CN108881439A - 一种车联网中移动边缘计算实施方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种车联网中移动边缘计算方法，包括步骤：步骤1，车载终端经由基站将数据包发送到移动边缘计算服务器；步骤2，所述移动边缘计算服务器判断所述数据包是否为车联网数据，如果是非车联网数据则将所述数据包发送到核心网进行处理，如果是车联网数据则通过移动边缘计算服务器对所述数据包进行处理后通过基站发送至特定的车载终端。利用本发明可解决车联网中网络时延过高和网络负荷过大等问题，通过把移动边缘计算服务器部署到汇聚机房，利用服务器上的流量分流网关针对不同类型的数据进行不同目的地址的转发，使得车联网信息在网络边缘处理，从而提升网络质量。

Description

一种车联网中移动边缘计算实施方法及系统
技术领域
本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种车联网中移动边缘计算实施方法及系统。
背景技术
移动边缘计算是由ETSI(欧洲电信标准化协会)提出的在网络边缘增加智能和计算单元，使得业务本地化、近距离部署成为可能的一项新技术。移动边缘计算诞生的目的是为了解决云计算因终端资源有限问题而带来的网络负荷与传输时延，所以它被设计之初就具有高带宽、低时延等特点。移动边缘计算在无线接入侧部署服务器来为移动网络边缘提供IT服务环境和云计算能力，使得业务本地化、近距离部署称为可能，能够更好地支持高带宽、低时延业务。同时，移动边缘计算可以通过感知无线网络上下文来实现与集中化云计算平台相辅相成、互相补充，以降低传输网络的压力，让网络运营商能够于基站侧快速处理信息，实现差异化服务，提升用户体验。
随着我国经济社会持续快速发展，我们车辆保有量持续增长，截止至2017年底，全国汽车保有量达到2.17亿辆，并将在未来持续快速增长。另一方面，随着人们对便捷出行的需求，以及物流行业的快速发展，人类社会对采用车辆的长途、短途交通运输的需求也正在快速增长。我国公路交通运输面临着道路拥堵、货运成本高、安全难以保障等严峻挑战。车联网可以实现道路危险预警，减少道路拥堵并提升智能交通的安全性，同时还能提供如寻找车辆位置、停车位导航等增值服务。超视距的信息交互使得智能交通变得更加安全和高效，但于此同时带来的巨大数据量是当前网络所不能承受的；除此之外，虽然LTE网络已经能将时延控制在100ms以下，但对于高速行驶的车辆还是存在着很大的危险性。分析LTE网络结构可以看到，核心网和接入网之间往往有几公里甚至几十公里的物理距离，无论怎么去优化网络始终绕不开这一段冗长的物理距离。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种车联网中移动边缘计算方法及系统，涉及移动边缘计算相关技术，尤其是将移动边缘计算与车联网相结合，充分发挥了移动边缘计算高带宽低时延的技术特点。
根据本发明的一个方面，提出一种车联网中移动边缘计算方法，该方法包括以下步骤：步骤1，车载终端经由基站将数据包发送到移动边缘计算服务器；步骤2，所述移动边缘计算服务器判断所述数据包是否为车联网数据，如果是非车联网数据则将所述数据包发送到核心网进行处理，如果是车联网数据则通过移动边缘计算服务器对所述数据包进行处理后发送至相应基站，再由基站发送至特定的车载终端。
根据本发明的另一方面，提出一种车联网中移动边缘计算系统，该系统包括：车载终端，用于发送车联网数据或非车联网数据；基站，用于在车载终端与移动边缘计算服务器之间传送数据；移动边缘计算服务器，用于对所述车联网数据进行处理，将处理后的车联网数据通过基站发送给车载终端，并且将非车联网数据发送给核心网进行处理。
本发明基于移动边缘计算相关研究，参考现网主要架构，针对车联网中大数据量和低时延要求提出了移动边缘计算服务器在现网当中部署位置和具体架构、数据传输流程，通过流量分流网关进行流量分流，然后经解包后把车联网数据发送至平台处理，反馈信息也由相同链路传送回终端。此架构下的移动边缘计算服务器，不会对现网产生任何影响，同时还解决了车联网带来的网络负荷增加与时延过高等问题，能很大程度上优化车联网网络质量。
附图说明
图1为本发明一种车联网中移动边缘计算实施方法流程图。
