CN114449486B - 一种边缘计算服务漫游的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边缘计算服务漫游的方法及装置，使移动终端设备在移动过程中保持边缘端计算服务的连续性和稳定性。当终端设备需要在不同接入站点间切换时，在接入控制站点的帮助下，终端设备选择无线网络的接入站点，完成服务从原服务站点向新服务站点的迁移，并通过新服务站点与原服务站点的服务状态和结果的提前同步，保障服务迁移的时延性能。通过网络接入控制站点在处理决策网络漫游请求时，同步进行计算服务漫游决策，并同步进行网络的漫游交互和计算服务的漫游迁移工作，降低整体迁移时间，保障迁移后的服务性能。

Description

一种边缘计算服务漫游的方法及装置

技术领域

本发明涉及边缘计算以及无线通信中的网络和服务漫游，尤其是涉及一种边缘计算服务漫游的方法及装置。

背景技术

无线通信由于其便捷性和不受连线约束而被广泛使用，例如现有的电信无线通信系统，Wi-Fi网络等无线网络已经遍布于日常生活，特别是随着各类移动智能终端的出现和使用，无线网络接入的设备数量也在快速增长，其面对的移动设备的工作模式和场景也越来越复杂。移动智能终端的功能也越来越复杂，但是由于功耗、成本等因素限制，移动智能终端能够提供的计算能力通常有限，当业务所需的计算能力超出终端设备自身硬件可提供的能力时，通常需要在其他设备上做部分卸载计算，例如云端计算、边缘计算等。云端计算由于网络路径较长的原因而通常会有较大的计算延迟，一些对时延要求较高的场景通常会更适合做边缘计算。

移动设备由于其位置的可移动性而通常需要在不同无线网络的接入站点间进行漫游，当前较为常见的是无线网络的漫游。在边缘计算场景下，为了保障计算服务的时延性能，计算服务需要随着网络漫游而同步漫游，以消减计算服务网络路径延迟增加。

现有公开的一些技术文档和专利可以实现一些网络和服务的漫游，例如在蜂窝网络和Wi-Fi网络之间进行漫游切换，或者在蜂窝网络中根据服务站点的忙碌程度自动将终端的服务迁移到其他服务站点等等，当前缺少针对类似于边缘计算这种对计算时延较为敏感而需要计算服务随网络同步漫游迁移的公开技术。

发明内容

为解决现有技术的不足，实现服务随无线网络漫游同步进行，保障计算服务的性能的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种边缘计算服务漫游的方法，包括如下步骤：

S1，终端设备通过接入站点接入网络；

S2，接入站点与一组服务站点物理连接，为终端设备提供边缘计算服务，由于服务站点在物理网络上与接入站点相邻，其服务的网路通讯时延可以得到保证；

S3，当终端设备进行漫游时，通过接入控制站点的协调控制，完成接入站点间的切换，相应的同步完成服务站点间的切换，以保障网络漫游切换后的边缘计算服务时延性能，在服务站点同步切换过程中保持服务可用性，服务站点的切换包括如下步骤：

S31，原服务站点暂停计算服务，目标服务站点启动新计算服务；

S32，原服务站点与目标服务站点之间同步服务状态数据和服务结果数据；

S33，目标服务站点与终端设备建立连接；

S34，目标服务站点向终端设备提供计算服务、返回服务结果。

进一步地，S31中原服务站点暂停计算服务时，若原服务站点对终端设备尚未完成服务结果的发送，则以终端设备请求的任务为单位，暂停发送服务结果的发送；所述S34中返回服务结果，还包括原服务站点暂停的服务结果。

