CN112567715A - 用于边缘计算的应用迁移机制 - Google Patents

Abstract

应用迁移是边缘计算的独特特征，所述特征通过底层移动网络在边缘计算主机上或在边缘计算主机和云计算之间支持应用实例的重定位。在L2网络的支持下实现激活‑备用模式应用实例，应用迁移可以以低延迟切换时间实现服务连续性。在边缘计算平台和管理的控制下，可以在边缘计算主机的数据面中实现应用迁移机制。也可以在5G网络中的用户面功能的L2交换功能中实现应用迁移机制。

Description

用于边缘计算的应用迁移机制

相关应用的交叉引用

本专利文档要求2018年4月7日提交的No.PCT/CN2018/082100国际申请的优先权。上述专利申请的全部内容作为本文档公开的一部分以引用方式并入。

技术领域

本专利文档涉及边缘计算，特别是涉及边缘计算系统中用于支持应用迁移的技术。

背景技术

本专利文档涉及一种支持应用迁移的机制，该机制用于通过有线或无线的远程通信网络将用户或应用的上下文转移，和/或将应用实例重新定位到另一个边缘计算主机。边缘计算是网络边缘处的计算环境，用于为运行的应用提供共享的计算资源、数据存储和/或其他功能或服务。与云计算资源相比，边缘计算资源位于接入通信网络的边缘，以减少传输延迟并为最终消费者提供更好的互联网服务的服务质量(QoS)。

发明内容

本专利文档描述了当用户设备(UE)移动到底层网络中的新服务区域时，支持在边缘计算主机上运行的应用迁移到另一主机的方法和技术。

在一个示例方面，一种应用迁移方法提供了一种机制，该机制在不同边缘计算主机上以同步操作状态操作相同应用的两个或更多个实例(例如，通过在多个边缘计算主机中形成镜像的应用实例)。

在另一个示例方面，一种应用迁移方法提供了一种机制，该机制将运行在不同边缘计算主机上的镜像的应用实例设置为至少两种模式(激活模式和备用模式)中的一种。只有激活模式应用实例向UE客户端交付服务，而一个或多个备用模式应用实例则可以以同步操作状态从UE客户端或激活应用实例接收信息。

在另一个示例方面，经由在运行在不同边缘计算主机上的相同应用的不同实例之间建立相同的IP和上层协议来提供支持应用迁移的方法，从而消除在应用重定位期间重新绑定上层协议的必要性。

在另一个示例方面，通过第2层(L2)交换网络提供了一种支持应用迁移的方法，以控制第2层分组的传递，以用于向与应用实例相关联的上层协议提供透明度，并减少边缘计算主机之间的应用重定位的延迟。

在另一个示例方面，提供了一种经由第2层交换网络的应用迁移的方法，以支持对来自运行在不同边缘计算主机上的多个不同应用实例的服务进行链接，并将最终的链接服务交付给最终用户。

在一个示例方面，提供了一种通过第2层交换网络的应用迁移的方法，以支持通过分配运行在不同边缘计算主机上的多个应用实例来提高应用的服务能力。

在又一个示例方面，通过在5G网络的用户面功能(UPF)中实现第2层交换网络功能，提供了一种支持应用迁移的方法。

在又一个示例方面，公开了一种装置，该装置包括编程以实现本文所述的一种或多种方法的处理器。

在又一个方面，这些方法可以以存储在计算机可读程序介质上的计算机可执行代码的形式来体现。当由处理器执行时，该代码使得处理器实现所公开的技术中的一种或多种。

附图、说明书和权利要求书中阐述了上述方面及其实施方式和其他特征的细节。

附图说明

图1A示出了用于运行在云计算和/或边缘计算系统上的互联网服务的无线通信网络架构的示例。

图1B示出了用于通过5G网络运行在云计算和边缘计算系统上的互联网服务的网络架构的示例。

图2示出了具有多个边缘计算主机以支持应用迁移的边缘计算架构的示例。

图3示出了与云计算交互的边缘计算架构的示例。

图4示出了激活和备用应用实例化过程的示例。

图5示出了通过L2网络的激活和备用应用实例切换的示例。

图6示出了部署在5G网络中的边缘计算主机的示例。

图7示出了通过L2桥接网络的激活和备用应用实例切换的示例。

图8示出了通过经由L2交换网络的应用迁移的服务链接的示例。

图9是用于无线通信的示例方法的流程图。

图10是用于无线通信的示例方法的流程图。

图11是用于无线通信的示例方法的流程图。

图12是示出示例通信装置的一部分的框图。

具体实施方式

本文档描述了由于底层承载网络中的用户设备的移动和/或平衡边缘计算主机之中的计算负载而用于支持边缘计算环境中的应用迁移的技术、机制、设备和系统。

边缘计算是一种可以位于分组数据通信网络的接入点或网关的计算环境。边缘计算为服务提供商提供计算资源、存储资源和其他资源的共享环境，以在终端用户附近运行应用，以提供最佳的服务体验。与云计算相比，部署在更靠近终端用户设备(UE)的边缘计算可以提供具有更低延迟和更好的服务质量(QoS)的服务。

