TW202103480A - 邊緣運算網路服務提供方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種邊緣運算網路服務提供方法。利用邊緣運算平台提供網路服務的方法包含下列步驟：透過邊緣運算平台偵測連結使用者設備與核心網路之數據隧道，透過邊緣運算平台將經由數據隧道自基地台接收之封包轉送至該邊緣運算平台上之應用伺服器，以及透過邊緣運算平台將應用伺服器回傳之封包經由數據隧道回傳。

Description

邊緣運算網路服務提供方法
本發明係關於一種網路服務的提供方法，尤其係關於一種透過邊緣運算提供網路服務的方法。
在蜂巢網路(cellular network)中，使用者裝置必須無線連接至蜂巢網路基地台，且與核心網路(core network)建立連線，進而連線至網際網路上的各種應用伺服器(application server)。將應用伺服器佈建在相鄰於蜂巢網路基地台的邊緣計算平台(mobile edge computing platform)上，可讓使用者傳送至該應用伺服器的封包不需經過網際網路，進而達到低延遲的效能。
然而，為了使習知的邊緣運算平台順應諸如3GPP等4G或5G網路之標準，必需修改基地台以使邊緣計算平台可與之結合，或升級核心網以使該平台可相容於蜂巢網路的運作。當欲大量佈建邊緣計算平台時，需要大規模地升級基地台或核心網，這將為電信商帶來巨大的成本，而其中的高複雜度也有可能造成蜂巢網路變得不如先前的穩定。
本發明之一目的在於提供一種邊緣運算平台及其服務提供方法，可簡化系統設定上的要求。
本發明之一目的在於提供一種邊緣運算平台及其服務提供方法，可增加系統的穩定度。
本發明的一個態樣提供一種方法，該方法可由一邊緣運算平台執行，該方法包含偵測連結一使用者設備與一核心網路之一數據隧道；儲存該使用者設備之IP位址與該數據隧道之對應關係；將經由該數據隧道接收之一第一封包拆裝，該第一封包可為該使用者設備透過一基地台並經由該數據隧道傳送之封包；將經拆裝之該第一封包轉送至該邊緣運算平台上之一應用伺服器；以及依據該對應關係將該應用伺服器回傳之數據封裝成一第二封包，以使該第二封包可順應諸如3GPP等4G或5G網路之標準並可經由該數據隧道傳送，並經由該數據隧道回傳該第二封包。使用該數據隧道傳輸封包，即可不修改該基地台及該核心網路的設定而讓使用者設備可以連線至邊緣運算平台上的應用服務。
本發明的另一個態樣提供一種邊緣運算平台，該邊緣運算平台包含一應用伺服器、一領域名稱系統伺服器(DNS伺服器)、一封包監聽器(packet sniffer)、一記憶裝置、一上行鏈路以及一下行鏈路。該封包監聽器可偵測連結一使用者設備與一核心網路之一數據隧道；該數據隧道與該使用者設備之IP位址存在一對應關係，該記憶裝置可儲存該對應關係；該上行鏈路可將經由該數據隧道自一基地台接收之一第一封包拆裝並轉送至該領域名稱系統伺服器；該領域名稱系統伺服器可將經拆裝之該第一封包轉送至 該應用伺服器；該下行鏈路可依據該對應關係將該應用伺服器回傳之數據封裝成一第二封包，以使該第二封包可經由該數據隧道傳送，並經由該數據隧道回傳該第二封包。由於上述特徵，本發明所提供的此種邊緣運算平台可隨插即用地佈建於蜂巢網路系統中，而不需要修改基地台及該核心網路的設定。
1100‧‧‧使用者設備
1200‧‧‧基地台
1300‧‧‧邊緣運算平台
1400‧‧‧核心網路
1500‧‧‧網際網路
1310‧‧‧封包監聽器
1320‧‧‧記憶裝置
1330‧‧‧應用伺服器
1340‧‧‧上行鏈路
1350‧‧‧下行鏈路
1360‧‧‧代理伺服器
1370‧‧‧DNS伺服器
1380‧‧‧封包調度器
1390‧‧‧處理器
300‧‧‧邊緣運算網路服務提供方法
S301~305‧‧‧步驟
310‧‧‧邊緣運算網路服務提供方法