进一步地，S32中的同步服务结果数据与所述S33同步进行，通过并行方式减少服务切换漫游的服务等待时间。

进一步地，S32中还包括同步用户认证信息，用户认证信息为原服务站点与终端设备间建立用户和通讯认证的相关信息，包括加密秘钥、传输token；所述S33中目标服务站点通过相同的用户认证信息再次进行用户验证。S33的连接建立，包括网络层连接建立，以及用户验证层的连接建立，如果网络层使用类似UDP的无连接网络协议，则网络层连接建立过程可以跳过，网络连接或者后续网络数据传输，使用的是新站点的网络地址而非原服务站点的地址，用户验证层的连接建立，仅进行基于原服务站点加密秘钥的传输token验证，以确定终端设备已经准备好收发服务结果数据。

进一步地，服务站点包括终端服务网络数据收发组件、一组服务实例、控制请求处理组件、控制/同步网络数据收发组件，其中服务实例包括服务请求处理组件、服务结果组件、服务计算组件、服务状态组件和服务迁移同步组件，服务请求处理组件通过终端服务网络数据收发组件，接收终端设备的服务请求，通知服务计算组件进行服务计算，向服务状态组件中更新服务状态，向终端设备返回服务结果，并将服务结果存储到服务结果组件中；当原服务站点的控制请求处理组件，通过控制/同步网络数据收发组件，收到服务迁移的指令时，确定需要同步的服务实例，当没有匹配的服务实例时，新建服务实例并通知该服务实例进行状态同步，并通过该服务实例的服务迁移同步组件，将指定的服务状态和服务结果，与目标服务站点进行同步。

所述服务状态同步，是将原服务站点中服务状态组件的服务状态数据，传输到目标服务站点的目标服务实例的服务状态组件中，所述服务结果同步，是将原服务站点中服务结果组件的服务结果数据，传输到目标服务站点的目标服务实例的服务结果组件中。

进一步地，服务状态数据，包括当前服务终端设备的安全验证数据、原服务站点计算完成但未返回结果的任务列表、原服务站点等待计算结果的任务列表、目标服务站点的计算完成但未返回结果的任务列表、目标服务站点等待计算结果的任务列表。

进一步地，服务结果数据包括终端设备服务请求ID及其对应的服务计算结果。

进一步地，服务结果数据还包括服务结果数据长度、服务计算结果校验数据。

进一步地，接入控制节点根据终端设备发送的终端设备ID、候选网络列表，查找并确定终端设备需要的服务类型，查找候选网络列表中网络的接入站点的附属服务站点，判断服务站点对终端设备所需服务的服务质量，决策目的网路的接入站点及其服务站点。

一种边缘计算服务漫游的装置，包括终端设备、接入站点、接入控制站点和服务站点；

所述终端设备，用于接入网络并请求边缘计算服务，同时在网络中进行漫游；

所述接入站点，用于终端设备的接入、断开和漫游；

所述服务站点，与接入站点物理连接，用于提供边缘计算服务，并根据接入控制站点的协调和控制，对当前终端设备服务请求的服务状态与服务结果进行同步，完成原服务站点与目标服务站点间的切换，服务站点包括处理器及分别与处理器连接的存储器、服务网络接口和控制网络接口；处理器用于服务计算；存储器用于数据存储；服务网络接口与终端设备连接，用于传输服务数据；控制网络接口与接入控制站点连接，用于传输服务切换控制状态同步数据，由于服务站点需要面临终端设备服务数据传输和服务切换过程中的控制状态数据传输，为了减少网络干扰，设置了2个独立的网络来分别传输服务数据和服务切换控制状态同步数据；

所述接入控制站点，用于终端设备接入、断开和边缘计算服务的对接，以及终端设备的漫游进行协调和控制。

本发明的优势和有益效果在于：

本发明由于服务站点在物理网络上与接入站点相邻，其服务的网路通讯时延可以得到保证；通过服务站点的切换，可以保障网络漫游切换后的边缘计算服务时延性能，在服务站点同步切换过程中保持服务可用性；通过在用户验证层连接的建立，进行基于原服务站点加密秘钥的传输token验证，以确定终端设备已经准备好收发服务结果数据；由于服务站点需要面临终端设备服务数据传输和服务切换过程中的控制状态数据传输，为了减少网络干扰，设置了2个独立的网络来分别传输服务数据和服务切换控制状态同步数据。

