刻的决策；服务迁移管理实体用于服务迁移的目标服务器和迁移操作时序的决策；所述方法包括如下步骤：/n(1)用户设备UE通过当前连接的接入点访问当前移动边缘计算MEC服务器上的服务，并周期性地向当前连接的接入点上报相关信息，所述的相关信息包括用户位置和相邻接入点信号质量；/n(2)UE当前的接入点将接收到的信息发送到切换管理实体；切换管理实体根据接收到的信息预测通信切换时刻T

【技术特征摘要】
1.一种通信切换和服务迁移的联合移动性管理方法，其特征在于，在部署了移动边缘计算MEC的移动网络中，布置逻辑功能实体：切换管理实体和服务迁移管理实体；切换管理实体用于切换目标接入点和通信切换时刻的决策；服务迁移管理实体用于服务迁移的目标服务器和迁移操作时序的决策；所述方法包括如下步骤：
(1)用户设备UE通过当前连接的接入点访问当前移动边缘计算MEC服务器上的服务，并周期性地向当前连接的接入点上报相关信息，所述的相关信息包括用户位置和相邻接入点信号质量；
(2)UE当前的接入点将接收到的信息发送到切换管理实体；切换管理实体根据接收到的信息预测通信切换时刻THO以及目标接入点，并将预测结果信息发送给服务迁移管理实体；
(3)服务迁移管理实体依据所述的目标接入点判断服务是否受益于服务迁移；若否，不执行服务迁移；若是，预测服务迁移预拷贝阶段持续时间，得到服务迁移进入停机拷贝阶段的开始时刻TSM；服务迁移管理实体根据TSM和THO判断是否开始进行服务迁移，若TSM与THO重合，则通知当前MEC服务器开始执行服务迁移，进入(4)执行，否则，不执行服务迁移，转(1)执行；
(4)当前MEC服务器在接收到开始执行服务迁移的消息后，与目标MEC服务器之间开始执行服务迁移；当服务迁移的预拷贝阶段结束时...

【专利技术属性】
技术研发人员：时岩，汤丁媛，陈山枝，王峰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11