第 4 期 吴大鹏等:移动性感知的边缘服务迁移策略 ·3·
可夫决策过程,通过用户与服务位置之间的相对距
离来获取近似的底层状态空间,然而,该决策模型
仅适用于一维服务迁移场景。
综上所述,已有的相关研究主要从 3 个方面实
现用户的服务迁移。1) 假设用户移动路径已知的情
况下,对系统资源与服务迁移策略进行联合优化,
使系统某一性能(如用户感知时延、系统吞吐量等)
达到最优。2) 在服务迁移决策过程中,忽略服务迁
移所产生的成本开销与用户被多个微基站重叠覆
盖的情况,以提高用户服务质量为优化目标。3) 假
设边缘服务器拥有充足的计算与存储资源,把用户
的移动性建模为一维或二维马尔可夫状态转移模
型,根据用户在每个时刻所处的环境状态进行边缘
服务迁移决策。然而,在实际应用场景中,用户的
地理位置具有部分可预测性,对于运动轨迹无法预
测的用户,其移动性无法通过马尔可夫状态转移模
型进行刻画。其次,已有研究没有从服务提供商的
角度考虑如何在保证用户服务质量的前提下,使边
缘服务迁移成本开销保持长期稳定。最后,由于移
动边缘计算网络的通信资源、计算能力以及存储容
量是有限的,忽略对这类资源的合理调度将导致网
络无法应对数量呈爆发式增长且服务质量需求日
益增高的各类应用请求。
3 系统模型
本文的系统模型如图 1 所示,在宏基站(MBS,
macro base station)覆盖范围内存在多个小基站
(SBS, small base station),其中 MEC 增强的 SBS 又
称为边缘节点(EP, edge point)。考虑到每个小基站
覆盖范围内服务请求量的差异性,为节约部署成
本,服务请求量相对较小的地区不需要部署边缘服
务器,但对于热点区域情况则相反。实际上,非热
点区域的服务请求可以通过小基站转发至宏基站,
并由宏基站转发到远端云服务器或者周边的边缘
服务器。例如:小基站 SBS
1
没有部署边缘服务器,
所以用户 user
1
只能通过宏基站向云服务器或者邻
近的边缘服务器请求服务。对于没有被小基站覆盖
的用户,其服务请求只能通过宏基站转发到云服务
器或者边缘服务器。由于用户的移动性或新用户的
加入使网络的拓扑结构发生变化,导致用户的服务
进程从原来的服务器迁移到另一个服务器。开始时
刻,小基站 SBS
2
为用户 user
2
提供服务。一段时间
后,用户 user
2
移动到小基站 SBS
3
所覆盖的区域。
由于边缘服务器存储资源、计算资源以及通信资源
有限,在每个边缘服务器上仅能运行有限的应用服
务,小基站 SBS
3
没有可供用户 user
2
服务需求使用
的资源,因此用户 user
2
在小基站 SBS
2
的服务配置
文件只能通过宏基站迁移到邻近的边缘服务器
SBS
4
,从而实现边缘服务迁移。
在宏基站覆盖范围内部署
个 SBS 与
个边缘
服务器,用户数量为
1N
。令
{
0,1, 2, ,T=T
表示
时间离散化序列集合, ()
j
k
yt表示用户 k 在时隙
t
内关
于
BS
j
(j=0 时为 MBS,j≠0 时为 SBS)的接入参数,
用户
k 接入 BS
j
,则 () 1
j
k
yt= ,否则 () 0
j
k
yt= 。通常情
况下,用户
k 只能接入到一个 BS。因此,对任意的
用户
k 来说,其接入约束条件如式(1)所示。
0
() 1
M
j
k
j
yt
=
=
∑
(1)
由于边缘服务器处理任务的输出结果远小于
任务大小
[14-17]
,本文只考虑上行信道资源分配。假
设系统的通信资源块(
RB, resource block)总数为
F ,每个通信资源块的带宽为W MHz,宏基站的
资源块总数为
0
C ,剩余的
0
FC− 通信资源块由 SBS
图 1 系统模型
万方数据