边缘计算系统可以基于虚拟化(例如网络功能虚拟化(NFV)或基于容器的技术)实现。虚拟化的概念是封装底层承载网络、计算硬件和各种存储的复杂性，并为应用提供统一的软件接口。因此，边缘计算系统可以使用计算资源的一组通用应用编程接口(API)来支持互联网应用的运行，而不管计算或电信资源的硬件基础设施是什么。

边缘计算系统可以提供平台即服务(PaaS)模型，其以若干基本服务(如边缘计算启用、无线电和传输网络信息服务、定位服务和应用流量路径变化检测服务等)为特色。另外，边缘计算系统可以提供应用迁移作为本创新中发明的服务，以允许运行在边缘计算上的应用根据它们的需要订阅这一服务。

所公开的技术可以体现在一种方法中，该方法通过应用迁移服务提供一种机制来预测应用将被重新定位到的一个或多个潜在目标边缘计算主机。

所公开的技术可以体现在一种应用迁移方法中，该方法提供一种机制，该机制将运行在不同边缘计算主机上的应用实例配置成镜像的实例，以支持服务连续性。

在一个示例方面，经由在多个EC主机处实例化两个或更多个相同的应用，并使一个应用实例处于激活状态以服务于UE应用客户端，并使其他应用实例处于备用状态来提供一种支持应用迁移的方法，所述备用的应用实例的应用上下文和UE上下文与激活的应用实例的上下文同步。

在另一示例方面，经由为具有运行在多个EC主机上的相同应用但是具有与EC主机相关联的不同的第2层MAC地址的实例设置相同的IP地址来提供支持应用迁移的方法。

在一个示例方面，经由为运行在不同边缘计算主机上的相同应用的不同实例在IP层之上建立相同的协议来提供一种支持应用迁移的方法，以便消除在应用重定位期间重新绑定上层协议的必要性。

在另一示例方面，提供了一种经由控制通过L2网络流量路由、转发或引导来支持应用迁移的方法。协调边缘计算系统中的EC主机的边缘计算协调器配置L2网络的流量规则，以在运行在EC主机上的激活应用实例和UE应用客户端之间路由应用流量。协调EC主机的边缘计算协调器还为备用应用实例配置L2网络的流量规则，以从UE客户端接收应用流量，而不向UE客户端转发应用流量转发。

在又一示例方面，经由切换具有关联的L2网络的激活应用实例和具有关联的L2网络的备用应用实例中的一个，提供了一种支持应用迁移的方法，这使得要路由的上行链路(UL)流量通过L2网络被路由到新的激活应用实例，并且下行链路(DL)流量通过L2网络从新的激活应用实例被路由到UE应用客户端。这种激活和备用应用切换对与应用实例相关联的上层协议是透明的，并降低了边缘计算主机之间应用重定位的延迟，以支持服务连续性。

在另一个示例方面，提供了一种经由第2层交换网络的应用迁移的方法，以支持将来自运行在不同边缘计算主机上的多个不同应用实例的服务链接起来，并将最终链接的服务交付给最终用户。

在一个示例方面，提供了一种通过第2层交换网络的应用迁移的方法，以支持通过分配运行在不同边缘计算主机上的多个应用实例来提高应用的服务能力，从而使得服务的流量负载可以分配给多个EC主机。

在又一个示例方面，在边缘计算中支持应用迁移的方法可以在5G网络的用户面功能(UPF)中实现，以用于控制L2网络的应用流量路由或转发。

在附图、说明书和权利要求书中阐述了上述方面及其实施方式和其他特征的细节。

章节标题用于本文档中只是为了清楚起见，并不以任何方式限制所公开技术的范围。

图1A示出了具有云计算和边缘计算系统100的无线通信系统的示例。

无线通信可以包括：

UE 101：用户设备是用于接入无线接入点(诸如3GPP无线电接入网的eNodeB或WLAN的AP等)的无线设备。它提供了用于应用软件(客户端)与运行在云计算(105)或边缘计算(EC)(106)上的应用(107)进行通信的连接。

AP 102：它是无线电接入网的接入点，以向移动设备(UE)提供空中接口。接入点可以是eNodeB，诸如小小区AP，或者3GPP指定的移动网络的毫微微AP，或者是IEEE802.11网络的AP。

SGW 103：服务网关是连接到AP和分组数据网(PDN)网关PGW 104的网络实体。它在AP和PGW之间路由/转发用户数据分组，并在AP间切换期间充当用户面的移动锚点，并充当3GPP和其他技术网络之间的移动锚点。SGW聚合来自多个AP的UL流量并将其发送到PGW，并将来自PGW的DL流量分配给不同的AP。SGW可以包括用户面功能，以用于执行流量路由并将用户流量引导到运行在EC主机(106)上的应用。

PGW 104：PDN网关是IP流量的锚点，提供从UE到外部分组数据网的连接。为了提供流量安全性和完整性，PGW使用GTP以将DL流量隧道传输到SGW。SGW也使用GTP以将UL流量隧道传输到PGW。PGW执行策略实施、每个用户的分组过滤、合法拦截和数据分组筛选。它还可以用作3GPP和非3GPP技术(诸如受信任的WLAN)之间的移动锚点，并提供用于将IP地址分配给UE和DNS以进行域名搜索的DHCP功能。取决于实施方式，PGW可以包括UPF，以用于执行流量路由并将用户流量引导到运行在EC(106)上的应用。

