[发明专利]一种基于移动代理的移动边缘计算卸载系统及方法

说明书

本发明提出了一种基于移动代理技术的移动边缘计算卸载系统与方法。该系统通过在移动设备上设置计算卸载管理器，决定哪些模块需要卸载，将卸载任务封装到移动代理中，并传递到MEC服务器的代理容器中执行。本发明使用移动代理技术替代传统的虚拟机技术以及容器技术，大大缩短用户需要忍受的停机时间，即计算卸载正在进行导致用户无法接受服务的时间；并且克服了容器技术不支持异构终端的缺点，提升了计算卸载的成功率，并且更好地支持用户的移动性；同时减轻了边缘服务器和用户设备的管理负担。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种移动边缘计算卸载系统及方法。

背景技术

移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)是一项被欧洲5G PPP研究机构认可的5G网络的主要新兴技术。可以将其理解为在移动网络边缘运行的云服务器，它可以解决一些传统网络基础架构固有的问题。由于MEC服务器距离用户或信息源在地理上非常邻近，这使得服务器响应用户请求的时延大大减小，同时也降低了传输网的压力，减小了发生网络拥塞的可能性。另外，MEC服务器通常具有较高的计算能力，适合完成需要分析处理大量数据的任务。

为了解决移动终端计算能力、内存空间、电量容量有限等问题，同时提高服务质量(Quality of Service，QoS)，计算卸载的概念应运而生。计算卸载是将原本在移动终端上执行的计算密集型、资源密集型的计算任务通过无线网络发送到远端服务器上执行，依靠远端服务器丰富的计算资源和强大计算能力，更好地完成计算任务。此外，通过将复杂的计算任务搬移到远端服务器，移动终端可以大大减少计算开销，使得移动终端的能耗降低，电池续航时间延长。而MEC服务器同时具有丰富的计算资源和与靠近用户的地理位置，十分适合担任计算卸载中远端服务器的角色。

在MEC服务器上，可能同时运行着多个不同应用程序的组件，为了保证各个应用程序的安全性和完整性，不同应用程序的组件之间的资源隔离(尤其是内存)是必需的，对这些组件进行的隔离称为应用组件的托管，同时隔离出来的组件也作为计算任务卸载的对象。

目前，在移动边缘计算卸载领域中常用的应用组件托管技术有两种：虚拟机(Virtual Machine，VM)技术和容器(Container)技术。

由于虚拟机的实时迁移是云计算数据中心所采用的一项成熟技术，拥有着高可靠性和安全性的优点，因此许多MEC计算卸载工作都以虚拟机为应用组件托管技术。例如，K.Ha等人就在他们的研究工作“Adaptive VM handoff across cloudlets”中讨论了用于边缘计算环境下的实时虚拟机迁移与传统数据中心中虚拟机的迁移之间的区别，考虑了用户移动性并提出无缝的VM切换技术，以在用户移动时将运行中的虚拟机迁移到最优的站点。

然而，随着移动应用对时延的要求越来越高，基于虚拟机的计算卸载过程启动慢，需要传输的数据量大的弊端也逐渐显露出来。因此，提出了基于容器的计算任务卸载。Machen等人在论文“Migrating running applications across mobile edge clouds:poster”中提出了一个层次化的计算卸载框架，并分别用虚拟机和容器实现框架进行性能对比，结果表明容器的表现优于虚拟机。具体来说，与虚拟机相比，容器的速度更快，需要传输的数据更少，是当前热门的研究对象。

但是，容器技术依旧有他的弊端，那就是对不同平台的支持很差。例如，在Linux系统环境下开发的容器不能在Windows系统中运行。而移动代理(Mobile Agent，MA)技术可以解决这一问题。

与虚拟机和容器技术相比，除了数据传输量更小，启动和运行速度更快以外，MA对服务器的要求也很低，只要求服务器提供运行时的环境。此外，MA可以克服容器在动态和异构环境中的困难。一个直观的例子是JADE(JAVA Agent Development Framework,一种开发代理的软件框架)中实现的代理可以在配备了Java运行环境的任何机器实例上运行。