附图说明

图1是本发明中终端设备接入的结构示意图。

图2是本发明中终端设备切换接入站点的示意图。

图3是本发明中服务站点硬件组成结构构示意图。

图4是本发明中服务站点内功能模块的结构示意图。

图5是本发明中漫游切换的流程图。

图6是本发明中接入控制站点对漫游请求的处理过程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1、2所示，一种边缘计算服务漫游的装置，结构单元主要包括终端设备、网络接入站点、网络接入控制站点、服务站点。

其中终端设备指大量移动侧应用终端设备，终端设备需要接入网络并请求边缘计算服务，同时具有在网络中进行漫游的需求；网络接入站点为终端设备提供网络接入服务，在一定区域中通常会有多个网络接入站点以保障网络覆盖面积，网络接入站点支持信道信号的扫描发现功能，并支持新终端设备的接入、断开和漫游；服务站点为具有一定计算能力的设备，通常与网络接入站点部署在相邻近位置或者集成在一个设备中；网络接入控制站点对设备的网络和服务的对接及漫游进行协调和控制。

移动终端设备当前通过网络接入站点接入系统网络中，并且通过服务站点进行边缘计算，由于服务站点在物理网络上与网络接入站点相邻，其服务的网路通讯时延可以得到保证。在本发明内容中，认为一个服务站点与某一个网络接入站点存在明确的临近关联关系，这种临近关系既是网络拓扑结构上的，也是物理上的，所以在本发明内容中认为服务站点存在一个明确附属的网络接入站点，而一个网络接入站点可能存在多个被依附的服务站点。在终端设备由于移动或者网络波动等因素需要进行漫游时，终端设备需要在网络接入控制站点的协调控制下，完成网络接入站点从点向站点的切换，同时相应的计算服务站点同步完成向站点的漫游切换，以保障网络漫游切换后的计算服务时延性能，在服务站点同步切换过程中保持服务可用性。

如图3所示，服务站点在硬件上主要包括计算和存储部件，以及网络通讯部件，由于服务站点需要面临终端设备服务数据传输和服务切换过程中的控制状态数据传输，为了减少网络干扰，设置了2个独立的网络来分别传输服务数据和服务切换控制状态同步数据，如果资源受限，也可以将2个网络接口合并为一个，只在逻辑层面区分两类数据。

如图4所示，终端服务网络数据收发组件、控制请求处理组件和控制/同步网络数据收发组件与具体服务无关，而是服务站点中所有边缘计算服务；服务请求处理组件、服务结果组件、服务计算组件、服务状态组件和服务迁移同步组件与一个具体服务关联，每个服务的实例都拥有一套独立的此部分组件。控制请求处理组件收到服务迁移的要求时，会确定需要同步的服务实例，如果没有合适的服务实例就将新建一个包含服务请求处理组件、服务结果组件、服务计算组件、服务状态组件和服务迁移同步组件的服务实例，并通知该服务实例进行状态同步。对一个服务实例，由服务迁移同步组件完成服务迁移，即将指定服务的状态和计算服务结果进行同步，其中状态服务为将旧服务站点的服务状态组件的服务状态数据传输到新服务站点的目标服务的服务状态组件中，计算服务结果同步为将旧服务站点的服务结果组件的服务结果数据传输到新服务站点的目标服务的服务结果组件中。服务状态组件中存储的服务状态数据包括当前服务终端的安全验证数据、原服务站点计算完成但未返回结果的任务列表、原服务站点等待计算结果的任务列表、新服务站点的计算完成但未返回结果的任务列表、新服务站点等待计算结果的任务列表。服务结果组件中的任务服务结果数据包括任务ID和计算结果，也可选的再包括数据长度、结果校验数据。服务请求处理组件通过终端服务网络接收终端设备的服务请求，通知服务计算组件进行任务计算，同时向服务状态组件中更新任务计算状态，并返回服务计算结果给终端设备，服务计算结果由服务计算组件存储到服务结果组件中。