当边缘计算部署在诸如企业网络之类的专用网络中时，图1A中的云计算(105)可以是提供信息服务的企业数据中心，并且图1A中包括诸如SGW和PGW之类的传输网络可以被简化。传输网络可以从电信网络服务提供商处租用，或者作为连接企业计算设备的专用传输网络单独实现。

图1B示出了通过5G网络在云计算和边缘计算上运行的互联网服务的示例系统120。5G接入网络由无线电设备、数据单元(DU)(123)和控制单元(CU)(124)组成。DU(123)处理用户数据流量并与用户面功能(UPF)(125)通信，用户面功能执行用户流量转发和引导功能，以将用户数据分组路由到EC主机(126)或云计算(105)。云计算(105)可以由移动网络运营商或第三方IT服务提供商拥有。边缘计算主机(126)通常由移动网络运营商拥有。当它被第三方服务提供商拥有时，服务提供商和移动网络运营商之间会有业务协定。

图1B中的边缘计算主机(126)类似于图1A中的边缘计算主机(106)，但是它可以具有到CU(124)的可选接口，以直接从AN(122)获取无线电网络信息。

5G核心(129)包含多种控制功能以支持5G网络的运行。例如，会话管理功能(SMF)用于控制UPF(125)，策略控制功能(PCF)用于根据订阅策略控制SMF/UPF的操作，并且网络开放功能(NEF)用于到外部功能实体的接口以用于开放网络能力和其他信息。边缘计算的协调和管理可以通过NEF接入5G网络信息。注：图1B中未示出5G核心控制信号路径和到EC的接口。

应用(107)可以在云计算(105)或边缘计算主机(126)中运行。

无线通信网络通过承载网络为托管用于各种互联网服务的应用的其他网络实体提供至少基本的IP连接。IP连接可以通过L2以太网交换网络建立。

互联网服务通常由信息技术(IT)公司提供，并且可以通过无线通信网络(即通过PGW到SGW到AP到UE，或通过UPF到AN到UE)在5G网络中传递给UE。为了更好地服务于最终用户，IT公司可以使用云计算环境以在共享计算资源上运行许多应用，以获得更好的性能。

云计算平台105是一种基于互联网的云计算环境，其向其他计算设备提供共享的超级计算资源和数据存储。它可以基于对按需服务的请求实现灵活的计算环境和资源，并在服务完成后释放它们。因此，云计算平台可以优化计算资源利用率，并且向最终用户交付具有更好性能的服务。此外，云计算平台可以为具有各种能力的第三方服务提供商提供以为他们的客户存储和处理数据的机会。

然而，由于互联网服务位于云端，即集中的数据中心，因此它们可能远离使用服务的最终用户。因此，服务流量在到达终端用户设备之前，可能会经历通过无线通信网络的长传输延迟。有时，服务延迟可能超过几百毫秒，并导致针对延迟关键服务的QoS问题。解决这个问题的一种可能的解决方案是增加无线通信网络的带宽，使得网络可以为某些高QoS服务具有一些预留的带宽。但无线通信网络拥塞时，此方案只能部分解决延迟关键服务的QoS问题。对于由多个网络实体进行的传输传播和数据分组处理引起的延迟，带宽增加并不是很有帮助。另外，对于网络服务提供商来说，增加和保留无线通信网络的带宽要花费很多。

降低对延迟关键服务的延迟的另一种可能的解决方案是将此类互联网服务迁移到靠近使用此类服务的最终用户的位置，即在图1A或图1B所示的边缘计算(EC)106上运行这样的应用实例。

边缘计算是一种计算环境，其为多个应用提供了共享计算、存储和其他资源的能力。通常，EC主机被安装在离最终用户足够近的位置，从而使得运行在EC主机上的应用可以为最终用户提供最好的服务。EC主机可以通过本地网关与AP准同位置，或者如图1A所示的位于PGW。由于运行在EC主机上的应用(或应用实例)离最终用户非常近，所以与在云端运行的相同服务相比，通过底层承载网络的传输和网络实体的数据处理所引起的服务延迟将显著降低。

图2示出了具有三个EC主机(210)、(220)和(230)的EC架构的示例。边缘计算系统可以由以下网络功能实体组成：

·边缘计算协调器(EC协调器)(250)：是EC系统级别的功能实体，用于管理EC系统内的其他边缘计算功能实体，并协调运行在EC主机上的应用的操作。

·边缘计算平台管理器(EC平台管理器)(251)、(252)、(253)：提供边缘计算主机级别管理，并管理特定于边缘计算的功能，以支持运行在EC主机上的应用。它还提供了应用生命周期管理，以及在本专利申请中发明的应用迁移管理(EC App MM)。

·边缘计算主机(EC主机)(210)、(220)、(230)：是由EC平台(215)、计算资源、存储和用于运行应用实例(211)、(221)、(231)的网络资源组成的实体。

·EC平台(215)、(225)、(235)：是提供诸如注册、无线电网络信息服务(RNIS)、位置服务和发明的应用迁移服务之类的服务的实体。应用迁移服务提供了在EC主机或EC主机与云之间重定位应用的支持。

