一种保障MEC业务连续性的重放置方法

技术领域

本发明涉及一种方法，具体涉及一种保障MEC业务连续性的重放置方法，属于MEC业务技术领域。

背景技术

近年来，随着云网融合、算网一体的发展，网络连接从有形实体连接向无形的内容、服务、算力等虚拟连接发展，使得移动场景和主体更加泛在化，包括终端、服务端、网络等的泛在移动；其次网络进一步扁平化，以及无线侧高密集组网的应用，使得水平切换更加频繁。这种范式的变化引入了多网络融合和覆盖区域交叉重叠的全新场景，此场景中用户采用多种制式接入，网络节点与用户终端高速移动，亟需增强移动节点在多接入网络之间的无缝切换能力，以业务的连续性。

由于现有移动网络架构中固定的移动性锚点的存在，现有MEC(Multi-accessEdge Computing，即多接入边缘计算)重放置方法难以很好的保障移动状态下的业务连续性。一个典型的场景：高速行驶的车辆频繁跨网关切换难以保障业务连续性，同时无法满足超低时延和超高可靠性。MEC覆盖范围有限，车辆的频繁跨网关切换难以支持业务连续性。ETSI(European Telecommunications Standards Institute，即欧洲电信标准化协会)和3GPP(3rd Generation Partnership Project，即第三代合作伙伴计划)已经提出了一些MEC业务重放置方案。ETSI的MEC业务重放置涉及到网络层中的MA(Mobility Anchor,即移动性锚点)和应用层中的ME(Mobile Edge，即移动边缘)APP(Application,即应用)，存在两种方案，方案1：MA切换，APP迁移；方案2：MA切换，APP不迁移。3GPP提出了SSC(Session andService Continuity，即会话和服务连续性)三种模式。

在ETSI方案1中，MN(Mobile Node,即移动终端)离开归属MA的服务范围，移动到T-MA(Target MA,即目的移动性锚点)的服务范围。首先，MN进行信号检测，通过RAN(RadioAccess Network，即无线电接入网)向信号最强的MA发送路由请求，信号最强的MA设定为T-MA。接着，T-MA接收到路由请求后，由T-MA与核心网中的AME(Access Manager NetworkElement,即接入和移动性管理网元)、SME(Session Manager Network Element,即会话管理网元)发起代理绑定更新过程，通过T-MA、AME、SME的协作，将分配给终端的IP地址转发给移动终端MN，MN接入到T-MA。然后，MN向T-MA发送业务请求数据包，其中包含S-MA(SourceMA,即源移动性锚点)分配的IP地址。T-MA根据数据包中的源IP地址，将业务数据包发送给S-MA，S-MA接收到数据包之后将数据包发送给位于S-MA服务范围中的S-MEP(SourceMobile Edge Platform，即源移动边缘平台)，S-MEP发送给对应的S-APP，同时向MEO(Mobile Edge Orchestrator，即移动边缘编排器)发送APP重放置请求。接着，MEO、MEPM(Mobile Edge Platform Manager，即移动边缘平台管理器)、MEP协作进行APP迁移管理工作。管理工作完成之后，S-MEP、S-MEPM、MEO、T-MEP、T-MEPM协作进行APP实例的迁移，同时更新T-MEP中的路由规则。之后T-MEP为终端节点MN激活迁移后的APP(T-APP)，如果需要，S-MEP对S-APP实例进行终止工作并释放资源。MEC业务重放置完成之后，MN通过T-MA、T-MEP与T-APP进行业务通信。此方案中，APP始终与MN处于相同服务范围，保障了MEC业务的低时延和高可靠。但MN进行跨网关移动时，MN离开S-MA服务范围再依次进行MA切换工作和APP迁移工作，无法支持业务连续性，造成边缘业务中断。

