m88体育(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(45)授权公告日(21)申请号1.4(22)申请日2019.09.19(65)同一申请的已公布的文献号申请公布号CN110647382(43)申请公布日2020.01.03(73)专利权人中国科学院计算技术研究所地址100190北京市海淀区中关村科学院南路6号(72)发明人彭燕刘玲周一青石晶林(74)专利代理机构北京泛华伟业知识产权代理有限公司11280代理人(51)Int.Cl.G06F9/455(2006.01)G06F9/48(2006.01)G06Q10/06(2012.01)(56)对比文件CN109951821A,2019.06.28CN108616816A,2018.10.02US2010180275A1,2010.07.15张开元等.移动边缘网络中计算迁移与内容缓存研究综述.《软件学报》.2019,审查员(54)发明名称一种车联网服务动态迁移方法(57)摘要本发明提供一种车联网服务动态迁移方法，充分考虑移动速度对迁移决策的影响，建立移动速度与服务迁移的好处和成本的关系模型，设计动态的迁移机制，根据车辆的移动速度进行迁移成本和服务QoS的动态均衡。与现有技术相比，本发明根据车辆移动速度进行动态迁移策略设计，有效增加运营商收益且能够更好的保障业务的QoS；充分考虑车辆的移动速度和业务的迁移时间，保障业务被迁移到当迁移完成时距离用户最近的MEC服务器，与现有技术相比，有效增加迁移收益。权利要求书2页说明书10页附图3页CN1106473821.一种车联网服务动态迁移方法，由基站提供无线接入，MEC服务器提供计算资源，服务运行在MEC服务器的虚拟机中，其特征在于，在每一个离散时刻，执行如下步骤：S1、获取当前时刻车辆移动速度；S2、根据步骤S1获取的车辆移动速度，通过如下方式获得目标MEC服务器位置：S21、基于步骤S1获取的当前时刻车辆移动速度，结合车辆当前时刻位置、当前提供服务的源MEC服务器位置、当前时刻的内存脏页率以及服务系统状态信息，分别计算迁移时间、迁移距离；S22、根据步骤S21中计算的迁移时间、迁移距离以及当前源MEC服务器的位置计算迁移完成后为车辆提供服务的目标基站位置，其中该基站处的MEC服务器位置为目标MEC服务器位置；并分别计算在不同服务迁移策略下的服务收入、服务成本、迁移成本，其中，服务迁移策略包括:第一迁移策略，当前时刻服务不迁移；第二迁移策略，当前时刻服务要迁移；S3、根据不同服务迁移策略下的服务收入、服务成本和迁移成本，计算不同服务迁移策略下的服务收益，服务收益为服务收入与服务成本和迁移成本的差值；其中，第一迁移策略下的服务收益为第一迁移策略下的服务收入与第一迁移策略下的服务成本之差；第二迁移策略下的服务收益为第二迁移策略下的服务收入与第二迁移策略下的服务成本及迁移成本之差；S4、根据不同服务迁移策略下的服务收益，计算不同服务迁移策略下的长期平均收益，选择长期平均收益最大者所对应的服务迁移策略。2.根据权利要求1所述的一种车联网服务动态迁移方法，其特征在于，基于移动性预测获取车辆移动速度。3.根据权利要求2所述的一种车联网服务动态迁移方法，其特征在于，根据当前时刻的道路环境信息、驾驶员习惯以及车辆历史运行速度信息采用隐马尔可夫模型预测车辆当前移动速度。4.根据权利要求1所述的一种车联网服务动态迁移方法，其特征在于，服务收入为车辆服务的TCP吞吐量与其服务单价的乘积；服务成本为车辆服务消耗的计算、通信以及存储资源所带来的支出之和；迁移成本为执行服务迁移策略时为服务租用额外资源带来的支出；支出为资源的消耗量与该资源对应单价的乘积。5.根据权利要求4所述的一种车联网服务动态迁移方法，其特征在于，所述步骤S2还包括如下步骤：S23、计算当前时刻的服务交互时延，并结合服务系统的状态计算当前时刻的TCP吞吐量；根据迁移时间计算迁移完成后对应的交互时延以及对应的TCP吞吐量；根据服务迁移前后的TCP吞吐量，分别计算第一迁移策略和第二迁移策略下的服务收入；S24、分析服务迁移前后车辆消耗的计算、通信以及存储资源，并分别计算第一迁移策略和第二迁移策略下的服务成本；S25、根据源MEC服务器的位置和目标MEC服务器位置，计算迁移成本m88体育。