S311~313‧‧‧步驟
400‧‧‧透過邊緣運算平台連線至核心網路之方法
S401‧‧‧步驟
圖1為根據本發明之一些實施例所繪示之一種網路系統之示意圖；圖2為根據本發明之一些實施例所繪示之一種邊緣運算平台之示意圖；圖3A為根據本發明之一些實施例所繪示之一種邊緣運算網路服務提供方法之流程圖；圖3B為根據本發明之另一些實施例所繪示之一種邊緣運算網路服務提供方法之流程圖；圖4為根據本發明之一些實施例所繪示之一種透過邊緣運算平台連線至核心網路之方法之示意圖。
以下參閱圖1~3說明透過邊緣運算提供例如串流媒體、自動駕駛或擴增實境(AR)等網路服務之方法以及用以提供該等網路服務之邊緣運算平台。
如圖1所示，在一些實施例中，邊緣運算平台1300佈建於基地台1200及核心網路1400之間。更具體而言，邊緣運算平台1300係佈建於基地台1200之近端(即，在蜂巢網路之網路拓樸中靠近基地台之節點)，以就 近向使用者設備1100提供服務，因此，相較於利用核心網路1400或網際網路1500對使用者設備1100提供服務，利用邊緣運算平台1300對使用者設備1100提供服務可減少資料往返之時間以及處理成本。使用者設備1100例如是智慧手機、筆記型電腦、穿戴式裝置或個人數位助理(PDA)等透過蜂巢網路連線上網之裝置。邊緣運算平台1300例如是包含一個伺服器之系統、包含複數個伺服器之資料中心，或搭載複數個伺服器之閘道器(gateway)；其中該些伺服器可為虛擬伺服器。
在例如4G或5G行動網路中，使用者設備傳往核心網路之封包係經由數據隧道(諸如符合3GPP標準的GTP隧道(GTP tunnel))傳送；舉例而言，使用GTP隧道傳送封包時，每一使用者之網路連線皆會建立一個對應的GTP隧道。
參閱圖1，其中實線箭頭之部分繪示邊緣運算平台1300向使用者設備1100提供網路服務時，封包之傳送路徑。如圖1實線箭頭之部分所示，在邊緣運算平台1300向使用者設備1100提供網路服務之流程中，使用者設備1100向基地台1200傳送封包，基地台1200復將該封包轉送至邊緣運算平台1300。在傳送過程中，使用者設備1100經由連結其與核心網路1400之數據隧道(下稱對應隧道)將封包傳送至基地台1200。為了能在不修改該基地台1200及該核心網路1400的設定之前提下讓使用者設備1100可以連線至邊緣運算平台1300上的應用服務，邊緣運算平台1300亦係經由對應隧道自基地台1200接收使用者設備傳1100所傳送之封包。
參閱圖2及圖3，在一實施例中，可由封包監聽器(packet sniffer)1310執行邊緣運算網路服務提供方法300之步驟S301。在步驟S301 中，封包監聽器1310偵測對應隧道。更具體而言，在一些實施例中，當邊緣運算平台1300接收到來源或目的IP位址為使用者設備1100之IP位址的封包時，封包監聽器1310可擷取該封包中的隧道識別符(tunnel ID)以偵測對應隧道之存在。例如，當封包監聽器1310擷取到一個新的隧道識別符時，封包監聽器1310即測得一個新連線至核心網路1400的使用者設備所對應之新的數據隧道。以上說明僅為例示，並非意在限制步驟S301之操作，在其它實施例中，亦可透過其它操作偵測對應隧道。
參閱圖2及圖3A，在本實施例中，可由處理器1390執行邊緣運算網路服務提供方法300之步驟S302。在步驟S302中，處理器1390控制記憶裝置1320，以使記憶裝置1320儲存使用者設備1100之IP位址與對應隧道之對應關係(例如但不限於，使用者設備1100之IP位址與對應數據隧道之隧道識別符的對應關係)。
本發明所克服的一個技術課題為，應用伺服器所接收者需為IP封包，而經由數據隧道所接收的封包並不必然為IP封包，故邊緣運算平台1300需具有將經由數據隧道所接收到的封包轉換為IP封包之格式的能力。舉例而言，在轉送一個經由GTP隧道接收的GTP封包至應用伺服器之前，需先將其轉換成IP封包。