图2为本发明一种车联网中移动边缘计算实施方法结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明针对车联网中部署移动边缘计算服务器提出了一种方法，包括移动边缘服务器实际部署位置及其具体架构和数据传输流程，以解决车联网中网络时延过高和网络负荷过大等问题。本发明通过把移动边缘计算服务器部署到汇聚机房，利用服务器上的流量分流网关针对不同类型的数据进行不同目的地址的转发，使得车联网信息在网络边缘处理，从而提升网络质量。
图1为本发明车联网中移动边缘计算方法的流程图，参照图1，该方法包括以下步骤：
步骤1，将移动边缘计算服务器部署于汇聚机房，使得移动边缘计算服务器能够同时服务多个基站。
移动边缘计算服务器是指基于DPDK(数据平面开发套件)研发的包含流量分流网关(TOF)、GTP网关(GTP-GW)和应用平台(APP platform)的服务器，其中TOF用于将车联网数据和非车联网数据分流，使车联网数据在移动边缘计算服务器上处理，GTP-GW完成GTP解包、封包工作，APP platform用于运行具体应用实现不同功能。
将移动边缘计算服务器部署于汇聚机房，一个移动边缘计算服务器可服务多个基站，从而降低实际部署成本，增加数据传输效率。汇聚机房用于在网络中负责将本地业务节点连接到骨干节点，可覆盖至少2k-5k平方米的范围。移动边缘计算服务器服务的基站数量可取决于该汇聚机房可覆盖范围内基站的数量。
步骤2，车载终端与车内智能控制模块连接，车载终端与车内智能模块之间能够传输数据。
车载终端用于发送车载数据和接收基站信息，例如可以是工业级4G路由器。车内智能模块是指与车辆智能驾驶相关的功能模块，如双目摄像头、激光雷达等设备。车载终端与车内智能模块之间可通过CAN总线协议传输数据。
步骤3：在车载终端入网之前根据源IP地址对车联网数据和非车联网数据进行区分。
车联网数据只会来自于若干个固定IP的车载终端，因此具有这些IP的终端被认为发送的数据是车联网数据，来自其他终端发送的数据被认为是非车联网数据，因此可通过识别车载终端的IP来确定数据是否为车联网数据。车联网数据是指与车辆行驶、路况、控制等相关信息的统称。非车联网数据是指除车联网数据以外的基站能接收的数据。
步骤4，车载终端将数据包发送至基站，基站将数据进行GTP封包，然后发送至TOF。
TOF设置在移动边缘计算服务器中，实现了现网中类似于服务网关(SGW)的功能，对数据包进行基础解包、匹配源IP后进行数据包转发。但是TOF作为在网络结构中加入的新的网络单元，需要设计该网络单元与其他网络单元之间进行通信的新的接口。作为一种可选方案，参照图2，可将S1-U细化扩展为S1-U-M(作为基站与TOF之间的通信接口)和S1-U-S(作为TOF与SGW之间的通信接口)，这样能够实现TOF针对不同数据包的转发功能。另外，将S1-MME扩展为S1-C(作为移动管理实体MME与基站之间的通信接口)与S1-C-M(作为MME与TOF之间的通信接口)从而实现MME与基站及移动边缘计算服务器的控制面信令交互。
因为新增加的移动边缘计算服务器将车联网数据在本地处理，也就是直接通过移动边缘计算服务器进行处理，则这部分数据也就不再传送至核心网，如不设计新的计费接口，就会产生计费偏差。所以，如需对车辆网数据进行计费，可仿造LTE中Gx接口在TOF与PCRF之间设计一个新的接口，实现对发送至移动边缘计算服务器的数据进行计费。
步骤5，移动边缘计算服务器中TOF对收到的数据包进行基础解包，解包后查看数据的源IP是否为传输车联网数据的车载终端IP，如果匹配成功，则将该数据识别为车联网数据，发送至GTP-GW，执行步骤7，否则转到步骤6。
在该步骤，基础解包是指TOF会执行GTP拆包功能，直到能够解析出数据包的源IP地址。
步骤6：如果TOF解包后IP匹配失败，则判断数据为非车辆网数据，TOF将数据包封为GTP包后转发至SGW，转到步骤9。
步骤7：GTP-GW将从TOF传送过来的数据包进一步解包，解GTP包流程与现网相同，然后将解包后的数据发送至APP platform。
步骤8：APP platform处理完车联网数据后，将反馈信息，例如全局信息、信令信息等发送至GTP-GW进行GTP封包，然后发送至TOF，转到步骤10。