·边缘计算应用(EC app)(211)、(221)、(231)：是由网络运营商或第三方服务提供商提供的应用(或应用实例)，其运行在EC主机上，以通过底层承载网络向最终用户提供服务。EC应用(211)、(221)、(231)可以与运行在云计算上的应用相同，或者可以为EC定制诸如接入位置、或无线电网络带宽信息以优化服务。

UE应用(201)是运行在UE上的应用客户端软件，以与运行在EC主机(210)、(220)、(230)上的应用实例通信以接收服务。它也可以与运行在云计算上的应用通信来接收服务。

在初始设置(291)中，UE应用客户端(201)可以与运行在EC主机(210)上的EC app(221)通信。当UE移动到底层网络的另一个服务区域，即被EC主机(220)覆盖时，EC主机(210)上的EC应用(211)可以继续通过数据网络为UE服务，如(292)所示。但这次服务可能不是最好的。为了向UE提供最佳服务，EC应用(211)可能需要作为EC app(221)被重新定位到EC主机(220)，如(293)所示。一旦EC应用(211)被重新定位到作为EC应用(221)运行的EC主机(220)，如果原始EC应用(211)不服务于其他UE，则它可以被终止。

图3示出了与云计算(CC)交互的EC架构的示例。

CC可能由功能实体组成，如OSS支持的协调和管理功能、图中未示出的软件即服务(SaaS)、平台即服务(PaaS)和基础设施即服务(IaaS)，以及提供CC与EC之间的物理连接的数据面之类的功能实体组成。

·对于CC和EC属于不同的服务提供商的情况，EC OSS实体和CC OSS实体可以通过参考点Mc1和Mx1通过客户面向服务(CFS)门户彼此通信。例如，CC及其OSS可能属于IT服务提供商，而EC及其OSS功能可能属于电信网络服务提供商。根据两个服务提供商之间的服务协议，CC OSS可以通过CFS门户向EC OSS发送应用分组。如果CC归电信网络服务提供商所有，则EC OSS和CC OSS(以及协调和管理)可以被合并或集成到一个实体中，而无需通过CFS门户进行通信。

·CC SaaS(即应用)可根据应用的实施方式，通过参考点Ma2与运行在EC上的应用实例通信。

·CC数据面(DP)和EC数据面(DP)通过参考点Mc4通过底层承载网络连接。

用户设备(UE)可以连接到底层承载网络的AP，该承载网络连接到边缘计算主机，在该主机上运行应用实例以提供互联网服务。运行在UE上的应用客户端软件可以与EC的应用实例进行通信以接收互联网服务。例如，应用客户端可以启动服务请求，如浏览网页。服务请求可以路由到云，然后由云重定向到靠近UE的边缘计算主机，或者通过底层承载网络的DHCP直接路由到EC主机。结果，来自UE的服务请求被路由到EC主机。如果在EC主机上没有为UE请求的服务运行应用实例，则EC协调器可以请求EC平台管理器实例化EC主机上的应用，以向UE提供服务。因此，与云提供的相同服务相比，UE能够以更低的延迟和更好的QoS来使用运行在EC主机上的应用实例提供的服务。

在无线通信网络中，使用来自EC主机(106)上的应用实例(107)产生的服务的UE(101)可以从一个位置移动到另一个位置，如图1A中从附接到AP1到附接到AP2。如果EC主机与AP相关联，则这种UE的移动可能导致流量路径变更，并且可以触发应用重新定位到另一个EC主机，以便UE可以继续从附近的EC主机接收最佳服务。

例如，边缘计算环境中的UE的拓扑可以由覆盖区域中的多个EC主机组成，这些主机通过底层承载网络互连，并且由EC协调器和平台管理器管理。每个EC主机覆盖映射到底层网络覆盖的特定服务区域，并且多个EC主机为UE建立大的服务区域。当UE移动时，可能导致UE附接从一个EC主机服务区域变更到另一个EC主机服务区域，这可能触发用于将应用实例从当前的服务EC主机重新定位到另一个EC主机，以继续向UE提供最佳服务的应用迁移。

服务连续性不仅依赖于边缘计算系统的支持，还依赖于应用本身和底层网络的支持。

本专利文档公开了一种创新机制，以支持EC系统内或两个EC系统之间或EC与CC之间的应用迁移。

应用迁移可涉及将包括用户上下文和应用状态信息的应用上下文传递到另一EC主机，和/或将应用实例重新定位到另一个EC主机，而不会丢失对UE的服务连续性。如果相同的应用不可用或没有足够的带宽来支持新的UE客户端，则将应用实例重新定位到另一个EC主机意味着要实例化相同的应用。

为了支持对UE的服务连续性，公开了一种应用迁移机制，用于建立激活的和备用的应用的一个或多个对等方来服务于UE，以减少应用的重定位期间的处理间隔时间。

图4示出了激活的和备用的应用实例化流程的示例。

411)EC系统通知EC主机提供的可用服务。在EC应用发起之前或期间，UE可以订阅应用迁移服务。因此，当UE在底层网络中移动时，EC系统可以向订阅的UE提供应用迁移服务，以优化服务。

