CN113678404A - 用于在对边缘网关节点的维护期间减轻中断的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及通信网络中的节点的维护。一个实施例提供了一种网络节点中的用于在通信网络的边缘网关节点的维护期间减轻中断5的方法。边缘网关节点将多个设备连接到通信网络的一个或多个服务。多个设备包括在没有边缘网关节点的情况下能够连接到通信网络的云环境的一个或多个第一设备，以及在没有边缘网关节点的情况下10不能连接到云环境的一个或多个第二设备。该方法包括：针对一个或多个第二设备建立相应的虚拟设备，虚拟设备包括被训练以复制相应的一个或多个第二设备输出的数据的预测模型；以及在执行对边缘网关节点的维护的时间间隔期间：将一个或多个15虚拟设备配置为连接到在云环境中建立的虚拟边缘网关节点；以及将一个或多个第一设备中的至少一个第一设备配置为连接到虚拟边缘网关节点。

Description

用于在对边缘网关节点的维护期间减轻中断的方法
技术领域
本公开的实施例提供了与通信网络中的节点的维护相关的方法、装置和机器可读介质，并且具体地涉及在通信网络的边缘网关节点的维护期间减轻中断。
背景技术
预计物联网(IoT)系统在未来几年会变得无处不在。IoT系统通常涉及大量设备到互联网平台或应用的连接。如此连接的设备可以包括传统上不支持互联网的物理设备或对象。预计IoT系统涉及大量传感器，用于监视和报告各种参数(例如，天气、交通、医疗监视器等)。预计这些和其他系统涉及大量致动器(例如，在制造厂、手术室等中)，其接收来自IoT应用的控制信号并按照其进行动作。
边缘网关在这种系统中起到关键作用，这是因为它们提供用于将大多数IoT设备(例如，传感器、致动器等)连接到IoT平台或应用的主要通信机制。边缘网关可以根据其能力提供各种功能，从简单地将传感器数据转发给云系统，到提供协议和数据之间互操作性的复杂中间件，再到更高级别的过滤器和聚合功能。
然而，与任何电子设备一样，边缘网关可能退化或出现故障，因此需要维护和/或更换。例如，硬件可能需要更换或升级；诸如固件的软件可能需要被更新。所有这种工作在下文中称为“维护”。
因此，当边缘网关正在经历维护时，需要通过替代机制提供网关功能。
发明内容
本公开的实施例视图解决这些和其他问题。
解决问题的一种方法是在边缘网关的维护之前提供与边缘网关同步的冗余硬件。在维护期间，IoT设备连接到冗余或备用边缘网关，其也接管由原始边缘网关执行的任何任务。虽然该方法减轻了由对原始边缘网关的维护造成的中断，但它需要网络运营商为可能需要维护的每个节点提供备用节点，并且可能极其昂贵。
在一个方面，提供了一种网络节点中的用于在通信网络的边缘网关节点的维护期间减轻中断的方法。边缘网关节点将多个设备连接到通信网络的一个或多个服务。多个设备包括在没有边缘网关节点的情况下能够连接到通信网络的云环境的一个或多个第一设备，以及在没有边缘网关节点的情况下不能连接到云环境的一个或多个第二设备。该方法包括：针对一个或多个第二设备建立相应的虚拟设备，虚拟设备包括被训练以复制相应的一个或多个第二设备输出的数据的预测模型；以及在执行对边缘网关节点的维护的时间间隔期间：将一个或多个虚拟设备配置为连接到在云环境中建立的虚拟边缘网关节点；以及将一个或多个第一设备中的至少一个第一设备配置为连接到虚拟边缘网关节点。
还提供了用于执行上述方法的装置。因此，在一个方面，本公开提供了一种网络节点，该网络节点被配置为执行上面阐述的方法并且还在下面更详细地进行描述。在另一方面，提供了一种用于在通信网络的边缘网关节点的维护期间减轻中断的网络节点。边缘网关节点将多个设备连接到通信网络的一个或多个服务。多个设备包括在没有边缘网关节点的情况下能够连接到通信网络的云环境的一个或多个第一设备，以及在没有边缘网关节点的情况下不能连接到云环境的一个或多个第二设备。网络节点包括处理电路和存储指令的非暂时性机器可读介质，该指令在由处理电路执行时使网络节点：针对一个或多个第二设备建立相应的虚拟设备，虚拟设备包括被训练以复制相应的一个或多个第二设备输出的数据的预测模型；以及在执行对边缘网关节点的维护的时间间隔期间：将一个或多个虚拟设备配置为连接到在云环境中建立的虚拟边缘网关节点；以及将一个或多个第一设备中的至少一个第一设备配置为连接到虚拟边缘网关节点。
另一方面提供了一种存储指令的非暂时性机器可读介质，该指令由网络节点的处理电路执行，用于在通信网络的边缘网关节点的维护期间减轻中断。边缘网关节点将多个设备连接到通信网络的一个或多个服务。多个设备包括在没有边缘网关节点的情况下能够连接到通信网络的云环境的一个或多个第一设备，以及在没有边缘网关节点的情况下不能连接到云环境的一个或多个第二设备。指令的执行使网络节点：针对一个或多个第二设备建立相应的虚拟设备，虚拟设备包括被训练以复制相应的一个或多个第二设备输出的数据的预测模型；以及在执行对边缘网关节点的维护的时间间隔期间：将一个或多个虚拟设备配置为连接到在云环境中建立的虚拟边缘网关节点；以及将一个或多个第一设备中的至少一个第一设备配置为连接到虚拟边缘网关节点。
附图说明
为了更好地理解本公开的实施例以及为了更清楚地示出可以如何有效地实施实施例，现在将仅通过举例说明参考附图，在附图中：
图1是根据本公开的实施例的通信网络的示意图；
图2是在节点的维护期间根据本公开的实施例的通信网络的示意图；
图3是根据本公开的实施例的网络节点中的方法的流程图；