如图5所示，一种边缘计算服务漫游的方法，包括各个组件在服务漫游切换前后的交互流程，在此交互流程中，漫游切换由终端设备发起，在接入控制站点确定漫游目的站点后，终端设备连接目的网络接入站点和服务站点，注意，由于各种无线网络的漫游切换已经有较为成熟的方案，所以本图中未呈现网络接入站点的交互以及网络自身的漫游切换过程，仅需要网络漫游方案中的网络切换亦是由终端发起即可。在步骤101中，终端设备评估自身漫游的必要性，可以通过所在网络信号接入质量、计算服务处理性能、环境中可接入的其他网络信号质量等因素来综合判断是否需要进行漫游切换。

在步骤103中，终端设备向接入控制站点请求进行切换时，其请求信息中需要包括终端设备的ID、可接入的目的网络列表，这里的可接入网络列表中的网络是指：终端设备当前扫描发现允许接入的网络中，判断网络的接入信号质量高于要求阈值。

步骤103中的切换请求只是网络的切换请求，此切换并不显式和必然的关联到服务的切换。当终端设备没有边缘计算服务，或者可接入网络列表中的网络都没有对应的服务时，将不会触发后续的服务迁移过程；当终端设备同时请求多个边缘计算服务时，进行网络切换时，也可能只触发部分边缘计算服务的迁移。

步骤103中终端设备向接入控制站点发送请求切换信息，这里的发送可以是直接发送，也可以是通过网络接入站点进行转发；其发送的数据报文可以是独立报文，也可以是与网络漫游切换请求共同构建和传输的报文。

步骤131中接入控制站点决策服务漫游目的对象，其决策要素可以包括：候选目的网络接入站点对终端所需的计算服务支持与否、候选目的网络接入站点配套的服务站点计算服务的平均处理性能（例如时延）、候选目的网络接入站点和服务站点的负载率等。其选择漫游目的站点可以有多种决策策略，包括直接选择最优处理性能的站点、接入信号质量最优站点、终端后续在目的网络接入站点覆盖范围内的预测停留时间最长的站点、综合多种因素的混合策略等多种策略。

步骤131中的主要处理过程如图6所示，接入控制节点根据终端发送的漫游切换请求信息，查找确定终端设备需要的服务类型，再根据信号质量、服务质量等信息进行综合决策判断。

步骤131中的接入控制节点需要在自身维护一张设备需求表，用于关联特定设备当前在网络中的对应的服务相关信息，如表1所示，对设备使用的每个服务都进行记录。

表1：接入控制站点的终端设备服务记录表

终端设备	服务类型	服务ID	服务站点
				设备1	类型1	ID1	站点1
设备1	类型2	ID2	站点2
				设备3	类型1	ID3	站点2
设备4	类型4	ID4	站点4

通过此表，在某一个设备进行服务漫游时可以获知该设备所需的所有计算服务，以及当前为该设备进行服务的站点，通过这些信息可以确定漫游目的站点需要具备的服务能力，以及进行服务迁移时的原站点位置。