在ETSI方案2中，MN离开S-MA的服务范围，移动到T-MA的服务范围。首先，MN进行信号检测，检测到的信号最强的MA即为T-MA。然后MN向T-MA发送路由请求，MA接收到路由请求之后，由T-MA与核心网中的AME、SME发起代理绑定更新过程，通过T-MA、AME、SME的协作，将分配给终端的IP地址通过路由器发送给终端节点MN，MN接入到T-MA。MA迁移工作完成之后，MN向T-MA发送MEC业务数据包，其中包含源IP地址，T-MA根据源IP地址向S-MA转发业务报文。S-MA将报文转发给位于服务范围中的S-MEP，S-MEP将业务报文发送给对应的S-APP。之后S-MEP、S-APP、S-MEPM、MEO协作进行业务管理工作，更新MN与S-APP的PDU会话信息，包括会话ID、IP地址、流量规则等。管理工作完成之后，S-MEP通过S-MA与T-MA为MN激活新会话。MEC业务重放置完成，MN通过T-MA、S-MA、S-MEP与S-APP进行业务通信。与方案1相比，APP未迁移，降低了MEC业务重放置的时间，一定程度上支持了MN跨网关切换时的业务连续性。但是此方案是以更长的迂回转发路径为代价，导致时延、可靠性和路由管理等诸多问题。

在3GPP的SSC模式一中，MN发生跨网关移动时，网络提供给MN的业务服务不掉线，会话期间网络会一直维持初始移动性锚点MA，不会因为MN的移动性、接入网络技术的变化而变化，因此分配给MN的IP地址也不会变化。此模式可以应用于任何会话和任何接入类型。然而，此模式以更长的迂回转发路径为代价，导致时延、可靠性和路由管理等诸多问题。

在3GPP的SSC模式二中，MN发生跨网关移动时，网络释放与MN的连接服务以及相应的应用会话，原先分配的IP地址也会被释放。SSC模式二在移动性锚点变更时，先释放原来的连接，再建立MN与新的移动性锚点的连接，重新为MN分配IP地址。此模式无法满足业务连续性，会造成业务连续性中断。

在3GPP的SSC模式三中，MN发生跨网关移动时，当移动性锚点改变时，在改变之前建立与新的会话锚点间的连接，新连接也访问同一个数据网络DN。新的移动性锚点给MN分配新的IP地址之后，通过NAS(Network Attached Server,网络接入服务器)信令指示MN维持旧的IP地址一段时间，然后再释放旧的IP地址，同时旧的会话资源也相应的释放了。此模式中用户的通信地址会随着用户锚点的改变而改变，但是由于之前已经建立了新连接，业务不会有中断。但此模式完成后，MN依旧与同一DN进行通信会话，数据转发路径迂回冗长，造成时延、可靠性和路由管理等诸多问题。

因此，在MN发生跨网关移动时，上述的方案无法保障业务的连续性和低时延高可靠的业务质量，主要存在以下问题：

(1)现有的MEC业务重放置方案提供多种类型的会话和业务连续性模式，例如3GPP的SSC三种模式，以满足不同应用和业务的各种连续性需求。此类方案流程繁琐、网络部署复杂，如何实现统一的MEC业务重放置流程以应对不同场景和业务的各种连续性需求，现有技术并未明确。

(2)当MN发生跨网关移动时，业务重放置需要依次进行网络层MA的切换和应用层APP的迁移，业务重放置完成之后才能恢复业务通信。处理时间过长，超出业务忍受的中断时间范围，造成业务连续性中断。APP不迁移一定程度上保障了业务连续性，但转发路径迂回冗长，导致时延、可靠性和路由管理等问题。

(3)APP实例根据身份位置统一的通信地址(例如IP地址)识别移动终端身份并且一些APP会话期间不支持移动终端MN通信地址的改变，因此移动性锚点固定。当MN发生跨网关移动时，APP发生迁移，然而移动性锚点固定，数据包转发路径迂回，流程复杂，造成时延、可靠性和路由管理等问题。

(4)MN发生跨网关移动时，连接节点MA发生切换，APP需要迁移到贴近用户的位置。如何实现网络与应用之间的通知协同，以及网络层连接节点与目标应用位置的一致性，现有技术并未明确。