图4是根据本公开的实施例的网络节点中的另一方法的流程图；
以及
图5和图6是根据本公开的实施例的网络节点的示意图。
具体实施方式
图1是根据本公开的实施例的通信网络100的示意图。通信网络100包括一个或多个应用和/或服务102、多个第一设备104、多个第二设备106、边缘网关节点108和网络运营中心(NOC)110。
应用和/或服务102包括一个或多个应用或服务，其利用第一设备104和第二设备106提供的数据来向网络100的一个或多个用户或订户(未示出)提供服务。如上所述，预计IoT系统将用在广泛的用例中，因此应用102的性质取决于第一设备104和第二设备106的性质。例如，一个应用可以提供监视城区(例如，城市)中的车辆交通水平的服务。在这种情况下，第一设备104和第二设备106可以包括用于监视车辆交通的一个或多个传感器，例如相机、嵌入道路中的压力传感器、空气质量传感器等。备选应用102可以涉及天气报告或预报。在这种情况下，第一设备104和第二设备106可以包括用于监视温度、气压、降水、风速、风向等的一个或多个传感器。因此，在一些实施例中，第一设备104和第二设备106包括被配置为提供传感器数据的传感器。然而，本公开不限于此。
应用和/或服务102通常将在计算环境(例如，一个或多个计算机服务器)中实现。
如图1所示，第一设备104和第二设备106经由边缘网关节点108耦合到应用和/或服务102。边缘网关节点108可以位于将第一设备104和第二设备106与互联网连接的本地网络的交叉点。因此，边缘网关节点108提供了一种机制用于使第一设备104和第二设备106接入互联网和应用和/或服务102(或者备选地，提供了一种机制用于使应用和/或服务102接入第一设备104和第二设备106)。
如上所述，除了在设备104、106与互联网之间提供通信链路之外，边缘网关节点108还可以执行一个或多个另外的任务。这种另外的任务可以包括以下中的一项或多项：提供使用不同协议发送的数据之间的互操作性；过滤功能(例如，过滤掉复制的数据)；以及聚合功能(例如，将来自多个设备104、106的数据聚合成单个分组，以前向传输给应用和/或服务102)。
第一设备104和第二设备106与边缘网关节点108之间的通信链路可以是有线的或无线的。在前一种情况下，通信链路可以利用诸如以太网之类的协议。在后一种情况下，通信链路可以利用通信协议，例如IEEE 802.11(WiFi)、诸如宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)和新无线电(NR)之类的3GPP协议、蓝牙(RTM)、ZigBee、窄带物联网(NB-IoT)等。
应当注意，第一设备104和第二设备106可以各自利用不同的协议以与边缘网关节点108进行通信。例如，设备D1(标记为104a)可以利用有线连接，而设备D2(标记为104b)可以利用无线连接。类似地，设备D3(标记为106a)可以利用第一无线协议以连接到边缘网关节点108，而设备D4(标记为106b)可以利用不同的第二无线协议以连接到边缘网关节点108。通常，第一设备104和第二设备106可以利用任何协议或模态(modality)以与边缘网关节点108进行通信(经受以下限制条件)。第一设备104可以利用彼此相同或不同的协议或模态；第二设备106可以类似地利用彼此相同或不同的协议或模态。
多个第一设备104和多个第二设备106在以下能力方面彼此不同：在没有边缘网关节点108的情况下，它们接入应用和/或服务102(例如，因特网)的能力。在没有边缘网关节点108的情况下，第一设备104能够接入应用和/或服务102。在没有边缘网关节点108的情况下，第二设备106不能接入应用和/或服务102。本领域技术人员将理解，这种情形可替代地被描述为应用和/或服务102到达第一设备104和第二设备106。因此，第一设备104和/或第二设备106到达应用和/或服务102(或能够这样做)的本文公开内容将被理解为还覆盖应用和/或服务102到达第一设备104和/或第二设备106。
例如，第一设备104可以具有利用蜂窝无线电接入技术(例如，3GPP协议)的能力，其使得它们能够在没有边缘网关节点的情况下经由与备选无线电接入网络节点(例如，基站)的连接接入应用和/或服务102。第二设备106可以不具有该能力，因此在没有边缘网关节点的情况下不能连接到互联网。
在备选实施例中，第一设备104可以具有与另一个无线电接入节点(经由任何无线电接入技术)建立无线通信链路的能力，而第二设备106可以不能实现无线通信。
然而，如上所述，存在许多不同的场景，其中在没有边缘网关节点108的情况下，设备可以能够或不能到达应用和/或服务102。例如，如上所述，在一个实施例中，边缘网关节点108可以实现IoT网关的功能。互联网协议(IP)网关的功能可以附加地在边缘网关节点108中实现或不在边缘网关节点108中实现。如果IOT网关和IP网关功能在不同设备中实现，则有可能某些设备不具有在没有边缘网关节点108的情况下到达云环境212的无线电接入能力。因此，在这种场景中，这些设备将被视为第一设备104，尽管它们不能使用无线电接入。另一方面，一些无线电接入协议(例如，ZigBee或6LowPan)需要IoT网关进行协议转换。仅实现这些无线电接入协议的设备不能在没有边缘网关节点108的情况下接入应用和/或服务102，因此在本文中将被视为第二设备106。