当EC协调器(404)直接从云或UE应用客户端接收重定向的请求时，EC协调器将源EC主机(S-ECH)(403)处的应用(App-E 402)实例化，以服务于UE(UE app)(401)上的app客户端。应用实例(App-E)(402)作为激活实例运行，以服务于UE app(401)，该UE app(401)处理从UE客户端(401)发送的UL流量并将DL服务数据流量传送到UE客户端(401)。

412)与其他服务(如RNIS或EC平台提供的位置服务)一起工作的EC应用迁移服务预测当UE在底层承载网络中移动时，UE将移动到的一个或多个潜在的EC主机。关于应用迁移服务的UE移动的预测可以基于底层承载网络的报告，和/或通过服务EC主机(403)或周围的目标EC主机(405)或UE客户端软件本身(401)提供的一个或多个检测服务来实现。另外，EC应用迁移服务可以从EC协调器接收应用重定位指令，以启动应用重新定位以用于平衡流量负载，或改善用户QoE。

413)基于从应用迁移管理报告的关于UE移动的预测信息，EC协调器(404)决定应用实例的重定位，并且在一个或多个目标EC主机(405)上实例化相同的应用(App-E’)(406)，该应用具有与服务于UE客户端(401)的激活的App-E(402)中的应用上下文相同的应用上下文。在备用模式下操作目标EC主机(405)上的那些应用实例(App-E’)(406)以服务于UE客户端(401)。备用应用实例(App-E’)(406)可以接收UL流量以保持应用和UE上下文与激活的应用实例同步，但是不能通过在L2或TCP/UPD/IP层被控制或应用本身来向UE客户端传送DL服务数据。

414)当满足一定标准时，EC协调器(404)将授权在激活的应用App-E(402)和一个或多个备用应用App-E’(406)中的一个之间切换的操作模式，即让一个备用应用实例App-E’(406)接管激活的角色以服务于UE客户端(401)，并且停用现有的激活的应用实例App-E(402)。

415)如果UE进一步移出源EC主机(S-ECH)(403)的服务区域，或者在诸如减少计算资源的使用的其他情况下，则如果新备用应用实例(App-E)(402)不服务于其他UE客户端的话，那么EC协调器(404)可以在源EC主机(S-ECH)(403)处发起终止新备用应用实例(App-E)(402)的过程。如果UE将移动回EC主机(403)的服务区域，则EC协调器可以在EC主机(403)上实例化相同的App-E实例，并将其置于备用模式以与当前的激活的App-E’同步。当满足切换标准时，EC协调器可以启动激活模式和备用模式切换。

图5示出了利用第2层网络支持来实现应用迁移机制的示例。

UE应用客户端(501)经由L2(508)交换网络通过TCP/IP协议栈的套接字(507)与EC应用App-E(502)通信。数据分组将使用TCP/IP协议栈通过L2(509)网络传送到App-E(502)。

通过L2网络的应用迁移的信息流可以如下所示：

511)应用客户端软件(App-C)(501)运行在UE上，并与运行在源EC主机(S-ECH)(503)上的应用实例(App-E)(502)建立通信。App-C(501)和App-E(502)之间的通信是通过TCP/UDP/IP的套接字(507)和第2层网络(L2)(508)和(509)进行的。

2)当UE移动到目标EC主机(T-ECH)(505)的服务区域时，EC系统被触发以在T-ECH(505)上实例化与App-E(502)相同的应用(App-E’)(506)。App-E’(506)与App-E(502)共享相同的IP地址(即，应用生命周期期间的浮动IP地址)，但是可以具有与不同EC主机(503)和(505)相关联的不同L2(509)和(510)MAC地址。App-E’(506)处于备用模式。

3)S-ECH(503)的L2(509)和T-ECH(505)的L2(510)是互联的。

4)当UE的移动触发应用迁移的切换标准时，EC协调器将授权App-E(502)和App-E’(506)切换其操作模式，并在L2网络(509和510)中切换模式。因此，在切换之后，App-E’(506)将继续服务于UE客户端(501)。由于App-E(502)和相关联的TCP/UDP/IP栈(511)与App-E’(506)和相关联的TCP/UDP/IP栈(512)相同，因此通过L2网络(509和510)的激活和备用模式切换对UE客户端(501)完全透明，并且与基于L3的应用迁移相比，没有必要重新绑定(或切换)IP地址(511)和(512)。

基于L2的激活应用和备用应用迁移可以经由交换式以太网实现。由于交换式以太网具有很高的吞吐量和较低的延迟(如GE或多千兆比特以太网)，并且支持直接P2P连接和多播，它可以有效地将流量分配到不同EC主机上的多个应用实例。

图6示出了在5G网络中实现边缘计算的应用迁移的示例。5G网络由用户面(UP)和控制平面(CP)组成。UP包含诸如接入网(AN)、用户面功能(UPF)和数据网络(DN)之类的功能实体。在CP中，它包含接入和迁移管理功能(AMF)、会话管理功能(SMF)。