6.根据权利要求5所述的一种车联网服务动态迁移方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下步骤：S41、分别计算第一迁移策略和第二迁移策略下的长期平均收益；S42、对比第一迁移策略和第二迁移策略下的长期平均收益，当第一迁移策略下的长期CN110647382平均收益大于第二迁移策略下的长期平均收益时，执行第一迁移策略，当前时刻服务不迁移，反之，则执行第二迁移策略，将服务从源MEC服务器迁移到目标MEC服务器。7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上包含有计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至6任一所述方法的步骤。8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，在所述存储器上存储有能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6中任一所述方法的步骤。CN110647382一种车联网服务动态迁移方法技术领域[0001]本发明涉及无线通信领域，具体来说涉及移动边缘计算的服务迁移领域，更具体地说，涉及一种车联网服务动态迁移方法。背景技术[0002]车联网是第五代移动蜂窝网络(5G)的典型应用场景。在车联网中，大量车辆安全、服务类业务，如车辆的自动/智能辅助驾驶和乘客的增强/虚拟现实等服务，具有超低时延和超高吞吐量的需求。移动边缘计算(MEC)，通过在网络边缘(如基站)部署MEC服务器，为业务近距离地提供计算资源，可以显著降低业务交互时延，提升吞吐量m88体育，提升业务的服务质量(QoS)。MEC服务器采用虚拟化技术将计算、存储和通信资源虚拟化，形成定制化的虚拟机(VM)。服务运营商的应用服务通过租用VM来部署和运行。但是，在车联网中由于MEC服务器覆盖范围有限和车辆的高移动性，使得将MEC应用到车联网中遇到巨大的挑战。高移动性的车辆很快移动到当前服务MEC服务器覆盖范围外，随着车辆与服务MEC服务器距离增加m88体育，车联网业务的交互时延增加，业务QoS降低。虽然通过服务迁移，将运行车辆业务的虚拟机(VM)迁移到距离车辆较近的MEC服务器上，能够显著降低业务交互时延，提升吞吐量，提升业务的服务质量；但是，服务迁移会产生不可忽略的迁移成本，例如回传链路(backhaul)负载，迁移的好处与迁移成本没有很好的实现均衡，因此，设计高效的迁移策略实现迁移成本和迁移好处的均衡是一个亟待解决的问题。[0003]服务迁移技术在数据中心已经有大量的研究，通常是以降低系统能耗和负载均衡等为目标。但是该类服务迁移技术由于未考虑移动性相关的因素，不能适用于具有高移动性的车联网场景。[0004] MEC领域的服务迁移问题已经得到大量关注，近年来针对车联网场景中的迁移，主 要有以下几个方面： [0005] 1、从优化传输时延角度出发，提出“总是迁移”方案，保障服务总是迁移到距离车 辆最近的MEC服务器运行，进而最小化车辆和MEC服务器的传输时延；但是，这种方案中，频 繁的服务迁移会导致巨大的迁移成本。 [0006] 2、从优化服务迁移的成本角度出发，将迁移成本建模为常数，考虑更加实际的迁 移成本，从网络负载的角度建模迁移成本，将其定义为传输数据量与传输距离的乘积。此 外，采用马尔可夫决策过程Markov Decision Process(MDP)进行迁移好处(改善的QoS)和 迁移成本的均衡，得到基于服务距离的迁移策略，即根据系统每个时刻的服务距离，进行迁 移决策。 [0007] 上述研究均忽略了迁移过程中业务QoS的降级。