如上所述，网络100还包括NOC 110，其可通信地耦合到应用和/或服务102和边缘网关节点108。NOC 110(也可以称为网络管理中心)是一个或多个位置，从该位置通过网络100进行网络监视和控制，或更一般地网络管理。例如，可以从NOC 110监视网络节点和功能的性能，然后根据需要调度那些网络节点和功能的维护任务。
在本公开的上下文中，NOC 110可以包括网络节点，该网络节点监视边缘网关节点108的性能并且根据需要调度要在边缘网关节点108上执行的维护。NOC 110中的网络节点还可以执行如下所述的方法以减轻由该维护导致的中断。在备选实施例中，网络节点可以在网络100内的不同位置实现。例如，网络节点可以在网络100的核心网络(未示出)内实现或耦合到网络100的核心网络。
因此，当确定边缘网关节点108需要维护时，通信网络100面临问题。在维护期间(即，当边缘网关节点108不可用或不存在时)，第一设备104和第二设备106不能连接到应用和/或服务102。
根据本公开的实施例，在网络的云环境中建立虚拟边缘网关节点，其复制正在经历维护的边缘网关节点的功能。能够在没有边缘网关节点的情况下连接到云环境的设备(例如，上述第一设备104)被配置为连接到虚拟边缘网关节点而不是经历维护的边缘网关节点。在没有边缘网关节点的情况下不能连接到云环境的设备(例如，上述第二设备106)被相应的虚拟设备(或“数字孪生件”)替换，这些虚拟设备被训练以复制由他们正在替换的设备输出的数据。例如，可以使用机器学习算法和包括相应设备输出的实际数据的训练数据来训练虚拟设备。
图2是在边缘网关节点的维护期间根据本公开的实施例的通信网络200的示意图。网络200因此可以基本上对应于上面关于图1描述的网络100，并且因此在本文中不再进一步详细描述具有对应附图标记的节点。例如，应用和/或服务202、一个或多个第一设备204、一个或多个第二设备206、边缘网关节点208和NOC 210可以基本上分别对应于应用和/或服务102、一个或多个第一设备104、一个或多个第二设备106、边缘网关节点108和NOC 110。将看到，边缘网关节点208以虚线示出，指示其不存在或不可用于与第一设备204和第二设备206进行通信。
网络200附加地包括云环境212。例如，云环境212可以由一个或多个计算机服务器或设备来实现。
虚拟边缘网关节点214在云环境214中实现。本领域技术人员将理解，本文中的术语“虚拟”表示节点部分地或全部用软件仿真，以便看起来好像它物理存在。因此，在该上下文中，虚拟边缘网关节点214是边缘网关节点208的仿真。
虚拟设备216附加地在云环境212中实现。虚拟设备216是能够在网关升级期间复制可能由第二设备206产生的数据的至少第二设备206(例如，设备D3 206a和D4 206b)的软件副本。在所示实施例中，虚拟设备216附加地包括第一设备204(例如，设备D1 204a和D2204b)的软件副本。
注意，虚拟设备216在与虚拟边缘网关节点214相同的云计算环境212中示出。虽然这可能很方便，但本公开的实施例不限于此；可以在多个云计算环境中提供虚拟设备216和虚拟边缘网关节点214。
虚拟设备216可以包括预测模型，该预测模型被训练以复制由相应设备204、206输出的数据。可以使用机器学习算法基于相应设备204、206所输出的真实数据来训练这样的预测模型。因此，每个虚拟设备216可以基于相应设备204、206所输出的真实数据来训练。虚拟设备216可以被配置为在正常操作期间获得或被提供这样的数据。例如，可以使用诸如自回归积分移动平均(ARIMA)、决策树或神经网络之类的机器学习算法来训练每个虚拟设备216的预测模型。预测模型基于数据点的时间序列预测一个或多个未来数据值。
当边缘网关节点208正在经历维护时，第二设备206(在没有边缘网关节点208的情况下不能连接到应用和/或服务202)的输出被它们相应的虚拟设备216复制。因此相应的虚拟设备216被激活并连接到虚拟边缘网关节点214。
由于第一设备204能够在没有边缘网关节点208的情况下连接到云环境212(例如，通过备选连接机制)，这些设备可以被重新配置为连接到虚拟边缘网关节点214，而不是连接到边缘网关节点208。然而，在某些实施例中，可以发现第一设备204中的一个或多个也被相应的虚拟设备216替换是有益的或至少是可接受的。在这种情况下，针对那些一个或多个第一设备204的虚拟设备可以被激活并连接到虚拟边缘网关节点214；对应的第一设备204没有被重新配置为连接到虚拟边缘网关节点214。
由虚拟设备216提供的数据将不可避免地具有比物理设备204、206所提供的数据低的质量。然而，这对于边缘网关节点208经历维护的短时间段是可以接受的。实际上，虚拟设备216将提供比数据缺失(在边缘网关节点208的维护期间，在没有虚拟设备216的情况下，发生该数据缺失)更高的数据质量。
在一个实施例中，可以在网络200的运营商与应用和/或服务202的供应商之间商定服务水平协议(SLA)，定义网络200应该满足的一个或多个性能指标(例如，数据质量、平均故障间隔时间、吞吐量、平均恢复时间、数据速率等)。与不存在虚拟设备216和任何数据相比，提供虚拟设备216和复制数据可以更好地满足SLA的要求。该方面将在下面关于图4进一步详细讨论。
因此，虚拟边缘网关节点214从物理设备和虚拟设备二者接收数据。然后以与上面关于图1描述的方式基本类似的方式将该数据转发给应用和/或服务202。