(5)移动终端设备呈现多样性，如自动驾驶汽车、无人机、卫星、远洋货轮等。现有网络中的身份位置统一的通信地址与移动性锚点结合的范式无法有效的支持多制式接入，增加了网络部署和设备接入的复杂性。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种保障MEC业务连续性的重放置方法，该技术方案采用统一的MEC业务重放置方法，以适应不同场景和业务的各种连续性需求，实现以较低的业务迁移开销换取较小的业务时延，同时简化了MEC业务重放置流程和网络部署。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种保障MEC业务连续性的重放置方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，移动终端MN上线，完成注册登记和会话注册流程，会话与终端身份标识绑定；

步骤S2，移动终端MN即将发生跨网关切换，触发网络层与应用层通知协同机制，应用层感知网络层状态变化；

步骤S3，移动终端MN发生跨网关切换，协同进行网络层切换管理与应用层边缘应用迁移流程。

其中，所述步骤S1具体如下，移动终端MN注册登记和会话注册流程，具体如下：

步骤S101，移动终端MN上线，具备全网唯一用户身份标识(UID)，根据信号强度向其所属接入服务节点(ASN)发送路由请求，请求接入ASN；

步骤S102，ASN接收到MN的路由请求后，向核心网中的接入和移动性管理网元(AME)发送鉴权和授权请求，AME为请求接入的终端进行鉴权服务，判断接入终端是否合法，AME为合法终端授权；ASN为授权后的MN分配合适的路由标识(RID)，并将MN的UID/RID映射信息记录到本地缓存中；

步骤S103，ASN向所述的身份位置寄存器(ILR)发送UID/RID映射信息更新请求，告知ILR移动终端的最新的映射信息；

步骤S104，ILR接收到映射信息更新后，将移动终端的映射信息UID/RID记录到本地缓存中，以供后续通信对端向MN发起通信查询MN的路由信息；

步骤S105，接入工作完成后，ASN向MN发送路由请求成功响应。MN客户端应用(APP)向边缘数据中心中的边缘APP建立会话，此会话包含多种类型，例如5G网络中的通信数据单元(PDU)会话、4G网络中的分组数据网络(PDN)会话。首先MN通过ASN向核心网中的AME发送会话建立请求；

步骤S106，AME根据MN的RID信息，为MN需要建立的会话选择会话管理网元SME；

步骤S107，AME向选中的会话管理网元(SME)发送MN会话创建请求，SME收到请求后向AME反馈响应信息；

步骤S108，AME与SME协同对即将建立的会话进行鉴权，判断即将建立的会话是否合法，为合法的会话授权；

步骤S109，SME向MN接入的ASN发送MN会话创建请求，ASN接收到会话请求后向SME反馈响应信息；

步骤S110，SME接收到响应信息后，将即将创建的会话信息转发给AME，AME接收到后向SME反馈响应信息；

步骤S111，ASN通过接入网络(RAN)与移动终端进行特定于ASN的会话建立，会话标识符为MN的用户身份标识UID，建立过程包含向移动终端MN发送会话请求响应信息，

至此，MN与移动边缘应用(ME APP)会话建立完成。

其中，步骤S2中网络层与应用层通知协同机制，具体如下：

运营商和第三方应用之间可通过策略控制网元(PCE)、应用功能(AF)、网络能力开放网元(NEE)间的消息实现相互通知的协同机制，从而实现第三应用基于业务特点向网络发送需求以及MN位置和网络状态改变时及时通知到应用，

步骤S201，应用层订阅网络事件通知，可以通过AF以3种方式实现，

方式1，应用层通过AF请求消息传递应用对网络资源的请求，从而实现网络层保障该业务所需的时延、带宽需求，

方式2，应用层通过AF/NEE向网络层订阅事件通知消息，例如节点发生跨网关切换，以便当网络检测到订阅的事件触发时，立刻通知AF，

方式3，应用层通过AF发起终端数据路由的修改过程，调整上下行链路和多归属策略实现对接入连接点ASN的管理，

步骤S202，AF接收到订阅消息后，向PCE发送影响路由策略控制信息的AF请求；

步骤S203，网络层PCE接收到AF订阅消息发生，例如无线电网络信息服务(RNIS)感知到会话的接入连接点ASN发生改变、数据网络(DN)接入标识符(DNAI)改变等事件发生，网络层将发送通知消息给应用层，包含改变后的目标数据网络标识DNAI，目的是应用层获取目标ME主机位置进行应用迁移，保障接入节点ASN和目标APP位置的一致性。

