一种基于移动性预测的边缘服务主动迁移方法技术

本发明专利技术公开了一种基于移动性预测的边缘服务主动迁移方法，属于移动边缘计算领域，具体为，基于由移动用户、边缘服务器和中心服务器组成的分层移动边缘计算网络；针对移动用户U，通过移动预测获得服务迁移的目标服务器；然后，判断移动设备接收到的端到端时延和接收信号强度指示等性能指标，是否满足服务质量要求，如果是，重新进行下一个目标服务器的预测；否则，移动用户U通知目标边缘服务器s

【技术实现步骤摘要】
一种基于移动性预测的边缘服务主动迁移方法


[0001]本专利技术属于移动边缘计算领域，具体是一种基于移动性预测的边缘服务主动迁移方法。

技术介绍

[0002]在移动边缘计算环境下，单个的边缘云服务器覆盖范围是有限的，当用户离开源边缘云的覆盖范围，用户在源边缘云上正在运行的服务质量(如移动设备和边缘云之间的端到端时延过长)将会严重下降，甚至可能产生中断。因此，保证边缘云的服务质量及连续性显得尤为重要。
[0003]服务迁移是保证边缘云服务连续性的重要方法，服务迁移是指将源边缘服务器上正在运行的服务迁移至新的目标边缘服务器上。服务迁移技术包括迁移决策和迁移实施两方面：
[0004]迁移决策包括迁移时间决策和迁移目标决策，主要决定正在运行的服务是否迁移、迁移至哪里、什么时间执行迁移；迁移的实施则需要决定如何实现服务的迁移过程，涉及的角色包括源边缘服务器、目标边缘服务器(迁移目标)，而迁移目标又是迁移决策研究的问题之一，因此，迁移目标决策是迁移实施的前提和基础，迁移决策和迁移实施紧密相关。
[0005]服务迁移的实施过程涉及虚拟化技术、通信切换和计算迁移等方面。
[0006]根据执行计算迁移和通信切换的先后关系，服务迁移技术分为被动式迁移和主动式迁移：
[0007]被动式迁移是指：通信切换发生之后执行计算迁移，即由通信切换触发计算迁移，大量文件的迁移会导致移动用户与边缘服务器之间的端到端时延和服务迁移时延过长；主动式迁移基于移动性预测预先获得服务迁移目标服务器，并在通信切换发生之前就开始执行计算迁移；
[0008]根据所采用的虚拟化技术，服务迁移可分为基于虚拟机的迁移和基于容器的迁移；
[0009]无论采用哪种虚拟化技术，迁移的实施都会给涉及迁移的角色带来负载，如源边缘云服务器、目标边缘云服务器和网络带宽资源等，在实时迁移的性能度量方面，以上相关研究主要采用服务迁移时间、服务停机时间作为度量指标。随着边缘计算和新型移动应用的发展，移动用户与边缘服务器之间的端到端时延(End to End,E2E)成为衡量服务质量的重要指标，因而也成为度量服务迁移性能的指标。
[0010]总的来说，服务迁移的实施涉及如下问题：第一，虚拟化技术的选择问题，由于虚拟机和容器主要区别在于，虚拟机安装在系统硬件之上，且依赖于虚拟机管理程序来管理系统资源。而容器通过操作系统虚拟化来实现，并且共享底层的操作系统内核。从这两种虚拟化技术的基本原理来看，容器减少了客户操作系统这一层级，所以更轻量化并且性能更高，更适用于时延敏感性应用服务迁移。第二，迁移方法的流程设计问题，存储数据迁移(硬
盘数据)、内存数据迁移是服务迁移需要解决的重要问题。其中存储数据迁移包括容器或者虚拟机的基础镜像文件，而内存数据迁移则需要将服务的所有运行状态数据(CPU状态、内存数据、设备等)迁移到目标服务器；但是由于虚拟机镜像文件比容器镜像文件大，并且内存数据文件的迭代复制拷贝也产生了大量的文件传输，容易导致过高的服务迁移时间和停机时间。
[0011]基于以上分析，容器更加适用于时延敏感型应用服务的迁移，而在容器的实时迁移方面，检查点/恢复是容器内存数据迁移常用的技术，其主要过程是将进程的内存状态保存到文件中，然后在目的地主机从检查点恢复进程。另一方面，容器具有分层的存储结构，其分层的结构涉及只读的基础镜像层和可读写的容器顶层(与应用相关的应用镜像层)等磁盘文件，这种分层的结构可以实现容器快速打包和迁移。
[0012]现有技术中，文献1：申请号为202210440772的一种基于轨迹预测的边缘计算服务迁移方法，根据轨迹预测结果选择最优转移服务器，减少因用户转移产生的用户等待服务迁移时间，并可根据迁移综合时间动态更新服务补救迁移。该方法基于移动轨迹预测获得迁移目标，并通过最优迁移基站的路径分数，确定最优服务迁移路径，以减少用户等待服务迁移时间；