UPF负责用户流量转发或引导。它可以通过不同的方式实现从而控制流量路由、转发和引导。在这个示例中，附接到AN的UPF(691)被实现为分支点，以将UL流量分为两条到另两个UPF的路径：PDU会话锚点(612)和(652)。因此，UPF(612)和UPF(652)上的业务可以经由控制UPF分支点(691)的L2切换来实现，以分别支持激活模式和备用模式。当UE连接到与EC主机(611)相关联的底层网络时，UPF分支点(691)通过UPF PDF会话锚点(612)将UL用户流量转发给App-E(613)，并使App-E(613)和UPF(612)处于激活状态。当UE移动到与EC主机(651)相关联的底层网络实体时，UPF分支点(691)将通过UPF PDF会话锚点(652)将UL用户流量转发给App-E’(653)，并使App-E’(653)和处于激活状态的UPF PDU会话锚点(652)，并且可以停用App-E(613)和UPF PDU会话锚点(612)。在应用迁移切换期间，UL流量可以被传送到UPF PDU会话锚点(612)和(652)两者。然后，EC主机(611)和(651)分别根据在EC主机上运行的激活和备用应用实例来控制UL流量的传送。

图7说明了通过桥接以太网的应用迁移的实施方式的示例。

1)App-E(701)在EC主机(S-ECH)(702)上运行，以服务于UE客户端(图中未示出)。它被分配了浮动IP地址(IP-F1)。S-ECH(702)附接到连接eNB1(704)和eNB2(704)的以太网-1(703)。S-ECH(702)的IP地址为IP-1。

2)当UE被检测到移动到eNB3(706)并且相同的应用被实例化在EC主机(T-ECH)(708)处之后，App-E’(709)在EC主机(T-ECH)(708)上运行并且处于备用模式。T-ECH(708)的IP地址为IP-2。App-E’被分配到与App-E相同的浮动IP地址(IP-F1)。T-ECH(708)连接到以太网-2(707)，其连接到eNB3(706)和eNB4(706)。S-ECH(702)和T-ECH(708)通过网桥(710)互连。

3)以太网交换机(703和707)可以被实现为包括UPF，以将UL流量引导到应用(701)或(709)，并且通过eNB将DL应用流量转发到UE客户端。当UE连接到eNB1(704)时，应用实例App-E(701)通过连接到eNB1(704)的以太网-1(703)为UE服务。当UE通过eNB3或eNB4(706)移动到T-ECH(708)的服务区域时，UE可以继续通过网桥(706)接收来自App-E(701)的服务，即UL流量引导和DL流量转发可以通过网桥(710)跨越两个以太网(703和707)以支持UE在子网之间移动。

4)当UE继续移动时，EC系统可以授权应用服务将激活应用实例切换到App-E’(709)，以服务于UE客户端以用于优化服务性能，并将App-E(701)设置处于备用模式，以用于使应用和用户的上下文与App-E’(709)同步。因此，当UE在底层承载网络中移动时，可以最小化应用迁移中断时间，并可以保持服务连续性。

图8示出了通过L2交换网络的服务链的示例。L2交换在支持服务链方面更有效，因为与L3路由相比，它可以提供数据分组的快速转发。在服务链中，可以通过配置入口和出口端口的MAC地址将运行在不同EC主机上的多个不同的应用实例(或微服务)链接在一起，以将服务交付给最终消费者。L2交换网络连接在不同EC主机上运行的多个应用实例，因为它们运行在相同的EC主机上。

除了服务链，L2交换网络还可以通过分配相同的应用的一组实例来形成服务池以同时服务于多个UE客户端，从而更容易地启用服务能力扩展。服务池的大小可能取决于请求相同服务的消费者的数量。EC管理器可能需要维护具有不同EC主机上运行的相同应用的实例的MAC地址列表，并在不同EC主机上运行的多个应用实例之间分配流量。当EC协调器接收到应用上新服务的请求时，EC协调器可以在每个EC主机上检查负载信息。EC协调器可以在每个EC主机上维护应用的负载信息的记录，以便它能够立即获取应用的此类负载信息。如果EC协调器发现运行在EC主机上的现有应用已过载，并且无法服务于新请求，则它可以在具有较少负载的EC主机上实例化新的应用，并将服务请求重定向到新的实例化的应用。由于新的实例化的应用通过高带宽L2交换网络连接，所以UE客户端可能无法注意到哪个EC主机承载着服务于UE的应用实例。这样，EC协调器可以轻松平衡EC主机负载，并使其对UE完全透明。

图9是示例无线通信方法900的流程图。方法900可以在无线通信网络中的网络侧实现。方法900包括操作(902)至少两个边缘计算主机，以为在用户设备上运行的应用提供至少两个网络侧资源的应用实例；以及至少两个应用实例彼此同步(904)。关于图1A至图7进一步所述，在一些实施例中，可以通过镜像两个或更多个(或至少两个)应用实例来执行同步。在某些情况下，应用实例可以在两种模式(激活模式和备用模式)中的一种中操作，其中，在激活模式中，应用实例被配置成从用户设备接收数据并向用户设备传送数据，并且在备用模式中，应用实例被配置成从处于激活模式的用户设备或另一应用实例接收数据，并且不向用户设备传送数据。

