一种通信切换和服务迁移的联合移动性管理方法转让专利
申请号 : CN201911417106.0
文献号 : CN111132253B
文献日 : 2021-03-30
发明人 : 时岩 , 汤丁媛 , 陈山枝 , 王峰
申请人 : 北京邮电大学
摘要 :
权利要求 :
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,只在通信切换时刻,进行目标接入点的通信切换,然后转(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,当前MEC服务器通知服务迁移管理实体并进入服务迁移停机拷贝阶段;
(5)服务迁移管理实体在接收到预拷贝阶段结束的消息后,通知切换管理实体;切换管理实体通知当前接入点进行通信切换。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的切换管理实体和服务迁移管理实体部署在同一个物理设备实体上或者不同的物理实体上;所述的物理实体包括移动终端、无线接入点、MEC服务器、以及集中式移动性管理实体。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的方法,当前接入点与目标接入点进行通信切换时,当前MEC服务器与目标MEC服务器处于服务迁移停机拷贝阶段。
4.根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于,所述的方法,在当前MEC服务器与目标MEC服务器完成服务迁移停机拷贝后,目标MEC服务器通知服务迁移管理实体;服务迁移管理实体告知切换管理实体服务实例位置;切换管理实体将服务实例位置告知当前接入点,恢复UE和服务实例之间的通信。
5.根据权利要求1或3所述的方法,其特征在于,所述的方法,在当前MEC服务器与目标MEC服务器之间完成服务迁移后,目标MEC服务器通知服务迁移管理实体;服务迁移管理实体通知源MEC服务器,以释放服务占用的资源。
说明书 :
一种通信切换和服务迁移的联合移动性管理方法
技术领域
背景技术
理关键技术问题。
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。
(Mobile Edge Computing,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,Fog Computing)、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。
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。
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。
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。
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。
进行,由此会带来短暂的服务中断。
处理,由此会带来一段时间的服务中断。
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。
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。
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。但该方案未考虑服务数据同步(数据迁移)需要的时间,导致切
换完成后无法尽快进行停机拷贝,这段时间内服务质量不佳。
问MEC-A中的服务,在需要进行切换时,网关GW-B根据相关信息判断是否需要进行服务迁
移,如果需要的话,首先进行服务路径修改,其次进行服务迁移。但该方案重点在保持服务
的连续性,在即将发生切换时,由网关判断是否需要进行服务迁移,未考虑服务中断时间的
问题。
RNIS(无线电网络信息服务)信息检测的切换请求,判断是否需要进行服务迁移,如果不需
要进行迁移则仅更新服务路由信息。如果需要进行服务迁移,则将正在运行的服务器移动
到目标边缘服务器中。该方案为边缘服务的管理方案,未考虑切换及服务迁移带来的服务
中断时间。
发明内容
多个可能目标进行同步,增大网络开销,或者未明确切换时间,导致通信切换和服务停机拷
贝开始时刻无法重合。本发明的目的是结合服务迁移预测以及用户移动性预测,通过明确
切换和服务迁移的时序关系,提供了一种通信切换和服务迁移的联合移动性管理方法,以
减少服务总中断时间,并提高用户服务质量。
括切换目标接入点和切换触发时刻的决策;服务迁移由服务迁移管理实体进行管理,包括
服务迁移的目标服务器和迁移操作时序的决策。切换管理实体和服务迁移管理实体均为逻
辑功能实体,在实际部署中,可以根据网络架构、设计思想的不同,采取不同的物理部署方
案。
接入点信号质量。
时刻以及目标接入点。切换管理实体向服务迁移管理实体发送相关信息,所述信息包括通
信切换时刻、目标接入点等。
机拷贝阶段的开始时刻。若该时刻和切换管理实体发送的切换时刻重合,则进行服务迁移,
继续执行步骤4;否则,表示当前不进行服务迁移,转步骤1继续执行。
段。服务迁移管理实体将通知切换管理实体。