[0013]文献2：申请号为201911417106的一种通信切换和服务迁移的联合移动性管理方法，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，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。该方法研究的是否执行服务迁移，以及如何执行服务迁移的过程，不限定具体的虚拟化技术，容器或虚拟机都适用，采用预拷贝的方法来进行服务迁移过程的决策；
[0014]文献3：申请号为201980082561的一种容器迁移方法，公开了在源计算设备和目的地计算设备之间迁移容器化软件包的技术。该方法提出不涉及MEC环境以及目的地计算设备如何选择的问题；
[0015]上述三个对比文献分别是基于移动性预测的、联合考虑通切换和计算迁移的、基于容器的服务迁移方法；各自存在以下缺点：
[0016]文献1根据用户移动的历史轨迹预测用户未来移动的目标轨迹，然后根据目标预测轨迹确定备选基站列表并获得最优迁移基站，确定最优服务迁移路径。与本专利技术的区别在于：
[0017](1)对于移动性的考虑不同：该专利技术利用用户的轨迹信息、位置信息确定用户的目标预测轨迹；本专利技术基于用户移动的历史轨迹预测获得用户移动的下一个位置，并将该位置所在的边缘服务器作为迁移的目标边缘服务器。
[0018](2)采用的服务迁移优化方法不同：该专利技术通过优化服务迁移的路径来优化服务迁移的时间；本专利技术的主要思想是利用容器的分层化存储特性来优化服务迁移的实施过程，从而优化服务迁移时间和端到端时延。
[0019]文献2首先对是否进行服务迁移进行决策，若需要则再预测服务迁移进入停机拷贝阶段的开始时刻，再结合通信切换、预拷贝等过程的时刻进行服务迁移过程的时间规划，以减少用户移动期间内服务总中断时间。与本专利技术的区别在于：
[0020](1)采用的虚拟化技术不同：该专利技术不限定具体的虚拟化技术，虚拟机或者容器都适用；本专利技术特指容器技术，并采用容器中的检查点恢复技术进行服务迁移流程的设计。
[0021](2)优化目标不同：该专利技术以服务中断时间为优化目标；本专利技术以优化用户和边缘服务器之间的端到端时延以及服务迁移时间为目标。
[0022]文献3公开了在源计算设备和目的地计算设备之间迁移容器化软件包的技术。该方法包括在目标设备处接收将当前在所述源设备上执行的源容器迁移到所述目的地设备的请求；还包括在所述目的地设备和所述源设备之间同步由所述源设备上的所述源容器利用的句柄列表，并在所述目的地设备中使用所述源设备上的所述源容器的镜像的副本、存储器快照和所同步的所述句柄列表来实例化目的地容器。与本专利技术的区别在于：
[0023](1)考虑的场景和软件管理不同：该专利技术考虑的是计算机网络下采用沙箱作为软件管理策略；本专利技术考虑的是移动边缘计算环境下，联合考虑通信切换以及容器的分层化存储特性进行服务迁移流程的设计。
[0024](2)容器迁移的目的不同：该发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于移动性预测的边缘服务主动迁移方法，其特征在于，具体包括：首先、搭建由移动用户、边缘服务器和中心服务器组成的分层移动边缘计算网络通信场景；针对移动用户U，通过该用户移动的历史轨迹数据预测获得下一个移动位置，并将该位置所在的边缘服务器设为服务迁移的目标服务器s
′
；然后、判断移动设备接收到的指示性能指标是否满足服务质量要求，如果是，重新进行下一个移动位置的预测，重新获取目标服务器；否则，移动用户U在时间片t处于源无线接入点b和边缘服务器s的覆盖范围内，通知目标边缘服务器s
′
预留容器，并将磁盘数据从源边缘云服务器s复制到目标边缘服务器s
′
；最后、使用检查点/恢复技术实现内存状态的数据迁移，使得边缘服务器s
′
为移动用户U提供服务；具体过程为：a.向源边缘服务器s和目标服务器s
′
发送迁移指令，在源边缘服务器s存储当前容器的内存数据，并将其拷贝到目标服务器s
′
上，同时源边缘服务器s上的容器中的应用程序继续运行；这段时间T
mem
取决于内存数据的大小S
f
、源边缘服务器s和目标边缘服务器s
′
之间的带宽B
ss
′
，即：T
mem
＝S
f
/B
ss
′
；b.当到达固定间隔时间后，再次存储容器的内存数据；将本次存储与上次存储的数据变化保存为增量内存状态数据f
d

【专利技术属性】
技术研发人员：时岩，赵旭辉，陈山枝，李志刚，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：