其中，步骤S3所述网络层切换管理与应用层边缘应用迁移流程，具体如下：

移动终端MN即将离开源接入服务节点S-ASN的服务范围，进行信号检测，检测到新的ASN的信号大于S-ASN的信号，且信号强度之差超过一定阈值，将此ASN设为目的接入服务节点T-ASN，T-ASN的移动应用平台作为目标移动应用平台T-MEP，触发应用层边缘应用MEAPP迁移，

移动终端MN发生跨网关移动，应用层边缘应用ME APP迁移流程分为6个模块,

模块1，MN与S-ASN分离,

步骤S301，MN即将离开S-ASN的服务范围，MN中的客户端APP向源边缘网络中的S-MEP发送应用移动请求，S-MEP向MN反馈响应；

步骤S302，S-MEP启用应用移动性，为S-APP的迁移做准备，其中包含定位与MN APP会话的S-APP、整理会话上下文数据等；

模块2，MN接入T-ASN,。

步骤S303，步骤为MN网络层进行切换管理和应用层会话更新流程；

模块3，为MN更新流量规则,

步骤S304，移动终端MN接入T-ASN，S-RNIS收到MN的切换消息，向S-MEP发送MN区域改变通知，S-MEP接收到之后向S-RNIS反馈确认响应；

步骤S305，S-MEP向S-MEPM查询能够让MN接收到信息的目标主机T-MEC主机，S-MEPM将查询转发给MEO,MEO通过运营商策略、移动策略、应用要求、应用能力、移动边缘系统状态等一系列策略方式，最终MEO确定T-MEC主机，并将信息通过S-MEPM转发给S-MEP，以便S-MEP能够与T-MEP联系,同时S-MEP获取平台中需要迁移到T-MEP的S-APP和会话上下文信息；