如上所述，除了数据转发之外，边缘网关节点208还可以执行一个或多个另外的任务，例如以下中的一项或多项：提供使用不同协议发送的数据之间的互操作性；过滤功能(例如，过滤掉复制的数据)；以及聚合功能(例如，将来自多个设备204、206的数据聚合成单个分组，以前向传输给应用和/或服务202)。根据本公开的实施例，这些任务也可以在虚拟边缘网关节点214中复制。例如，当边缘网关节点208进入维护时段时，在边缘网关节点208中进行的任务可以迁移到虚拟边缘网关节点214(例如，从其部分处理状态继续)或在虚拟边缘网关节点214中重新开始。
关于建立虚拟边缘网关节点的更多细节将在下面关于图3和图4进行讨论。
图3是根据本公开的实施例的由网络节点执行的方法的流程图。网络节点可以在网络运营中心(例如，上述的NOC 210)中或在通信网络的任何其他网络节点中实现。
在上述网络200的上下文中讨论了该方法。因此，网络包括边缘网关节点208，其提供多个设备与通信网络的一个或多个服务或应用之间的连接。多个设备包括在没有边缘网关节点208的情况下能够连接到通信网络的云环境212的一个或多个第一设备204，以及在没有边缘网关节点208的情况下不能连接到云环境212的一个或多个第二设备206。
该方法开始于步骤300，其中针对一个或多个第二设备206中的至少每个建立虚拟设备216。在一个实施例中，附加地针对第一设备204建立虚拟设备216。
虚拟设备216可以在云环境214中实现。虚拟设备216能够复制在网关升级期间可能由第二设备206产生的数据。例如，虚拟设备216可以包括预测模型，该预测模型被训练以复制由相应设备204、206输出的数据。可以使用机器学习算法基于相应设备204、206所输出的真实数据来训练这样的预测模型。因此，每个虚拟设备216可以基于相应设备204、206所输出的真实数据来训练。虚拟设备216可以被配置为在正常操作期间获得或被提供这样的数据。例如，可以使用诸如自回归积分移动平均(ARIMA)、决策树或神经网络之类的机器学习算法来训练每个虚拟设备216的预测模型。预测模型基于数据点的时间序列预测一个或多个未来数据值。
本领域技术人员将理解，虚拟设备的建立，特别是预测模型的训练，可能需要大量的计算资源。因此，步骤300可以在比图3中说明的方法的其余部分更早的时间执行。
在步骤302中，网络节点确定是否需要对边缘网关节点208进行维护。维护的触发可以是周期性的或基于事件的检测。在后一种情况下，事件可以包括来自运营商或自动化系统的指令(例如，在检测到边缘网关节点208的故障时)。触发可以包含特定时间间隔的指示，在该特定时间间隔中将执行维护(并且在该特定时间间隔中边缘网关节点208将不可用)。如果触发不包含这样的指示，则维护仍然可以与执行维护的期限相关联。期限可以是默认值(例如，触发后的默认时间段)或在网络200的运营商与服务和/或应用202的供应商之间的SLA中说明。
如果不需要对边缘网关节点208进行维护，则重复步骤302直到触发维护。如果需要维护，则该方法进行到步骤304，其中网络节点确定在边缘网关节点208的维护期间多个设备204、206中要由虚拟设备216复制的子集，以及哪些任务要被转移到虚拟边缘网关节点214(例如，迁移或重新开始)。如果在步骤302中的触发中没有指定用于维护的特定时间间隔，则步骤304可以附加地包括确定用于维护的时间间隔。
在图4中更详细地说明了用于执行步骤304的一种方法，图4是根据本公开的实施例的由网络节点执行的另一方法的流程图。
图4的方法假设在上述步骤302中接收到的触发中没有指定要执行维护的时间间隔，因此应当确定时间间隔。本领域技术人员将理解，在步骤302中指定了时间间隔的情况下，可以直接修改该方法以省略迭代多个时间间隔的步骤。
网络节点了解预期得分维护持续时间、覆盖边缘网关节点208提供的服务的一个或多个SLA的具体要求(注意，边缘网关节点208可以为多个供应商运营的应用/服务202提供服务并且因此可以受制于多个SLA)、第一设备204和第二设备206的属性(特别是在没有边缘网关节点208的情况下哪些设备能够接入云环境212，哪些不能)、以及云环境212中的可用云资源。例如，可以通过与网络200的相关节点(例如，订户节点、管理节点等)的通信或通过运营商的手动输入来获得该信息。
该方法还假设可以执行维护的时间量被分成多个候选时间间隔。例如，多个候选时间间隔可以包括当前时间和完成维护的期限之间的多个或所有可能的时间间隔。候选时间间隔可以彼此重叠或可以不彼此重叠。候选时间间隔可以具有至少等于边缘网关节点208的预期维护持续时间的持续时间。
该方法开始于步骤400，其中网络节点确定是否已经评估了所有候选时间间隔。当然，在第一次迭代中，该确定被否定回答并且该方法进行到步骤402，其中选择多个候选时间间隔中的第一间隔。
在步骤404中，计算针对所选择的时间间隔的SLA要求。注意，SLA具体要求可以随时间变化。例如，应用/服务202的供应商可以在白天时间需要相对高速率或质量的数据，而在夜晚时间需要相对低速率或质量的数据。
多个设备(例如，第一设备204和第二设备206)被布置成设备的多个候选子集。每个子集可以包括所有第二设备206，并且可能包括第一设备204中的一个或多个。子集中的至少一个可以包括所有的第一设备204和第二设备206。
在步骤406中，网络节点确定是否已经评估了设备的所有候选子集。当然，在第一次迭代中，该确定被否定回答并且该方法进行到步骤408，其中选择设备的多个子集中的第一子集。