在一些实施例中，例如，关于图5和图8所述，方法900还可以包括操作用于在用户设备和至少两个应用实例之间路由数据分组的第2层(L2)机制。在一些实现中，L2机制被操作，使得从至少两个边缘计算设备到运行在用户设备上的应用的分组在L2以上的层具有相同的发送者地址。可以在L2以上的层使用基于互联网协议的寻址。关于图1A和图1B进一步所述，方法900还可以包括将至少两个边缘计算主机与用于用户设备在其中操作的无线蜂窝网络的服务网关和分组数据网关接口，和或将至少两个边缘计算主机与用于用户设备在其中操作的5G网络的用户面功能接口。

图10是示例无线通信方法1000的流程图。方法1000包括接收(1002)请求以建立在用户设备上启动的应用的服务器侧实例，通过确定适合性来指示(1004)第一边缘计算平台为应用建立第一应用实例，基于对用户设备的移动的估计来确定(1006)第二边缘计算平台；以及指示(1008)第二边缘计算平台为应用建立第二应用实例。在一些实施例中，例如如参考图1A到图8所述，方法1000还可以包括基于用户设备的当前位置控制第一应用实例和第二应用实例，使得第一和第二应用实例中的一个处于数据传输/接收模式，并且第一和第二应用实例中的另一个或对应的第2层网络机制处于数据仅接收模式。在各种实施例中，可以从用户设备和/或云计算资源接收请求。在一些实施例中，使用来自用户设备在其中操作的承载网络的信息来执行移动的估计。

图11是示例无线通信方法1100的流程图。方法1100包括从多个应用实例接收(1102)服务数据单元(SDU)，从SDU生成(1104)分组数据单元(PDU)；以及将PDU传送(1106)到物理层以传输到用户设备。生成PDU是为了向用户设备提供PDU源于单个应用实例的外观。

在一些实施例中，方法1100包括当SDU被转换成相应的PDU以便在诸如物理层的较低层协议栈上传送时，形成SDU以在源字段中具有相同的IP地址。换言之，在L2以上的层，SDU可以基于对应于不同边缘计算主机的报头中的不同地址来区分。然而，L2机制可以将它们转换成IP PDU，对于IP PDU来说，从用户设备的角度来看，PDU源于单个边缘计算主机。此外，如关于图5和图8所述，L2机制还可以在边缘计算主机资源之间执行负载平衡。L2交换网络可以使用最适合的EC资源，并放弃使用可能会受到限制的另一EC资源，没有用户设备和在用户设备上运行的应用的所有这些在切换EC资源时注意到任何切换伪差。适合性可基于计算资源的数量、计算资源的类型(操作系统、支持的媒体格式等)来决定。

在一些实施例中，无线通信方法包括在网络侧上操作边缘计算主机，边缘计算主机为在用户设备上执行应用提供应用层资源，其中，边缘计算主机被配置成同时实现用于在第一用户设备上运行的第一应用的激活会话和用于在第二用户设备上运行的第二应用的备用会话。在一些实施例中，一个用户设备可以具有连接到不同EC主机上的不同EC应用的两个或更多个不同应用(即客户端)。此外，一些用户设备应用客户端可以与EC应用通信，而其他UE应用可以与运行在云上的应用进行通信。如本文所述，所有网络侧资源可由L2机制进行负载平衡和无缝选择。

图12是示出示例装置1200的一部分的框图。装置1200可用于实现本文档中描述的各种方法和功能(例如，边缘计算主机、协调器等)中的一个或多个。装置1200包括处理器电子设备1202。处理器电子设备1202可编程以实现本文所述的方法。例如，处理器电子设备1202可以读取存储在存储器(图12中未示出)中的代码并执行代码以实现这些方法。装置1200包括通信接口1204，通信接口1204与处理器电子设备1202和通信网络通信地耦合。例如，通信接口1204可以是有线接口，例如以太网、GigE、光纤等等。在一些实施例中，通信接口1204可以是诸如3G/4G/5G无线接口等的无线接口。

所公开的实施例以及本文档所描述的其他实施例、模块和功能操作可以在数字电子电路中，或者在计算机软件、固件或硬件中实现，其包括在本文档中公开的结构及其结构等价物，或者以它们中的一个或多个的组合来实现。所公开的实施例和其他实施例可以实现为一种或多种计算机程序产品，即，在计算机可读介质上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、存储设备、影响机器可读传播信号的组合物，或它们中的一个或多个的组合。术语“数据处理装置”包括用于处理数据的所有装置、设备和机器，例如其包括可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。除了硬件之外，所述装置可以包括为所考虑的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或其中的一个或多个的组合的代码。传播信号是人为生成的信号，例如，机器生成的电信号、光信号或电磁信号，其被生成以对信息进行编码从而传输到合适的接收装置。

计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用程序、脚本或代码)可以以任何形式的包括编译语言或解释语言的编程语言来编写，并且它可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为合适用于计算环境的模块、组件、子例程或其他单元来部署。计算机程序不一定与文件系统中的文件相对应。程序可以存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中，存储在专用于所考虑的程序的单个文件中，或者存储在多个协调的文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可以被部署从而在一台计算机或多台计算机上被执行，所述计算机位于一个位置上，或者分布在多个位置上，并且通过通信网络互联。

本文档中描述的过程和逻辑流程可以由一个或多个可编程处理器执行，所述处理器通过对输入数据进行操作和生成输出来执行一个或多个计算机程序从而执行功能。也可以用特殊用途逻辑电路来执行过程和逻辑流程，并且所述装置也可以实现为特殊用途逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。