步骤S306，S-MEP查询受影响的流量路由规则，该规则包括业务过滤器的一部分MNUID和作为应用程序一部分的应用信息；

步骤S307，S-MEP向T-MEP发送流量路由规则更新请求，其中包含应用信息和受影响的流量路由规则；

步骤S308，T-MEP接收来自S-MEP流量路由规则更新请求，更新本地流量路由规则；

步骤S309，更新完成之后向S-MEP反馈流量路由规则更新响应；

模块4，应用迁移管理,

步骤S310，MN网络层切换完成，T-MEP路由规则更新完成，MN APP向S-MEP发送应用迁移请求；

步骤S311，S-MEP捕获正在服务的S-APP状态信息和步骤S305获取完成的会话上下文信息；

步骤S312，S-MEP通过S-MEPM向MEO发送应用迁移请求，包含S-APP ID和目标节点的ID；

步骤S313，MEO向T-MEPM发送实例化应用请求，T-MEPM在目标T-MEC主机实例化T-APP；

步骤S314，实例化完成，MEO通过S-MEPM向S-MEP反馈应用迁移响应；

步骤S315，S-MEP向T-MEP发送应用状态信息传输请求，该应用状态信息传输请求包含所捕获的S-APP的状态信息和会话上下文信息；

步骤S316，T-MEP将接收到的服务状态信息和上下文信息与在T-MEC主机上运行的T-APP进行同步，并激活；

步骤S317，T-MEP向S-MEP发送应用状态信息传输响应，以指示应用实例传输的服务状态是否成功；

步骤S318，T-APP实例在服务状态信息和上下文信息同步后，向T-MEP发送应用实例运行通知；

步骤S319，T-MEP向S-MEP转发T-APP应用实例运行通知；

步骤S320，S-MEP向MN APP发送应用迁移响应，触发下一个模块；

模块5，激活新的流量路由规则,

步骤S321，T-APP向T-MEP激活流量路由规则；

步骤S322，T-MEP激活流量路由规则；

步骤S323，T-MEP向S-MEP转发流量路由规则激活通知；

步骤S324，S-APP向S-MEP发送停用或更新本地流量规则请求；

步骤S325，S-MEP从S-RNIS接收RNIS区域更改通知；

步骤S326，当S-MEP接收到T-MEP的流量路由规则激活通知和S-APP的流量路由停用或更新请求后，S-MEP停用或更新相应的流量路由规则；

模块6，终止源应用。

步骤S327，如果需要节省资源等，S-MEP、S-MEPM、MEO、S-APP、S-RNIS协同终止源应用。

其中，步骤S303网络层切换管理流程和应用会话更新流程，具体如下：

步骤S303-1，MN触发网络切换，向AME发送会话修改请求，请求报文中包含会话ID；

步骤S303-2，AME接收到会话修改请求，根据会话ID向会话对应的会话管理网元SME发送会话修改请求，SME接收到请求后反馈给AME会话修改响应，进行会话修改准备工作；

步骤S303-3，AME接收到响应后，向MN发送会话修改命令，MN开启计时器，进行网络切换；

步骤S303-4，MN向T-ASN发起路由请求，请求中包含授权信息，请求接入T-ASN；

步骤S303-5，T-ASN接收到路由请求，分配给MN新的路由标识RID2，并将UID/RID2的映射信息记录到本地缓存中；

步骤S303-6，T-ASN向S-ASN建立临时传输隧道，同时T-ASN向ILR发送映射信息更新请求，ILR接收到更新请求后，对本地缓存中的映射信息进行更新，记录最新的MN的映射信息；

步骤S303-7，T-ASN向MN发送路由请求成功响应，进行后续会话修改工作；

步骤S303-8，接入工作完成之后，MN通过T-ASN，向AME发送新会话建立请求，数据包中包含新旧会话的ID；

步骤S303-9，AME接收到新会话建立请求后，向管理旧会话的SME发送会话修改请求，包含新旧会话ID；

步骤S303-10，管理旧会话的SME确定需要执行的ASN，并对ASN进行重新定位；

步骤S303-11，反馈AME会话修改响应，该数据包包含新会话的信息；

步骤S303-12，SME向T-ASN发送会话修改请求，T-ASN向SME反馈会话修改响应；

步骤S303-13，T-ASN与MN建立特定于T-ASN的会话，建立完成后向MN发送新会话建立成功响应；

步骤S303-14，新会话建立完成后，等待计时器停止，MN释放与S-ASN的会话资源。

一种保障MEC业务连续性的重放置方法的结构，所述结构包括网络层结构和应用层结构，

网络层结构分为中心DC(Data Center,即数据中心)、本地DC、边缘DC，将应用资源卸载到距离用户更近的位置，移动终端包含多种类型。例如手机、自动驾驶汽车、高速列车、无人机等。本发明所述保障MEC业务连续性的重放置网络层结构如图1所示，应用层结构如图2所示，其中主要网元和功能实体包括：

其中，网络层结构包括

接入服务节点ASN，ASN是接入网络和核心网络的接口，同时也是移动终端MN的接入连接点，负责保障MN与整个网络的通信连接、向MN分配位置地址RID、注册、认证、授权、流量计费，在控制层面缓存移动终端的UID/RID的映射关系，在数据层面中，ASN负责封装和解封装网络中的数据包，

身份位置寄存器ILR(Identifier Locator Register)，ILR负责维护、管理移动终端最新的UID/RID映射关系、初始注册流程、广域网通信对端的RID查询，

会话管理网元SME，SME负责会话管理，隧道维护，路由标识分配和管理，ASN选择，策略实施和QoS控制和流量计费，此网元包含多种类型，例如5G网络中的SMF(SessionManagement Function,即会话管理功能)，4G网络中MME的会话管理功能等。