在步骤131完成漫游目的站点决策选择后，需要通知相关对象准备迁移，这里的相关对象包括：终端设备、各服务的原服务站点、各服务的新服务站点。

对终端设备的通知内容包括：允许该终端设备进行漫游迁移，漫游迁移的网络接入站点。

对原服务站点的通知内容包括：站点中需要漫游迁移的服务ID，漫游迁移目的站点，与目的站点同步前的连接建立认证信息。

对新服务站点的通知内容包括：站点中需要漫游迁入的服务类型，漫游的原服务站点，与原站点同步前的连接建立认证信息。

步骤121中的暂停计算任务结果传输发送，是以任务为单位，即如果某个任务的结果数据正在被返回到终端设备，则原服务站点等待此任务计算结果传输完成后再暂停。

步骤121中的暂停计算结果发送不会暂停计算任务计算过程，对于未完成的计算任务会继续进行，对于新计算结果会在自身站点内进行暂存。

步骤103的网络漫游切换前，需要检查当前计算任务是否正在发送计算任务或者接收计算结果，如果正在发送任务或者接收结果，等待发送或者接收动作结束再执行切换动作。

步骤112和122中的用户认证和计算状态同步前需要相互建立连接并相互协商确定需要漫游的服务任务对象。同步的计算状态数据包括当前在服务站点上尚未完成计算的任务数、计算任务结果向终端设备返回的状态。用户认证信息同步，同步的信息为原服务站点与终端设备间建立用户和通讯认证的相关信息，可以包括但不限于加密秘钥、传输token。

步骤113和步骤114同步进行，通过并行方式减少服务切换漫游的服务等待时间。

步骤114中的计算结果同步可以按顺序同步传输原站点暂存的计算结果数据。

步骤105和113中服务站点连接，使用接入控制站点通知的新站点地址信息建立物理通道，并且使用与原服务站点建立连接时相同的用户验证数据再次进行用户验证。

步骤105和113中的连接建立，包括网络层连接建立，以及用户验证层的连接建立。如果网络层使用类似UDP的无连接网络协议，则网络层连接建立过程可以跳过。需要注意的是，网络连接或者后续网络数据传输，使用的是新站点的网络地址而非原服务站点的地址。用户验证层的连接建立，仅进行基于原服务站点加密秘钥的传输token验证，以确定原终端设备已经准备好收发服务结果数据。

步骤115中的计算结果返回可以返回新服务站点计算的结果，也可以是原服务站点的计算任务结果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种边缘计算服务漫游的方法，其特征在于包括如下步骤：

S1，终端设备通过接入站点接入网络；

S2，接入站点与一组服务站点物理连接，为终端设备提供边缘计算服务；

S3，当终端设备进行漫游时，通过接入控制站点的协调控制，完成接入站点间的切换，相应的同步完成服务站点间的切换，并且设置了2个独立的网络来分别传输服务数据和服务切换控制状态同步数据，服务站点的切换包括如下步骤：

S31，原服务站点暂停计算服务、目标服务站点启动计算服务；

网络漫游切换前，需要检查当前计算任务是否正在发送计算任务或者接收计算结果，如果正在发送任务或者接收结果，等待发送或者接收动作结束再执行切换动作；

暂停计算任务结果传输发送，是以任务为单位，即如果某个任务的结果数据正在被返回到终端设备，则原服务站点等待此任务计算结果传输完成后再暂停；

暂停计算结果发送不会暂停计算任务计算过程，对于未完成的计算任务会继续进行，对于新计算结果会在自身站点内进行暂存；

S32，原服务站点与目标服务站点之间同步服务状态数据和服务结果数据；

同步的计算状态数据包括当前在服务站点上尚未完成计算的任务数、计算任务结果向终端设备返回的状态；

S33，目标服务站点与终端设备建立连接；

所述建立连接包括网络层连接建立，以及用户验证层的连接建立；用户验证层的连接建立，仅进行基于原服务站点加密秘钥的传输验证，以确定原终端设备已经准备好收发服务结果数据；

S34，目标服务站点向终端设备提供计算服务、返回服务结果；

计算结果返回新服务站点计算的结果，和/或原服务站点的计算任务结果。

2.根据权利要求1所述的一种边缘计算服务漫游的方法，其特征在于所述S31中原服务站点暂停计算服务时，若原服务站点对终端设备尚未完成服务结果的发送，则以终端设备请求的任务为单位，暂停发送服务结果的发送；所述S34中返回服务结果，还包括原服务站点暂停的服务结果。

3.根据权利要求1所述的一种边缘计算服务漫游的方法，其特征在于所述S32中的同步服务结果数据与所述S33同步进行。

4.根据权利要求1所述的一种边缘计算服务漫游的方法，其特征在于所述S32中还包括同步用户认证信息，用户认证信息为原服务站点与终端设备间建立用户和通讯认证的相关信息；所述S33中目标服务站点通过相同的用户认证信息再次进行用户验证。