APP platform从TOF收到车联网数据后，根据应用平台上不同的应用从车联网数据提取需要的数据进行数据分析、处理并生成反馈结果。
步骤9：根据现网数据处理流程，在SGW和PDN网关(PGW)之间传送控制面信息和用户面数据，交由核心网内部或者外部服务器去响应这部分非车联网数据，然后经由PGW进行GTP封包后传送至SGW再发送到TOF，转到步骤10。
步骤10：TOF分别将接受到的GTP包通过匹配发送到相应基站，基站再对GTP解包后发送到接收反馈信息的的车载终端。
应用实例1
车辆搭载的双目摄像头、激光雷达等智能视频采集设备将采集到的图像信息由车载终端经基站、TOF、GTP-GW最终发送至APP platform。APP platform中部署视频处理应用，会针对车辆采集的路况信息进行分析、处理并决定车辆下一步行为。此类应用会根据预测的行为生成控制信息，经GTP-GW、TOF、基站发送至车载终端，然后车载终端通过CAN总线协议控制将车辆控制信息发送至车辆控制器，控制车辆行为。此应用场景省略了车载工控机，将车辆采集到的路况信息交给边缘云集中处理，以边缘云服务器处理代替单个工控机的方式，在缩减了车联网成本的同时极大地提高了数据的处理能力和效率。
应用实例2
车辆在行驶过程中会不断地将实时的路况信息发送至APP platform，所以在APPplatform中可以得到路况的全局信息，通过决策算法可以规划出车辆行驶的最优路线，并通过网络将路径规划信息下发到车载终端使得网络中的车辆按照最优路线行驶，从而躲避拥堵。
本发明还提出一种实现上述方法的车联网中移动边缘计算系统，该系统包括：车载终端，用于发送车联网数据或非车联网数据；基站，用于在车载终端与移动边缘计算服务器之间传送数据；移动边缘计算服务器，用于对所述车联网数据进行处理，将处理后的车联网数据通过基站发送给车载终端，并且将非车联网数据发送给核心网进行处理。
其中移动边缘计算服务器包括流量分流网关TOF、GTP网关GTP-GW以及移动边缘应用平台APP platform，TOF用于将车联网数据和非车联网数据分流，使车联网数据在移动边缘计算服务器上处理，将非车联网数据发送到核心网进行处理，GTP-GW完成GTP解包、封包，APP platform用于运行具体应用实现不同功能。
首先，车载终端将数据包发送至基站，基站进行GTP封包后发送至TOF，TOF将收到的数据包进行GTP基础解包、匹配源IP地址，如果源IP匹配失败，则将数据包重新封GTP包后发送至核心网中的服务网关SGW，然后根据现网数据处理流程，对GTP包进行解包，得到数据并处理完成后再封包经由SGW发送至TOF，TOF将收到的GTP数据包发送至基站，基站进行GTP解包后发送至车载终端。
如果源IP匹配成功则表明为车联网数据，则TOF将车联网数据转发至GTP-GW，GTP-GW对接收到的车联网数据进行GTP解包，得到车联网数据，然后把数据转发至APPplatform，APP platform将处理完的数据发送至GTP-GW，然后进行GTP封包后发送至TOF，TOF将收到的GTP数据包发送至基站，基站进行GTP解包后发送至车载终端。
在该系统中，将S1-U细化扩展为S1-U-M作为基站与TOF之间的通信接口，以及S1-U-S作为TOF与SGW之间的通信接口，将S1-MME扩展为S1-C作为移动管理实体MME与基站之间的通信接口，以及S1-C-M作为MME与TOF之间的通信接口。
因为新增加的移动边缘计算服务器将车联网数据发送给了移动边缘计算服务器，这部分数据也就不再传送至核心网，如不设计新的计费接口，就会产生计费偏差。所以，如需对车辆网数据进行计费，可仿造LTE中Gx接口在TOF与PCRF之间设计一个新的接口，实现对发送至移动边缘计算平台的数据进行计费。本发明的一种车联网中移动边缘计算实施方法优点在于：缩短了服务器与终端之间的物理距离，降低了网络时延，提供了车联网专用服务器，减轻了网络负荷，能够极大地优化车联网的网络质量，为车联网的未来发展铺平了道路。利用本发明的方法通过在汇聚节点部署移动边缘计算服务器可以将时延减少至10ms以下。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车联网中移动边缘计算实施方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，车载终端经由基站将数据包发送到移动边缘计算服务器；