例如，适于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者中接收指令和数据。计算机的必要元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储设备。一般来说，计算机也会包括一个或多个用于存储数据的大容量存储设备，例如，磁盘、磁光盘或光盘，或者所述计算机将被可操作地耦合以从所述大容量存储设备中接收数据或者将数据转移到所述大容量存储设备，或两者都有。然而，计算机不需要有这样的设备。适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括各种形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，其包括例如，半导体存储器设备，例如，EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如，内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD ROM光盘和DVD-ROM光盘。所述处理器和所述存储器可以由特殊用途逻辑电路来补充或并入。

虽然本文档包含许多细节，但这些不应被解释为对所要求保护的发明的范围或可能要求保护的内容的范围的限制，而应理解为针对特定实施例的特征的描述。在单独实施例的上下文中本文档中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实现或在任何合适的子组合中实现。此外，尽管上述特征可以被描述为在某些组合中起作用，甚至最初也是这样要求保护的，但是在某些情况下，来自所述组合的一个或多个特征可以从该组合中被删除，并且所述组合可以涉及子组合或子组合的变体。类似地，虽然在附图中以特定次序描述操作，但这不应理解为要求以所示的特定次序或顺序执行这些操作，或者要求执行所有所示的操作，以获得期望的结果。

仅公开了一些示例和实现。可以基于所公开的内容对所描述的示例和实现以及其他实现做出变化、修改和增强。

Claims (22)

1.一种用于促进无线通信的方法，包括：

操作至少两个边缘计算主机，以为运行在用户设备上的应用提供网络侧资源的至少两个应用实例；以及

使所述至少两个应用实例彼此同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述同步包括镜像所述至少两个应用实例。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在以下两种模式中的一种操作所述至少两个应用实例中的每个：激活模式和备用模式，其中，在所述激活模式中，所述应用实例被配置成从所述用户设备接收数据并向所述用户设备传送数据，而在所述备用模式中，所述应用实例被配置成从处于所述激活模式的所述用户设备或另一应用实例接收数据，并且避免向所述用户设备传送数据。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：

操作用于在所述用户设备和所述至少两个应用实例之间路由数据分组的第2层(L2)机制。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，操作所述L2机制包括操作所述L2机制，以使得从所述至少两个边缘计算设备到在所述用户设备上运行的所述应用的分组在L2以上的层具有相同的发送者地址。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述相同的发送者地址是互联网协议(IP)地址。

7.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的方法，其中，操作所述至少两个边缘计算主机包括将所述至少两个边缘计算主机与用于所述用户设备在其中操作的无线蜂窝网络的服务网关和分组数据网关对接。

8.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的方法，其中，操作所述至少两个边缘计算主机包括将所述至少两个边缘计算主机与用于所述用户设备在其中操作的5G网络的用户面功能对接。

9.一种无线通信方法，包括：

接收建立在用户设备上启动的应用的服务器侧实例的请求；

通过确定适合性，指示第一边缘计算平台为所述应用建立第一应用实例；

基于对所述用户设备的移动的估计来确定第二边缘计算平台；以及

指示所述第二边缘计算平台为所述应用建立第二应用实例。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

基于所述用户设备的当前位置，控制所述第一应用实例和所述第二应用实例以使得所述第一应用实例和所述第二应用实例中的一个处于数据传输/接收模式，而所述第一应用实例和所述第二应用实例中的另一个或对应的第2层网络机制处于数据仅接收模式。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述请求是从所述用户设备接收的。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述请求是从云计算资源接收的。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述用户设备的移动的所述估计是基于从所述用户设备获得的信息来确定的。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，基于从所述用户设备在其中操作的底层承载网络获得的信息来确定所述用户设备的移动的所述估计。

15.一种在数字分组通信网络中操作第2层交换机制的方法，包括：

从多个应用实例接收服务数据单元(SDU)；以及

从所述SDU生成分组数据单元(PDU)；以及

将所述PDU传送到物理层以传输到用户设备，

其中，生成所述PDU以向所述用户设备提供所述PDU源于单个应用实例的外观。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述SDU包括应用层互联网协议(IP)数据，并且其中，所述PDU具有相同的源互联网协议(IP)地址。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括：

以对所述用户设备透明的方式添加或删除所述多个应用实例中的单独的应用实例。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括负载平衡所述多个应用实例中的应用实例之间的应用层负载。

19.一种无线通信方法，包括：

在网络侧上操作边缘计算主机，所述边缘计算主机提供用于在用户设备上执行应用的应用层资源，其中，所述边缘计算主机被配置成同时实现用于在第一用户设备上运行的第一应用的激活会话和用于在第二用户设备上运行的第二应用的备用会话。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括跟踪所述第一用户设备和所述第二用户设备的移动。

21.一种计算机装置，包括处理器，所述处理器被配置成实现根据权利要求1-20中的一项或多项所述的方法。

22.一种具有存储在其上的代码的非暂时性计算机程序产品，所述代码在由处理器执行时，所述代码使所述处理器实现根据权利要求1-20中任何一项或多项所述的方法。

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