户可以通过接入点访问运行在MEC服务器中的服务实例。
移管理实体在服务迁移结束后,将通知源MEC服务器释放服务占用的计算、存储等资源。
服务停机拷贝开始时刻重合,从而降低由通信切换以及服务迁移产生的服务总中断时间,
提升服务质量。(2)本发明为了保证通信切换时刻和服务停机拷贝开始时刻重合,利用服务
预拷贝阶段持续时间预测以及用户移动性预测,预测服务停机拷贝开始时刻以及通信切换
触发时刻,从而保证两个时刻尽可能地重合。(3)本发明提出了切换管理实体以及服务迁移
管理实体,分别用于管理通信切换以及服务迁移。引入这两个逻辑功能实体,可以更好地协
调通信切换以及服务迁移之间的时序关系。
附图说明
具体实施方式
户服务质量和服务体验。如图4所示,如果通信切换触发时刻和服务迁移停机拷贝触发时刻
重合在一起,那么对于用户来讲,服务总中断时间将会是切换引起的服务中断和服务迁移
引起的服务中断中间的最大值。一般情况下,服务迁移引起的服务中断时间更长。并且在这
种情况下,服务迁移完成后可以直接通过新接入点为用户提供服务,享受较低的服务时延。
那么,如何保证切换开始时刻和服务停机拷贝阶段开始时刻的重合是当前MEC环境中移动
性管理面临的重要挑战。
进行服务数据同步会造成数据的重复传输,浪费网络带宽,过晚进行服务数据同步,导致在
执行通信切换时服务数据同步尚未完成,两个时刻无法重合在一起,无法最小化用户的服
务总中断时间。
迁移,在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。两个时刻的重合,可以减少用户的服务总中断时间,提升服务质量。
目标接入点和切换触发时刻的决策。服务迁移管理实体,用于服务迁移管理,包括服务迁移
的目标服务器和迁移操作时序的决策。切换管理实体和服务迁移管理实体在实际部署中,
可以根据网络架构、设计思想的不同,采取不同的物理部署方案。例如,可以部署在移动终
端,采用终端/用户控制的移动性管理;也可以部署在网络侧设备中,采用终端/用户辅助、
网络控制的移动性管理;可以部署在网络边缘的无线接入点/MEC服务器,采用分布式移动
性管理;也可以部署在网络中区域性或全局的集中式网络管理实体上,采用集中式移动性
管理。另外,切换管理实体和服务迁移管理实体可以合并部署在同一个物理设备实体上,也
可以分开部署在不同的物理实体上。
并周期性地将位置信息、相邻小区信号质量等上报给接入点A。
务迁移管理实体,由服务迁移管理实体进行服务迁移管理。
实体根据接入点位置分布信息、用户位置信息、相邻接入点信号质量等信息,基于用户当前
移动性信息以及历史移动信息,通过移动性预测算法,挖掘用户关于位置变化、移动速度等
的移动规律,进而预测用户下一次执行通信切换的时刻THO。切换管理实体同样需要对切换
目标接入点做出决策,即结合相关信息确定UE的目标接入点。本发明实施例中,切换管理实
体根据用户接收到的相邻接入点信号质量来选择合适的目标接入点。
4、切换管理实体将预测结果信息发送至服务迁移管理实体。
刻和切换管理实体发送的通信切换时刻重合,则执行步骤四,开始进行服务迁移。
能否会受益于此次服务迁移,即服务迁移之后用户能享受到更低的服务时延,如果是则进
行服务迁移,否则,不执行服务迁移。由于边缘服务的提出就是为了近距离地为用户执行服
务,以带来更低的时延。因此运行在服务器中的服务实例通常需要跟随用户进行迁移。
发明并不限定服务预拷贝阶段持续时间的预测方法。例如基于脏页率进行预拷贝阶段时间
预测、基于带宽信息进行预拷贝阶段时间预测等。本发明实施例中,计算每一轮迭代传输所
需要的时间,为当前轮次需要传输的总页面数据量除以服务器之间的可用带宽。而服务预
拷贝阶段持续的时间,即服务预拷贝阶段持续时间tm为每一轮迭代传输所需时间相加,tm的
计算公式为:
定的,服务器之间的带宽通常不会有很大波动,因此可以对服务预拷贝阶段持续时间进行
简单的预测从而得到服务停机拷贝阶段开始时刻TSM。
合,从而使得总的服务中断时间最短。当预测的通信切换时刻THO晚于服务停机拷贝开始时
刻TSM时,表示当前不需要进行服务迁移,当TSM和THO相等时,开始执行服务预迁移,进入步骤
四执行。
测服务停机拷贝开始时刻TSM,判断该时刻TSM和切换时刻THO是否相等;如果两个时刻重合,
则认为需要现在执行服务迁移,以保证通信切换和服务迁移停机拷贝开始时刻重合,即服
务迁移进入停机拷贝阶段的时刻同时执行通信切换。
入点的通信切换。
器发送确认信息;
停机拷贝阶段结束后进入后拷贝阶段,后拷贝阶段结束后服务迁移完成。
据等信息决定。在服务停机拷贝阶段内,服务实例在任意一台服务器中均未运行,因此无法
为用户提供相应服务,从而会产生一段时间的服务中断。
留相关资源,准备接收服务数据,向MEC-A回复确认。MEC-A收到来自MEC-B的确认消息后,开
始进行服务迁移,进入预拷贝阶段。
执行通信切换。
互,从而产生一段时间的服务中断。
进入停机拷贝阶段;切换管理实体通知接入点A进行通信切换;MEC-A和MEC-B进入服务停机
拷贝阶段。接入点A接收到来自切换管理实体发出的切换命令后,向接入点B同步用户上下
文信息,同步完成后通知UE进行切换。
理实体将服务实例位置信息告知当前接入点,恢复用户和服务实例之间的通信。
服务实例之间的通信,通过接入点B访问MEC-B上的服务。
及服务迁移的联合移动性管理。