一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法和系统技术方案

一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法和系统，属于移动边缘计算技术领域，用以解决当前移动边缘计算环境下服务迁移面临的服务中断时间过长和网络负载过大的问题。本发明专利技术根据基于地图数据的MEC服务器节点预测方法准确预测MEC节点并提前同步数据，降低服务迁移时的服务中断时间，确保服务平滑迁移；进一步根据基于多层部署MEC节点的架构，满足高速移动环境下服务平滑迁移，减少服务中断的次数以及服务迁移产生的冗余流量，提升网络服务质量和用户体验质量。本发明专利技术为移动边缘计算环境下服务迁移工作提供一种可保障服务质量的、具有高扩展性的实用方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法和系统
本专利技术涉及移动边缘计算
，具体涉及一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法和系统。
技术介绍
随着智能设备的发展，越来越多的应用需要密集的计算资源和高能耗的实时处理，如人工智能(AI)、自动驾驶汽车、交互式游戏、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、智能监控系统等。然而，由于物理尺寸的限制，计算能力和能量容量有限的智能设备无法有效地支持应用，传统的解决方法是与远程的云中心合作，但该方法传输时延较大，给核心网络带来较大的负担，不适合低时延应用。应对这一挑战,移动边缘计算(mobileedgecomputing，MEC)作为一种新的计算模式,由欧洲电信标准协会(ETSI)在2014年提出，为用户设备在网络的边缘提供计算资源,以减少计算延迟和能源消耗的问题。MEC可以提高服务质量(QualityofService,QoS)和体验质量(QualityofExperience,QoE)。为了满足任务低延迟的要求，用户应该将任务卸载到距离用户最近的MEC服务器上，减少传输时延。然而，由于用户移动性和基站或WiFi热点覆盖范围有限，随着用户的移动，任务将被卸载到不同的MEC服务器上。当用户离开其原始位置时，有必要将其服务迁移到靠近当前用户位置的新MEC服务器上。为确保任务在不同MEC服务器之间迁移时服务的连续性，应在网络边缘采用一种有效的服务迁移方案，以实现无缝的服务迁移(即将服务中断时间最小化)。当前部分研究者基于服务热迁移过程中，数据可以分批次传输的特性，提出了基于移动预测进行服务迁移的方法，这种方法可以将大部分数据在发生服务迁移之前同步到目的服务器上，这样在发生服务迁移时只需要同步少部分的数据，从而降低服务中断的时间。当前基于移动预测进行服务迁移的研究工作主要集中在使用马尔可夫决策过程(MarkovDecisionprocess,MDP)来预测用户移动。这些方法存在复杂程度高，需要大量的先验知识，预测精度低，灵活性差，不能适应新的环境等问题，不能解决移动边缘计算环境服务平滑迁移的问题。同时，在服务迁移的过程中需要在MEC服务器之间同步大量数据，产生大量的网络数据造成网络拥塞，影响网络的服务质量。所以，当前移动边缘计算环境下服务迁移面临两个问题：服务中断时间过长和网络负载过大。
技术实现思路
鉴于以上问题，本专利技术提出一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法和系统，用以解决当前移动边缘计算环境下服务迁移面临的服务中断时间过长和网络负载过大的问题。根据本专利技术一方面，提出一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法，该方法包括以下步骤，步骤一、获取用户实时状态数据和任务延迟属性数据；步骤二、根据用户实时状态数据和任务延迟属性数据进行预测，获取预测的目标MEC服务器地址；其中，所述目标MEC服务器包括本地MEC服务器和区域MEC服务器；步骤三、将运行环境的映像文件数据和内存快照文件数据从源MEC服务器提前同步到预测的目标MEC服务器上，同时以固定时间间隔定期将脏内存数据从源MEC服务器同步到预测的目标MEC服务器上；其中，脏内存数据为源MEC服务器上的内存实时变化数据；步骤四、当检测到用户位置从源MEC服务器的服务范围切换到目标MEC服务器的服务范围时，源MEC服务器服务停止，并将未完成同步的脏内存数据从源MEC服务器同步到目标MEC服务器上；步骤五、目标MEC服务器接收到最新同步的脏内存数据后，利用映像文件数据和内存快照文件数据部署运行环境，完成服务迁移。进一步地，步骤一中所述用户实时状态数据包括位置数据、移动方向数据和移动速度数据；所述任务延迟属性数据包括网络时延、卸载任务时延要求和MEC服务器的剩余资源量。进一步地，步骤二的具体步骤包括：步骤二一、利用已知的MEC服务器分布图和数字地图数据，预先建立所有MEC服务器与道路之间的映射关系；步骤二二、根据用户位置数据和数字地图数据获取用户所在道路信息；步骤二三、根据移动方向数据、用户所在道路信息和映射关系获取目标MEC服务器地址。