由于迁移执行时间可能长达数十 秒，在迁移过程中业务的交互时延(round‑trip time，RTT)增加，TCP(transmission control protocol)吞吐量减小，这种QoS降级会严重影响车辆安全和乘客体验。 [0008] 此外，上述研究忽略移动速度对服务迁移的影响。实际上，移动速度是影响服务迁 移的关键因素，服务迁移的好处和成本受移动速度的影响，随着移动速度的增加，服务迁移 CN110647382 带来的好处减小，因为车辆与MEC服务器的距离快速增加，服务的QoS快速降低；此外，随着移动速度的增加，服务迁移的成本增加，因为迁移数据传输距离增加，迁移频率增加。因此， 如何建模QoS和迁移成本随着移动速度和迁移决策的动态变化，综合考虑QoS和迁移成本， 设计有效的迁移策略，根据终端的移动速度进行迁移成本和服务QoS的动态均衡仍然具有 很大的挑战。 发明内容 [0009] 因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种新的动态迁移方法， 充分考虑迁移过程中业务QoS的降级和移动速度对迁移决策的影响的问题，设计动态的迁 移策略，根据车辆的移动速度进行迁移成本和服务QoS的动态均衡。 [0010] 本发明提供的一种车联网服务动态迁移方法，由基站提供无线接入，MEC服务器提 供计算资源，服务运行在MEC服务器的虚拟机中，在每一个离散时刻，执行如下步骤： [0011] S1、获取当前时刻车辆移动速度；此处可基于移动性预测获取车辆移动速度，根据 当前时刻的道路环境信息、驾驶员习惯以及车辆历史运行速度信息采用隐马尔可夫模型预 测车辆当前移动速度。 [0012] S2、根据步骤S1获取的车辆移动速度，分别计算在不同服务迁移策略下的服务收 入、服务成本、迁移成本；服务迁移策略包括：第一迁移策略和第二迁移策略，第一迁移策略 表示当前时刻服务不迁移；第二迁移策略表示当前时刻服务要迁移； [0013] 其中，服务收入为车辆服务的TCP吞吐量与其服务单价的乘积； [0014] 服务成本为车辆服务消耗的计算、通信以及存储资源所带来的支出之和； [0015] 迁移成本为执行服务迁移策略时为服务租用额外资源带来的支出； [0016] 支出为资源的消耗量与该资源对应单价的乘积。 [0017] S3、根据不同服务迁移策略下的服务收入、服务成本和迁移成本，计算不同服务迁 移策略下的服务收益，服务收益为服务收入与服务成本和迁移成本的差值；其中，第一迁移 策略下的服务收益为第一迁移策略下的服务收入与第一迁移策略下的服务成本之差；第二 迁移策略下的服务收益为第二迁移策略下的服务收入与第二迁移策略下的服务成本及迁 移成本之差。 [0018] S4、根据不同服务迁移策略下的服务收益，计算不同服务迁移策略下的长期平均 收益，选择长期平均收益最大者所对应的服务迁移策略。 [0019] 其中，所述步骤S2包括如下步骤： [0020] S21、基于步骤S1获取的当前时刻车辆移动速度，结合车辆当前时刻位置、当前提 供服务的源MEC服务器位置、当前时刻的内存脏页率以及服务系统状态信息，分别计算迁移 时间、迁移距离； [0021] S22、根据步骤S21中计算的迁移时间、迁移距离以及当前源MEC服务器的位置计算 迁移完成后为车辆提供服务的目标基站位置m88体育，其中该基站处的MEC服务器位置为目标MEC服 务器位置； [0022] S23、计算当前时刻的服务交互时延，并结合服务系统的状态计算当前时刻的TCP 吞吐量；根据迁移时间计算迁移完成后对应的交互时延以及对应的TCP吞吐量；根据服务迁 移前后的TCP吞吐量，分别计算第一迁移策略和第二迁移策略下的服务收入； CN110647382 [0023]S24、分析服务迁移前后车辆消耗的计算、通信以及存储资源，并分别计算第一迁 移策略和第二迁移策略下的服务成本； [0024] S25m88体育、根据源MEC服务器的位置和目标MEC服务器位置，计算迁移成本。 [0025] 所述步骤S4包括如下步骤：