接入和移动性管理网元AME，AME是终端和无线核心网的接入点，负责执行注册、连接、可达性、移动性管理，为移动终端和SME提供会话管理信息传输通道，为移动终端接入提供认证、鉴权功能，此网元包含多种类型，例如5G网络中的AMF(Access and MobilityManagement Function，即接入和移动管理功能)，4G网络中MME中NAS接入控制功能。

策略控制网元PCE(Policy Control Network Element，即策略控制网元)，PCE支持管控网络行为的统一策略框架，提供策略规则给控制面执行，访问数据库中与策略制定相关的订阅信息，此网元包含多种类型，例如5G网络中的PCF(Policy Control Function，即策略控制功能)，4G网络中的PCRF(Policy and Charging Rule Function，即策略和计费控制单元)。

网络能力开放网元NEE(Network Exposure Network Element，即网络能力开放网元)，NEE提供网络功能能力的外部公开，外部暴露可分为监控能力、供应能力、流量路由的应用和影响和策略/计费能力。此网元包含多种类型，例如5G网络中的NEF(NetworkExposure Function，即网络能力开放)，4G网络中的SCEF(Service Capability ExposureFunction，即服务能力开放)。

其中，应用层结构包括：

移动边缘应用ME APP，ME APP是运行在虚拟化基础设施上的应用实例，可以与移动边缘平台进行交互，以获取移动边缘平台的服务化开放能力，

移动边缘平台MEP，MEP负责为APP提供移动边缘服务，包括：服务注册、服务发现、状态监控、本地分流、DNS服务、负载均衡器、防火墙、以及无线网络信息服务、位置信息服务、带宽管理服务等一系列无线网络能力服务。在分布式MEC系统的协作机制中，可以与不同MEP互联。

无线电网络信息服务RNIS(Radio Network Information Service，即无线电网络信息服务)，RNIS为ME APP提供无线网络相关信息的服务，ME APP可以通过查阅或订阅的方式来获取到期望的无线网络信息，如移动终端发生切换。

移动边缘平台管理器MEPM，MEPM负责MEP的基本运维、移动边缘服务配置、ME APP的生命周期管理以及ME APP的应用规则和需求管理等功能，

移动边缘编排器MEO，MEO是MEC业务的编排中心，通常全国只部署一个，位于中心DC，MEO宏观掌握MEC平台所有的资源和容量，主要包括虚拟基础设施管理器中的计算、存储、网络资源、应用程序镜像资源、检查软件包的完整性和真实性，然后还需要衡量用户资源需求以及各ME主机的可用资源，为其选择最为合适的ME主机进行部署。

应用功能AF(Application Function)，AF是指核心网应用层中的各类服务，可以是运营商内部的应用、也可以是第三方的AF如视频服务器等。也可以放置到网络边缘，例如RNIS。

数据转发平面软件DP(Data Plane)，DP负责执行MEP下发的流量规则，处理MEAPP、ME服务、DNS服务器、代理服务器、3GPP网络、其他访问网络、局域网和外部网络之间的流量。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，(1)采用统一的MEC业务重放置方法，以适应不同场景和业务的各种连续性需求，实现以较低的业务迁移开销换取较小的业务时延，同时简化了MEC业务重放置流程和网络部署。

(2)应用之间的会话信息与移动终端的身份标识绑定，身份标识全网唯一，降低了身份位置统一通信地址变化对终端业务时延可靠性的影响，解决了有些MEC应用不支持会话过程中通信地址改变的问题，同时保障了移动终端发生跨网关移动时MEC业务重放置的连续性。

(3)采用上述网络标识方式，数据包转发不涉及移动性锚点，跨网关移动后的接入连接点和APP处于贴近用户的同一位置，在保障业务连续性的基础上，消除了路由迂回，减少了不必要的节点和链路时延，提高了转发的可靠性。