在步骤410中，网络节点确定用虚拟设备216替换所选择的设备子集(并且不替换不在该子集中的那些设备)是否满足在步骤404中确定的SLA要求。如果当前选择的设备子集不满足SLA要求，则方法返回到步骤406。如果此时尚未评估所有候选子集，则在步骤408中选择不同的设备子集。
如果满足SLA要求，则网络节点估计用虚拟设备216替换所选择的设备子集(并且不替换不在该子集中的那些设备)的影响度量。影响度量包括指示用虚拟设备216替换所选择的设备子集对网络200所提供的服务(例如，对应用和/或服务202的供应商)的负面影响的度量。例如，影响度量可以包括以下中的一项或多项：提供给应用和/或服务的传感器数据的质量；网络200的能量消耗；网络200所使用的带宽；需要的云资源的量；以及传输的数据量。在每种情况下，影响度量可以包括或涉及，由于用虚拟设备216替换所选择的设备子集而引起的这些参数中的每个参数的改变。
例如，数据的质量可以涉及数据的准确性和/或可靠性。即，以真实设备数据(例如，传感器测量)作为参考，可以计算虚拟设备216输出的数据流与参考流之间的误差。这给出了在边缘网关节点208正在经历维护时使用虚拟设备216的误差(以及因此的影响)的指示。数据的质量可以附加地考虑设备在特定时间段期间生成更多或更少数据的知识。例如，这可以使用预测模型自动预测，或基于SLA要求来确定。因此，在设备生成较少数据时替换特定设备的负面影响可以较小，反之亦然。
能量消耗、所需带宽、所需云资源和数据传输量与所选择的特定没备子集直接相关、因此与选择了哪些虚拟设备216以及它们在云环境212中的位置直接相关。
在步骤414中，网络节点针对当前评估的时间间隔确定估计的影响度量是否是最低的，即，当前选择的设备子集的估计的影响是到目前为止针对当前时间间隔评估的那些子集中最低的(即，最小的负面影响)。如果不是，则该方法直接进行到步骤406，其中网络节点再次确定是否已经评估了所有子集，并且可以选择设备的另一子集。如果估计的影响度量是最低的，则该方法经由步骤416进行到步骤406，在步骤416中网络节点针对评估的时间间隔更新所存储的最低影响参数。
以这种方式，该方法在特定时间间隔针对设备的多个候选子集中的每个迭代进行步骤406至416，估计满足SLA要求的每个设备子集的影响度量并存储针对该时间间隔的最低影响度量值(以及相关联的设备子集)。
一旦在步骤406中确定所有子集都已被评估，该方法进行到步骤418，其中网络节点添加将任务从边缘网关节点208转移到虚拟边缘网关节点214的影响。
步骤418还附加地包括确定哪些任务应被迁移到虚拟边缘网关节点214以及哪些任务应在虚拟边缘网关节点214中重新开始的子步骤。子步骤可以包括针对边缘网关节点208中的每个任务寻找迁移的影响以及重新开始的影响。任务的迁移通常是优选的，以避免浪费边缘网关节点208和虚拟边缘网关节点214中的计算资源；然而，与重新开始某些任务相比，某些任务的迁移可能导致使用更多的网络资源。因此，某些任务可以优选地被重新开始而不是迁移。
因此估计转移任务的影响并将其添加到针对当前评估的时间间隔的最低影响值。
在一些实施例中，将任务从边缘网关节点208转移到虚拟边缘网关节点214的影响可以取决于要被虚拟设备216替换的设备204、206的特定子集。在这种情况下，可以在步骤412中执行转移任务的影响的计算(以及潜在地对迁移或重新开始哪些任务的确定)，并估计用虚拟设备替换所选择的设备子集的影响。在这种情况下，可以省略步骤418。
该方法返回到步骤400。如果仍有要被评估的任何候选时间间隔，则在步骤402中选择另一候选时间间隔并且针对该另一候选时间间隔重复寻找最低影响值的过程。
因此，该方法迭代直到已经评估了所有候选时间间隔为止。此时，该方法从步骤400进行到步骤420，并且网络节点输出与最低影响值相关联的候选时间间隔，以及提供该最低影响值的(要由虚拟设备复制的)设备子集，以及要从边缘网关设备208转移到虚拟边缘网关设备214的任务的配置(例如，哪些任务要迁移，以及哪些任务要重新开始)。
现在描述返回到图3，并且在对边缘网关节点208的维护的时间间隔(如在步骤302中指定的或如在步骤304中确定的)该方法进行到步骤306，其中在云环境中212建立虚拟边缘网关节点214。
如上所述，虚拟边缘网关节点214被配置为复制正在经历维护的边缘网关节点208的一些或全部功能。因此，在步骤308中，由边缘网关节点208执行的任务被转移到虚拟边缘网关节点214。这些任务中的一个或多个可以被迁移到虚拟边缘网关节点214(即，进行的任务在半处理状态下被转移到虚拟边缘网关节点214)。备选地或附加地，这些任务中的一个或多个可以在虚拟边缘网关节点214中重新开始(即，在边缘网关节点208中取消正在进行的任务并在虚拟边缘网关节点214中重新开始)。哪些任务要迁移以及哪些任务要重新开始可以基于在步骤304中执行的计算来确定。
在步骤310中，网络节点针对在步骤304中确定的设备子集标识虚拟设备216，并且将那些虚拟设备216配置为连接到虚拟边缘网关节点214。因此，虚拟设备216可以被提供有到达虚拟边缘网关节点214的寻址信息(例如，IP地址或任何其他合适的寻址协议)，并且被配置为向虚拟边缘网关节点214提供它们的合成数据。
将回想起针对其提供虚拟设备的设备子集包括第二设备206，以及可以附加地包括一个或多个第一设备204。在步骤312中，网络节点将一个或多个第一设备204配置为连接到虚拟边缘网关节点214而不是边缘网关节点208。因此，一个或多个第一设备204可以被提供有到达虚拟边缘网关节点214的寻址信息(例如，IP地址或任何其他合适的寻址协议)，并且被配置为向虚拟边缘网关节点214提供它们的真实数据。