參閱圖2及圖3A，在本實施例中，將經由數據隧道接收的封包轉送至應用伺服器1320之前，可由上行鏈路1340執行邊緣運算網路服務提供方法300之步驟S303。在步驟S303中，上行鏈路1340將經由邊緣運算平台1300經由數據隧道接收之封包(下稱第一封包)拆裝。舉例而言，上行鏈路1340可將非為IP封包而為GTP封包之第一封包拆裝成IP封包之格式，但此僅 為例示，並非意在限制第一封包之格式，在其它實施例中，第一封包之格式亦可為任何符合4G或5G標準的封包格式。
參閱圖2及圖3A，在本實施例中，可由DNS伺服器(領域名稱系統伺服器)1370執行邊緣運算網路服務提供方法300之步驟S304。在步驟S304中，DNS伺服器1370將步驟S303中上行鏈路1340所拆裝之第一封包轉送至應用伺服器1330。但此僅為例示，並非意在限制邊緣運算平台1300係透過何種裝置將將拆裝之封包轉送至應用伺服器1330。
本發明所克服的另一個技術課題為，當應用伺服器接收了使用者設備所傳送之封包而要回傳數據至使用者設備時，為了讓提供網路服務的整個流程可在不修改基地台及核心網路的設定之條件下進行，應用伺服器回傳之數據須經由對應該使用者設備之數據隧道回傳至基地台。而欲經由數據隧道回傳封包，需封包順應數據隧道所採用之通訊協定之格式。
參閱圖2及圖3A，在本實施例中，當應用伺服器1330接收第一封包並要回傳數據至使用者設備1100時，可由下行鏈路1350執行邊緣運算網路服務提供方法300之步驟S305。在步驟S305中，下行鏈路1350自應用伺服器1330接收要回傳給使用者設備1100之數據，並依據記憶裝置1320所儲存之使者設備1100之IP位址與對應隧道之對應關係將應用伺服器1330回傳之數據封裝成一可經由使用者設備1100所對應之數據隧道傳送的封包(下稱第二封包)，並經由對應隧道回傳第二封包。舉例而言，應用伺服器1330所回傳之數據可為一IP封包，下行鏈路1350讀取伺服器所回傳之該IP封包之目的IP位址為使用者設備1100，並依據記憶裝置1320所儲存之使用者設備1100之IP位址與對應隧道之對應關係將應用伺服器所回傳之該IP封包封裝 成可經由對應隧道傳送的封包(例如但不限於，GTP封包)。但此僅為例示，並非意在限制應用伺服器所回傳之數據格式及第二封包之格式。
應注意者，上述實施例中，邊緣運算平台1300具有一個應用伺服器1330，然本發明並不限於此，在其它實施例中，邊緣運算平台1300上亦可搭載複數個應用伺服器以向使用者設備1100提供各種不同之網路應用服務。
在另一些實施例中，本發明之邊緣運算網路服務提供方法可進一步包含更多部步驟以達成本發明之其他目的。
參閱圖2及圖3B，在另一實施例中，可選擇性地於邊緣運算平台1300執行邊緣運算網路服務提供方法310之步驟S301之前先將使用者設備1100向基地台1200傳送之封包導向邊緣運算平台1300。步驟S301之詳細說明請見前述。舉例而言，可由代理伺服器1360執行邊緣運算網路服務提供方法310之步驟S311。在步驟S311中，代理伺服器1360接受基地台1200詢問核心網路1400之IP位所對應之MAC位址，並向基地台1200回應邊緣運算平台1300之MAC位址。經過步驟S311之操作後，基地台1200便會將目的IP位址為核心網路1400之IP位址的封包傳往邊緣運算平台1300之MAC位址，亦即，基地台1200傳往核心網路1400之封包將被導向邊緣運算平台1300。代理伺服器1360例如但不限為ARP代理伺服器。以上說明僅為例示，並非意在限制步驟S311之操作，在其它實施例中，亦可透過其它操作將基地台1200傳往核心網路1400之封包導向邊緣運算平台1300。