5.根据权利要求1所述的一种边缘计算服务漫游的方法，其特征在于所述服务站点包括终端服务网络数据收发组件、一组服务实例、控制请求处理组件、控制/同步网络数据收发组件，其中服务实例包括服务请求处理组件、服务结果组件、服务计算组件、服务状态组件和服务迁移同步组件，服务请求处理组件通过终端服务网络数据收发组件，接收终端设备的服务请求，通知服务计算组件进行服务计算，向服务状态组件中更新服务状态，向终端设备返回服务结果，并将服务结果存储到服务结果组件中；当原服务站点的控制请求处理组件，通过控制/同步网络数据收发组件，收到服务迁移的指令时，确定需要同步的服务实例，并通过该服务实例的服务迁移同步组件，将指定的服务状态和服务结果，与目标服务站点进行同步。

6.根据权利要求1所述的一种边缘计算服务漫游的方法，其特征在于所述服务状态数据，包括当前服务终端设备的安全验证数据、原服务站点计算完成但未返回结果的任务列表、原服务站点等待计算结果的任务列表、目标服务站点的计算完成但未返回结果的任务列表、目标服务站点等待计算结果的任务列表。

7.根据权利要求1所述的一种边缘计算服务漫游的方法，其特征在于所述服务结果数据，包括终端设备服务请求ID及其对应的服务计算结果。

8.根据权利要求7所述的一种边缘计算服务漫游的方法，其特征在于所述服务结果数据，还包括服务结果数据长度、服务计算结果校验数据。

9.根据权利要求1所述的一种边缘计算服务漫游的方法，其特征在于所述接入控制站点根据终端设备发送的终端设备ID、候选网络列表，查找并确定终端设备需要的服务类型，查找候选网络列表中网络的接入站点的附属服务站点，判断服务站点对终端设备所需服务的服务质量，决策目的网路的接入站点及其服务站点。

10.一种根据权利要求1所述的边缘计算服务漫游的方法的装置，包括终端设备、接入站点、接入控制站点和服务站点，其特征在于：

所述终端设备，用于接入网络并请求边缘计算服务，同时在网络中进行漫游；

所述接入站点，用于终端设备的接入、断开和漫游；

所述服务站点，与接入站点物理连接，用于提供边缘计算服务，并根据接入控制站点的协调和控制，对当前终端设备服务请求的服务状态与服务结果进行同步，完成原服务站点与目标服务站点间的切换，服务站点包括处理器及分别与处理器连接的存储器、服务网络接口和控制网络接口；处理器用于服务计算；存储器用于数据存储；服务网络接口与终端设备连接，用于传输服务数据；控制网络接口与接入控制站点连接，用于传输服务切换控制状态同步数据；

网络漫游切换前，需要检查当前计算任务是否正在发送计算任务或者接收计算结果，如果正在发送任务或者接收结果，等待发送或者接收动作结束再执行切换动作；

暂停计算任务结果传输发送，是以任务为单位，即如果某个任务的结果数据正在被返回到终端设备，则原服务站点等待此任务计算结果传输完成后再暂停；

暂停计算结果发送不会暂停计算任务计算过程，对于未完成的计算任务会继续进行，对于新计算结果会在自身站点内进行暂存；

同步的计算状态数据包括当前在服务站点上尚未完成计算的任务数、计算任务结果向终端设备返回的状态；

建立连接包括网络层连接建立，以及用户验证层的连接建立；用户验证层的连接建立，仅进行基于原服务站点加密秘钥的传输验证，以确定原终端设备已经准备好收发服务结果数据；

计算结果返回新服务站点计算的结果，和/或原服务站点的计算任务结果；

所述接入控制站点，用于终端设备接入、断开和边缘计算服务的对接，以及终端设备的漫游进行协调和控制。