既然虚拟边缘网关节点214正在从设备204、216接收数据，一个或多个应用和/或服务202可以切换到从虚拟边缘网关节点214而不是边缘网关节点208接收它们的数据。此时，应用/服务通过虚拟边缘网关节点214与设备或其虚拟孪生件进行交互。
边缘网关节点208的连接现在可以被拆除，因为北向连接(即，到应用202)和南向连接(即，自设备204、206)已经被切换到虚拟边缘网关节点214。现在可以执行对边缘网关节点208的维护。
一旦维护完成，可以重新启动边缘网关节点208并且执行相反的过程以将功能从虚拟边缘网关节点214转移回边缘网关节点208。因此，虚拟边缘网关节点214中的任务以与上面在步骤308中描述的方式相对应的方式被转移回边缘网关节点208(例如，迁移或重新开始)。第一设备204和第二设备206连接到边缘网关节点208。这些连接可以是到虚拟边缘网关节点214的任何连接的复制，以确保在切换回边缘网关节点208时的连续操作。应用和/或服务202被切换回边缘网关节点208而不是虚拟边缘网关节点214，并且维护过程完成。虚拟边缘网关节点214的连接可以被拆除，并且用于其建立的云资源被释放。
图5是根据本公开的实施例的网络节点500的示意图。网络节点500可以被配置为实现或执行上面关于图3和图4描述的方法中的一个或多个方法。网络节点500可以在网络运营商中心(NOC)(例如，上面关于图1和图2描述的NOC 110、210)中实现。
网络节点500被配置为在对通信网络的边缘网关节点(例如，上面关于图1和图2描述的边缘网关节点108、208)的维护期间减轻中断。边缘网关节点将多个设备连接到通信网络的一个或多个服务。多个设备包括在没有边缘网关节点的情况下能够连接到通信网络的云环境的一个或多个第一设备(例如，设备104)，以及在没有边缘网关节点的情况下不能连接到云环境的一个或多个第二没备(例如，设备106)。网络节点500包括处理电路502、非暂时性设备可读介质(例如，存储器)504和一个或多个接口506。根据本公开的实施例，处理电路502被配置为：针对一个或多个第二设备建立相应的虚拟设备，虚拟设备包括被训练以复制相应的一个或多个第二设备输出的数据的预测模型；以及在执行对边缘网关节点的维护的时间间隔期间：将一个或多个虚拟设备配置为连接到在云环境中建立的虚拟边缘网关节点；以及将一个或多个第一设备中的至少一个第一设备配置为连接到虚拟边缘网关节点。
处理电路502可以包括下述中的一个或多个的组合：微处理器、控制器、微控制器、中央处理单元、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、或者任何其它合适的计算设备、资源、或硬件、软件和/或编码逻辑的组合，其可操作为单独地或与其他组件(例如，设备可读介质504)一起为网络节点500提供功能。例如，处理电路502可以执行存储在设备可读介质504中或存储在处理电路502内的存储器中的指令。在一些实施例中，处理电路502可以包括片上系统(SOC)。在一些实施例中，处理电路502可以包括射频(RF)收发机电路和基带处理电路。
在某些实施例中，本文描述为由网络节点提供的一些或所有功能可由处理电路502执行，处理电路502执行存储在设备可读介质504或处理电路502内的存储器上的指令。在备选实施例中，功能中的一些或全部可以例如以硬连线方式由处理电路502提供，而无需执行存储在单独的或分立的设备可读介质上的指令。在任何这些实施例中，无论是否执行存储在设备可读存储介质上的指令，处理电路502都可以被配置为执行所描述的功能。由这种功能提供的益处不仅限于处理电路502或不仅限于网络节点500的其他组件，而是作为整体由网络节点500和/或通常由终端用户和网络享有。
设备可读介质504可以包括任何形式的易失性或非易失性计算机可读存储器，包括但不限于永久存储设备、固态存储器、远程安装存储器、磁介质、光学介质、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、大容量存储介质(例如，硬盘)、可移除存储介质(例如，闪存驱动器、致密盘(CD)或数字视频盘(DVD))和/或任何其他易失性或非易失性、非暂时性设备可读和/或计算机可执行存储器设备，其存储可由处理电路502使用的信息、数据和/或指令。设备可读介质504可以存储任何合适的指令、数据或信息，包括计算机程序、软件、包括逻辑、规则、代码、表等中的一个或多个的应用、和/或能够由处理电路502执行并由网络节点500使用的其他指令。设备可读介质504可以用于存储由处理电路502做出的任何计算和/或经由接口506接收的任何数据。在一些实施例中，可以认为处理电路502和设备可读介质504是集成的。
接口506可以用在网络节点500与一个或多个另外的网络节点或功能之间的信令和/或数据的通信中。接口506可以包括用于使用任何介质(例如，无线、有线或光学介质)传输数据的任何合适的硬件和/或软件。
图6是根据本公开的实施例的网络节点600的示意图。网络节点600可以被配置为实现或执行上面关于图3和图4描述的方法中的一个或多个方法。网络节点600可以在网络运营商中心(NOC)(例如，上面关于图1和图2描述的NOC 110、210)中实现。