參閱圖2及圖3B，在本實施例中，可選擇性地於邊緣運算平台1300執行邊緣運算網路服務提供方法310之步驟S303之前先行判斷第一 封包是否為應轉至應用伺服器1330的封包。步驟S303之詳細說明請見前述。舉例而言，可由封包調度器1380執行邊緣運算網路服務提供方法310之步驟S312。在步驟S312中，封包調度器1380辨識第一封包之目的IP位址，若封包調度器1380判斷該目的IP位址屬於應用伺服器1330，則封包調度器1380將第一封包轉送至上行鏈路1340，並由上行鏈路1340接著執行步驟S303。同樣在步驟S312中，封包調度器1380亦可辨識第一封包之來源IP位址，若封包調度器1380判斷該來源IP位址(即使用者設備1100之IP位址)屬於一訂用應用伺服器1330之服務之使用者設備，亦即，若使用者設備1100訂用應用伺服器1330之服務，則封包調度器1380亦將第一封包轉送至上行鏈路1340，並由上行鏈路1340接著執行步驟S303。
參閱圖2及圖3B，在本實施例中，可選擇性地執行步驟S313。在步驟S313中，當封包監聽器1310經過一段時間未接收到經由對應隧道傳送之封包時，表示使用者設備1100可能已經離開邊緣運算平台1300所在網路節點之區域，或使用者設備1100已停止使用應用伺服器1330之服務，此時處理器1390控制記憶裝置1320將其所儲存之使用者設備1100與對應隧道之對應關係刪除，以節省記憶空間。
以下參閱圖1、圖2及圖4說明透過邊緣運算平台連線至核心網路之方法以及用以執行該方法之邊緣運算平台。
參閱圖1中虛線箭頭之部分，為了讓邊緣運算平台1300可在不修改基地台1200及核心網路1400的設定下對使用者1100提供網路服務，必須將使用者設備1100透過基地台1200傳送之封包導向邊緣運算平台1300。而當基地台1200傳往核心網路1400之封包被導向邊緣運算平台1300 時，使用者設備1100原本透過基地台1200連線至核心網路1500之功能即改由邊緣運算平台1300提供。
參閱圖1、圖2及圖4，在一實施例中，邊緣運算平台1300執行透過邊緣運算平台連線至核心網路之方法400之步驟S311及S301之後，可由封包調度器1380執行步驟S401。步驟S311及步驟S301之詳細說明請見前述。在步驟S401中，封包調度器1380辨識第一封包之目的IP位址，若封包調度器1380判斷第一封包之目的IP位址屬於核心網路1400，則將第一封包經由第一封包所對應之數據隧道轉送至核心網路1400。相對地，當邊緣運算平台1300自核心網路1400接收一封包(下稱第三封包)時，封包調度器1380將第三封包經由第三封包所對應之數據隧道轉送至基地台1200。透過步驟S401之操作即可使邊緣運算平台1300提供使用者設備1100連結核心網路1400及網際網路1500之上網功能。在本實施例中第一封包及第三封包例如但不限為GTP封包。
在本實施例中，亦可選擇性地執行連線至核心網路之方法400之步驟S313，步驟S313之詳細說明請見前述。
在一些實施例中，應用伺服器1330及DNS伺服器1370可為虛擬伺服器，以節省硬體成本。
上文中所述僅為本發明之一些較佳實施例。應注意的是，在不脫離本發明之精神與原則下，本發明可進行各種變化及修改。所屬技術領域中具有通常知識者應明瞭的是，本發明由所附申請專利範圍所界定，且在符合本發明之意旨下，各種可能置換、組合、修飾及轉用等變化皆不超出本發明由所附申請專利範圍所界定之範疇。
300‧‧‧邊緣運算網路服務提供方法
S301~S305‧‧‧步驟

Claims (11)