步骤2，所述移动边缘计算服务器判断所述数据包是否为车联网数据，如果是非车联网数据则将所述数据包发送到核心网进行处理，如果是车联网数据则通过移动边缘计算服务器对所述数据包进行处理后通过基站发送至特定的车载终端。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动边缘计算服务器包括流量分流网关TOF、GTP网关GTP-GW以及移动边缘应用平台APP platform，TOF用于将车联网数据和非车联网数据分流，使车联网数据在移动边缘计算服务器上处理，将非车联网数据发送到核心网进行处理，GTP-GW完成GTP解包、封包，APP platform用于运行具体应用实现不同功能。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
步骤1进一步包括：车载终端将数据包发送至基站，基站进行GTP封包后发送至TOF；
步骤2进一步包括：TOF将收到的数据包进行GTP基础解包，通过匹配源IP地址判断所述数据包是否为车联网数据，如果源IP匹配失败，则将数据包重新封GTP包后发送至核心网，如果匹配成功则发送至GTP-GW，GTP-GW对接收到的车联网数据进行GTP解包得到车联网数据，然后把数据转发至APP platform，APP platform将处理完的数据发送至GTP-GW，进行GTP封包后发送至TOF，TOF将收到的GTP数据包发送至基站，基站进行GTP解包后发送至对应的车载终端。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2进一步包括：对于非车联网数据，核心网对数据处理之后再发送到TOF，TOF将收到的数据包发送至基站，基站进行GTP解包后发送至对应的车载终端，其中移动边缘计算服务器通过匹配终端工P识别接收到的数据是否为车联网数据。
5.根据权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括步骤：
将S1-U细化扩展为S1-U-M作为基站与TOF之间的通信接口，以及S1-U-S作为TOF与SGW之间的通信接口，将S1-MME扩展为S1-C作为移动管理实体MME与基站之间的通信接口，以及S1-C-M作为MME与TOF之间的通信接口。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，仿造LTE中Gx接口作为在TOF与PCRF之间的接口，以对发送至移动边缘计算服务器的数据进行计费。
7.一种车联网中移动边缘计算实施系统，该系统包括：
车载终端，用于发送车联网数据或非车联网数据；
基站，用于在车载终端与移动边缘计算服务器之间传送数据；
移动边缘计算服务器，用于对所述车联网数据进行处理，将处理后的车联网数据通过基站发送给车载终端，并且将非车联网数据发送给核心网进行处理。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述移动边缘计算服务器包括流量分流网关TOF、GTP网关GTP-GW以及移动边缘应用平台APP platform，TOF用于将车联网数据和非车联网数据分流，使车联网数据在移动边缘计算服务器上处理，将非车联网数据发送到核心网进行处理，GTP-GW完成GTP解包、封包，APP platform用于运行具体应用实现不同功能。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，S1-U被细化扩展为S1-U-M作为基站与TOF之间的通信接口，以及S1-U-S作为TOF与SGW之间的通信接口，S1-MME被扩展为S1-C作为移动管理实体MME与基站之间的通信接口，以及S1-C-M作为MME与TOF之间的通信接口。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，仿造LTE中Gx接口作为在TOF与PCRF之间的接口，以对发送至移动边缘计算服务器的数据进行计费。
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