网络节点600被配置为在对通信网络的边缘网关节点(例如，上面关于图1和图2描述的边缘网关节点108、208)的维护期间减轻中断。边缘网关节点将多个设备连接到通信网络的一个或多个服务。多个设备包括在没有边缘网关节点的情况下能够连接到通信网络的云环境的一个或多个第一设备(例如，设备104)，以及在没有边缘网关节点的情况下不能连接到云环境的一个或多个第二设备(例如，设备106)。网络节点600包括建立单元602和配置单元604。建立单元602被配置为针对一个或多个第二设备建立相应的虚拟设备。虚拟设备包括被训练以复制相应的一个或多个第二设备所输出的数据的预测模型。配置单元604被配置为在执行对边缘网关节点的维护的时间间隔期间：将一个或多个虚拟设备配置为连接到在云环境中建立的虚拟边缘网关节点；以及将一个或多个第一设备中的至少一个第一设备配置为连接到虚拟边缘网关节点。
术语“单元”可以具有在电子产品、电气设备和/或电子设备领域中的常规含义，并且可以包括例如用于执行各个任务、过程、计算、输出和/或显示功能等(例如，本文所述的那些功能)的电气和/或电子电路、设备、模块、处理器、存储器、逻辑固态和/或分立设备、计算机程序或指令。
应当注意，上述实施例说明而非限制本文公开的构思，并且本领域技术人员将能够设计很多备选实施例而不脱离以下所附权利要求的范围。词语“包括”不排除存在除了陈述中所列出的元素或步骤之外的元素或步骤，“一”或“一个”不排除多个，并且单个处理器或其它单元可以完成陈述中记载的若干单元的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对其范围的限制。

Claims (25)

1.一种网络节点(210、500、600)中的用于在通信网络(200)的边缘网关节点(208)的维护期间减轻中断的方法，所述边缘网关节点将多个设备(204、206)连接到所述通信网络的一个或多个服务(202)，所述多个设备包括在没有所述边缘网关节点(208)的情况下能够连接到所述通信网络的云环境(212)的一个或多个第一设备(204)，以及在没有所述边缘网关节点(208)的情况下不能连接到所述云环境(212)的一个或多个第二设备(206)，所述方法包括：
针对所述一个或多个第二设备(206)建立(300)相应的虚拟设备(216)，所述虚拟设备包括被训练以复制相应的一个或多个第二设备输出的数据的预测模型；以及
在执行对所述边缘网关节点的维护的时间间隔期间：
将一个或多个虚拟设备(216)配置(310)为连接到在所述云环境(212)中建立的虚拟边缘网关节点(214)；以及
将所述一个或多个第一设备(204)中的至少一个第一设备配置(312)为连接到所述虚拟边缘网关节点(214)。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
a)确定(404)与所述多个设备(204、206)的连接相关联的服务水平协议要求；
b)标识(408)所述多个设备的一个或多个子集，在满足所述服务水平协议要求时能够针对所述一个或多个子集提供虚拟设备；
c)评估(412)与针对所述一个或多个子集中的每个子集提供虚拟设备相关联的影响度量；以及
d)选择(420)具有最低影响度量的设备的子集。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
针对所述设备的子集中的每个设备建立相应的虚拟设备，所述虚拟设备包括被训练以复制所述子集中的相应设备输出的数据的预测模型；以及
在执行所述边缘网关节点的维护的时间间隔期间：
将针对所述设备的子集的所述一个或多个虚拟设备配置为连接到在所述云环境中建立的所述虚拟边缘网关节点。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述设备的子集包括所述一个或多个第二设备(206)。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述设备的子集包括至少一个第一设备(204)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，所述影响度量包括以下中的一项或多项：传感器数据的质量；能量消耗；所利用的带宽；以及数据量。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，还包括：
针对多个时间间隔中的每个时间间隔重复步骤a)至d)；
针对所述多个时间间隔中的每个时间间隔，将与将任务从所述边缘网关设备转移到所述虚拟边缘网关设备相关联的影响添加(418)到所述最低影响度量，以确定总体影响；以及
选择(420)与最低总体影响相关联的时间间隔作为执行所述边缘网关节点的维护的时间间隔。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括，在执行所述边缘网关节点的维护的时间间隔期间：
将所述边缘网关节点(208)所执行的任务转移(308)到所述虚拟边缘网关节点(214)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，将任务转移到所述虚拟边缘网关节点包括以下中的一项或多项：在所述虚拟边缘网关节点中重新开始任务；以及将进行的任务迁移到所述虚拟边缘网关节点。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个预测模型是使用机器学习算法被训练为复制其相应的设备所输出的数据的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个第一设备被配置为实现一个或多个无线电接入技术，以在没有所述边缘网关节点的情况下接入所述云环境。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述网络节点(210、500、600)在所述通信网络的网络运营中心NOC中被实现。