  1. 於一使用者裝置及一核心網路之間提供網路服務的一種邊緣運算網路服務提供方法，該使用者裝置透過一基地台連線至該核心網路，該邊緣運算網路服務提供方法包含：透過一邊緣運算平台偵測連結該使用者設備與該核心網路之一數據隧道；透過該邊緣運算平台儲存該使用者設備之IP位址與該數據隧道之一對應關係；透過該邊緣運算平台將經由該數據隧道自該基地台接收之一第一封包拆裝；透過該邊緣運算平台將經拆裝之該第一封包轉送至該邊緣運算平台上之一應用伺服器；以及透過該邊緣運算平台依據該對應關係將該應用伺服器回傳之數據封裝成一第二封包，並經由該數據隧道回傳該第二封包。
  2. 如請求項1所述之邊緣運算網路服務提供方法，更包含：透過該邊緣運算平台，於經過一段時間未接收到經由該數據隧道傳送之封包時，將該對應關係刪除。
  3. 如請求項1所述之邊緣運算網路服務提供方法，更包含：透過該邊緣運算平台將該基地台傳送至該核心網路之封包導向該邊緣運算平台；以及透過該邊緣運算平台將該核心網路傳送至該基地台之封包導向該邊緣運算平台。
  4. 如請求項1所述之邊緣運算網路服務提供方法，更包含：透過該邊緣運算平台辨識該第一封包之一目的IP位址，若該目的IP位址屬於該應用伺服器則將該第一封包拆裝並轉送至該應用伺服器，若該目的IP位址屬於該核心網路則將該第一封包經由該數據隧道轉送至該核心網路；以及透過該邊緣運算平台將經由該數據隧道自該核心網路接收之一第三封包經由該數據隧道轉送至該基地台。
  5. 如請求項4所述之邊緣運算網路服務提供方法，更包含：透過該邊緣運算平台辨識該第一封包之一來源IP位址，若該來源IP位址屬於一訂用該應用伺服器之服務之使用者設備則將該第一封包拆裝並轉送至該應用伺服器。
  6. 佈建於一使用者裝置及一核心網路之間的一種邊緣運算平台，該使用者裝置透過一基地台連線至該核心網路，該邊緣運算平台包含：一記憶裝置；一應用伺服器；一領域名稱系統伺服器；一封包監聽器，用以偵測連結該使用者設備與該核心網路之一數據隧道；一處理器，用以控制該記憶裝置儲存該使用者設備之IP位址與該數據隧道之一對應關係；一上行鏈路，用以將經由該數據隧道自該基地台接收之一第一封包拆裝並轉送至該領域名稱系統伺服器，其中，該領域名稱系統伺服器接 收經拆裝之該第一封包後，將經拆裝之該第一封包轉送至該應用伺服器；以及一下行鏈路，用以依據該對應關係將該應用伺服器回傳之數據封裝成一第二封包，並經由該數據隧道回傳該第二封包。
  7. 如請求項6所述之邊緣運算平台，其中，該處理器於該封包監聽器經過一段時間未偵測到經由該數據隧道傳送之封包時，控制該記憶裝置刪除該對應關係。
  8. 如請求項6所述之邊緣運算平台，更包含：一代理伺服器，用以：將該基地台傳送至該核心網路之封包導向該邊緣運算平台；以及將該核心網路傳送至該基地台之封包導向該邊緣運算平台。
  9. 如請求項6所述之邊緣運算平台，更包含：一封包調度器，用以：辨識該第一封包之一目的IP位址並進行以下操作：若該封包調度器判斷該目的IP位址屬於該應用伺服器，則將該第一封包轉送至該上行鏈路，其中，該上行鏈路接收該第一封包後將該第一封包拆裝並轉送至該領域名稱系統伺服器，該領域名稱系統伺服器接收經拆裝之該第一封包後將經拆裝之該第一封包轉送至該應用伺服器；以及若該封包調度器判斷該目的IP位址屬於該核心網路，則將該第一封包經由該數據隧道轉送至該核心網路；以及將經由該數據隧道自該核心網路接收之一第三封包經由該數據隧 道轉送至該基地台。
  10. 如請求項9所述之邊緣運算平台，其中，該封包調度器還用以辨識該第一封包之一來源IP位址，若該封包調度器判斷該來源IP位址屬於一訂用該應用伺服器之服務之使用者設備，則將該第一封包轉送至該上行鏈路，其中，該上行鏈路接收該第一封包後將該第一封包拆裝並轉送至該領域名稱系統伺服器，該領域名稱系統伺服器接收經拆裝之該第一封包後將經拆裝之該第一封包轉送至該應用伺服器。
  11. 如請求項6所述之邊緣運算平台，其中該應用伺服器以及該領域名稱系統伺服器係以虛擬化技術佈建。
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