进一步地，步骤二三中还包括根据所述移动速度数据和所述任务延迟属性数据在获取的目标MEC服务器中选择合适的MEC服务器，若所述任务延迟属性高于预设延迟阈值，则选择区域MEC服务器；若所述任务延迟属性低于预设延迟阈值，则选择本地MEC服务器。进一步地，步骤二三中还包括根据预设节点距离阈值选择目标MEC服务器，若目标MEC服务器的服务范围在当前道路上的覆盖距离大于预设节点距离阈值，则保留选择；若小于预设节点距离阈值，则所述目标MEC服务器不被选择；其中，节点距离为MEC服务器覆盖范围在道路上覆盖的距离。根据本专利技术另一方面，提出一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移系统，包括云中心、边缘计算平台和用户端；其中，所述云中心包括数据存储模块，用于存储数字地图数据、MEC服务器分布图数据，以及运行环境的映像文件数据；数据获取模块，用于获取用户实时状态数据和任务延迟属性数据；预测模块，用于根据所述用户实时状态数据和任务延迟属性数据进行预测，获取预测的目标MEC服务器地址；调度模块，用于通知边缘计算平台进行服务迁移和通知用户端目标MEC服务器的IP地址；其中，用户实时状态数据包括位置数据、移动方向数据和移动速度数据；任务延迟属性数据包括网络时延、卸载任务时延要求和MEC服务器的剩余资源量；目标MEC服务器包括本地MEC服务器和区域MEC服务器；所述边缘服务平台包括服务迁移控制模块和文件同步管理模块；所述迁移控制模块用于管理运行环境的生命周期、检查点、状态、使用检查点文件恢复运行环境、跟踪运行环境内存变化；所述文件同步管理模块用于传输文件数据，并确保源MEC服务器和目标MEC服务器上的文件完全一致；其中，文件数据包括映像文件数据、内存快照文件数据和脏内存数据；所述用户端包括状态监控发送模块，用于实时跟踪用户位置、移动速度、移动方向的变化，并监控任务的延迟属性，当用户移动方向和移动距离超过预设阈值或移动速度发生变化时向云中心发送实时数据；网络模块，用于从云中心接收目标MEC服务器的IP地址，并配置和监控网络质量。进一步地，所述本地MEC服务器与无线电基站一起部署，其服务范围为无线电基站的覆盖范围；所述区域MEC服务器连接多个无线电基站。进一步地，所述预测模块中获取预测的目标MEC服务器地址的步骤包括：首先，利用已知的MEC服务器分布图和数字地图数据，预先建立所有MEC服务器与道路之间的映射关系；然后，根据用户位置数据和数字地图数据获取用户所在道路信息；最后，根据移动方向数据、用户所在道路信息和映射关系获取目标MEC服务器地址。进一步地，所述预测模块中获取预测的目标MEC服务器地址的步骤还包括：根据所述移动速度数据和所述任务延迟属性数据在获取的目标MEC服务器中选择合适的MEC服务器，若所述任务延迟属性高于预设延迟阈值，则选择区域MEC服务器；若所述任务延迟属性低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法，其特征在于，包括以下步骤，/n步骤一、获取用户实时状态数据和任务延迟属性数据；/n步骤二、根据用户实时状态数据和任务延迟属性数据进行预测，获取预测的目标MEC服务器地址；其中，所述目标MEC服务器包括本地MEC服务器和区域MEC服务器；/n步骤三、将运行环境的映像文件数据和内存快照文件数据从源MEC服务器提前同步到预测的目标MEC服务器上，同时以固定时间间隔定期将脏内存数据从源MEC服务器同步到预测的目标MEC服务器上；其中，脏内存数据为源MEC服务器上的内存实时变化数据；/n步骤四、当检测到用户位置从源MEC服务器的服务范围切换到目标MEC服务器的服务范围时，源MEC服务器服务停止，并将未完成同步的脏内存数据从源MEC服务器同步到目标MEC服务器上；/n步骤五、目标MEC服务器接收到最新同步的脏内存数据后，利用映像文件数据和内存快照文件数据部署运行环境，完成服务迁移。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤一、获取用户实时状态数据和任务延迟属性数据；
步骤二、根据用户实时状态数据和任务延迟属性数据进行预测，获取预测的目标MEC服务器地址；其中，所述目标MEC服务器包括本地MEC服务器和区域MEC服务器；
步骤三、将运行环境的映像文件数据和内存快照文件数据从源MEC服务器提前同步到预测的目标MEC服务器上，同时以固定时间间隔定期将脏内存数据从源MEC服务器同步到预测的目标MEC服务器上；其中，脏内存数据为源MEC服务器上的内存实时变化数据；
步骤四、当检测到用户位置从源MEC服务器的服务范围切换到目标MEC服务器的服务范围时，源MEC服务器服务停止，并将未完成同步的脏内存数据从源MEC服务器同步到目标MEC服务器上；
步骤五、目标MEC服务器接收到最新同步的脏内存数据后，利用映像文件数据和内存快照文件数据部署运行环境，完成服务迁移。