13.一种用于在通信网络的边缘网关节点(208)的维护期间减轻中断的网络节点(210、500、600)，所述边缘网关节点将多个设备(204、206)连接到所述通信网络的一个或多个服务(202)，所述多个设备包括在没有所述边缘网关节点的情况下能够连接到所述通信网络的云环境的一个或多个第一设备(204)以及在没有所述边缘网关节点的情况下不能连接到所述云环境的一个或多个第二设备(206)，所述网络节点包括处理电路(502)和存储指令的非暂时性机器可读介质(504)，所述指令在由所述处理电路执行时使所述网络节点：
针对所述一个或多个第二设备(206)建立相应的虚拟设备(216)，所述虚拟设备包括被训练以复制相应的一个或多个第二设备输出的数据的预测模型；以及
在执行所述边缘网关节点的维护的时间间隔期间：
将一个或多个虚拟设备配置为连接到在所述云环境中建立的虚拟边缘网关节点；以及
将所述一个或多个第一设备中的至少一个第一设备配置为连接到所述虚拟边缘网关节点。
14.根据权利要求13所述的网络节点，其中，所述网络节点还被使得执行以下操作：
a)确定与所述多个设备(204、206)的连接相关联的服务水平协议要求；
b)标识所述多个设备(204、206)的一个或多个子集，在满足所述服务水平协议要求时能够针对所述一个或多个子集提供虚拟设备；
c)评估与针对所述一个或多个子集中的每个子集提供虚拟设备(216)相关联的影响度量；以及
d)选择具有最低影响度量的设备的子集。
15.根据权利要求14所述的网络节点，其中，所述网络节点还被使得执行以下操作：
针对所述设备的子集中的每个设备建立相应的虚拟设备，所述虚拟设备包括被训练以复制所述子集中的相应设备输出的数据的预测模型；以及
在执行所述边缘网关节点的维护的时间间隔期间：
将针对所述设备的子集的所述一个或多个虚拟设备配置为连接到在所述云环境中建立的所述虚拟边缘网关节点。
16.根据权利要求15所述的网络节点，其中，所述设备的子集包括所述一个或多个第二设备(206)。
17.根据权利要求15或16所述的网络节点，其中，所述设备的子集包括至少一个第一设备(204)。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的网络节点，其中，所述影响度量包括以下中的一项或多项：传感器数据的质量；能量消耗；所利用的带宽；以及数据量。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的网络节点，其中，所述网络节点还被使得执行以下操作：
针对多个时间间隔中的每个时间间隔重复步骤a)至d)；
针对所述多个时间间隔中的每个时间间隔，将与将任务从所述边缘网关设备转移到所述虚拟边缘网关设备相关联的影响添加到所述最低影响度量，以确定总体影响；以及
选择与最低总体影响相关联的时间间隔作为执行所述边缘网关节点的维护的时间间隔。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的网络节点，其中，所述网络节点还被使得，在执行对所述边缘网关节点的维护的时间间隔期间，执行以下操作：
将所述边缘网关节点所执行的任务转移到所述虚拟边缘网关节点。
21.根据权利要求20所述的网络节点，其中，将任务转移到所述虚拟边缘网关节点包括以下中的一项或多项：在所述虚拟边缘网关节点中重新开始任务；以及将进行的任务迁移到所述虚拟边缘网关节点。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的网络节点，其中，每个预测模型是使用机器学习算法被训练为复制其相应的设备所输出的数据的。
23.根据权利要求13至22中任一项所述的网络节点，其中，所述一个或多个第二设备被配置为实现一个或多个无线电接入技术，以在没有所述边缘网关节点的情况下接入所述云环境。
24.根据权利要求13至23中任一项所述的网络节点，其中，所述网络节点在所述通信网络的网络运营中心NOC中被实现。
25.一种存储指令的非暂时性机器可读介质，所述指令由网络节点的处理电路执行，以在通信网络的边缘网关节点的维护期间减轻中断，所述边缘网关节点将多个设备连接到所述通信网络的一个或多个服务，所述多个设备包括在没有所述边缘网关节点的情况下能够连接到所述通信网络的云环境的一个或多个第一设备，以及在没有所述边缘网关节点的情况下不能连接到所述云环境的一个或多个第二设备，其中，所述指令的执行使所述网络节点：
针对所述一个或多个第二设备建立相应的虚拟设备，所述虚拟设备包括被训练以复制相应的一个或多个第二设备输出的数据的预测模型；以及
在执行所述边缘网关节点的维护的时间间隔期间：
将一个或多个虚拟设备配置为连接到在所述云环境中建立的虚拟边缘网关节点；以及
将所述一个或多个第一设备中的至少一个第一设备配置为连接到所述虚拟边缘网关节点。
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