2.根据权利要求1所述一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法，其特征在于，步骤一中所述用户实时状态数据包括位置数据、移动方向数据和移动速度数据；所述任务延迟属性数据包括网络时延、卸载任务时延要求和MEC服务器的剩余资源量。


3.根据权利要求2所述一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法，其特征在于，步骤二的具体步骤包括：
步骤二一、利用已知的MEC服务器分布图和数字地图数据，预先建立所有MEC服务器与道路之间的映射关系；
步骤二二、根据用户位置数据和数字地图数据获取用户所在道路信息；
步骤二三、根据移动方向数据、用户所在道路信息和映射关系获取目标MEC服务器地址。


4.根据权利要求3所述一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法，其特征在于，步骤二三中还包括根据所述移动速度数据和所述任务延迟属性数据在获取的目标MEC服务器中选择合适的MEC服务器，若所述任务延迟属性高于预设延迟阈值，则选择区域MEC服务器；若所述任务延迟属性低于预设延迟阈值，则选择本地MEC服务器。


5.根据权利要求3或4所述一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移方法，其特征在于，步骤二三中还包括根据预设节点距离阈值选择目标MEC服务器，若目标MEC服务器的服务范围在当前道路上的覆盖距离大于预设节点距离阈值，则保留选择；若小于预设节点距离阈值，则所述目标MEC服务器不被选择；其中，节点距离为MEC服务器覆盖范围在道路上覆盖的距离。


6.一种基于移动预测和多层服务部署的服务迁移系统，其特征在于，包括云中心、边缘计算平台和用户端；其中，
所述云中心包括数据存储模块，用于存储数字地图数据、MEC服务器分布图数据，以及运行环境的映像文件...

【专利技术属性】
技术研发人员：何慧，杨润，张伟哲，方滨兴，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23