(4)网络感知应用的位置变化时通知应用平台，提前进行准备流程，通过应用平台和网络协同的方式，快速在目的MEP上分配新应用实例。加快了应用对终端行为、网络状态的感知，实现了接入连接点和目标应用的位置一致性，实现MEC业务在移动切换过程中应用快速迁移和业务连续性保障。

(5)采用身份标识、路由标识代替统一的网络地址，网络转发不涉及移动性锚点，这种范式简化了网络架构和网络资源，支持多类型终端的简便接入。

(6)该方案中网络管理员为每个移动终端设备分配唯一的用户身份标识(UID)，接入服务节点为移动终端分配路由标识(RID)，UID/RID映射信息代替原本身份位置统一的通信地址，移动边缘平台将应用会话与移动终端身份标识UID绑定。

(7)移动终端、网络连接和边缘应用三者协同迁移：移动终端即将发生跨网关移动时，移动终端、网络连接和边缘应用三者协同进行跨网关迁移。

(8)不涉及移动性锚点边缘网络的网络层和应用层结构：边缘网络网络层由移动终端、接入服务节点与数据网络组成，应用层结构由客户端应用、接入服务节点应用、数据平面软件、移动边缘平台、无线电网络信息服务、移动边缘应用组成。网络中不涉及移动性锚点，消除了路由迂回，减少了不必要的节点时延和链路时延，提高了数据包转发的可靠性。移动终端上线注册登记和会话注册流程，会话与终端身份标识绑定。

(9)该方案中，移动终端发生跨网关切换，网络层与应用层通知协同机制：网络感知到终端切换事件发生时通知应用平台，提前进行准备流程，加快应用对终端行为、网络状态感知，实现接入连接点和目标应用的位置一致性。

(10)移动终端发生跨网关切换时，应用层边缘应用迁移信令流程：提供一种统一的高效的应用层边缘应用迁移方法，简化应用迁移流程，减小业务迁移时延。

(11)移动终端发生跨网关切换时，网络层切换管理和应用层会话更新的信令流程：提供一种高效网络层跨网关切换方法，减少切换时间。

(12)一种移动终端与广域网应用主机数据包转发的流程：为移动终端和广域网应用主机提供一种不涉及移动性锚点的数据包转发流程。

(13)一种基于DHT-MAP的网络控制平面ILR的部署方案和运作机制：控制面由若干ILR组成，划分不同的自治域，各域的ILR基于DHT-MAP存储和查询终端映射信息。

附图说明

图1是本发明所述保障MEC业务连续性的重放置方法的网络层结构与切换过程中数据包转发路径示意图；

图2是本发明所述保障MEC业务连续性的重放置方法的应用层结构与切换过程数据传输路径示意图；

图3是本发明所述移动终端发生跨网关切换应用层边缘应用迁移流程示意图；

图4是本发明所述移动终端发生跨网关切换网络层切换管理和应用会话更新流程示意图；

图5是本发明所述移动终端发生跨网关切换网络层与应用层通知协同机制示意图；

图6是本发明所述移动终端与广域网应用主机数据包转发结构示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：保障MEC业务连续性的重放置方法的网络层和应用层结构，参见图1-图2，

本发明所述的保障MEC业务连续性的重放置方法的网络层结构如图1所示，网络层分为中心DC(Data Center,即数据中心)、本地DC、边缘DC，将应用资源卸载到距离用户更近的位置。移动终端包含多种类型，例如手机、自动驾驶汽车、高速列车、无人机等。本发明所述保障MEC业务连续性的重放置网络层结构如图1所示，应用层结构如图2所示，其中主要网元和功能实体包括：

网络层：

接入服务节点ASN。ASN是接入网络和核心网络的接口，同时也是移动终端MN的接入连接点。负责保障MN与整个网络的通信连接、向MN分配位置地址RID、注册、认证、授权、流量计费等。在控制层面缓存移动终端的UID/RID的映射关系。在数据层面中，ASN负责封装和解封装网络中的数据包。

身份位置寄存器ILR(Identifier Locator Register)。ILR负责维护、管理移动终端最新的UID/RID映射关系、初始注册流程、广域网通信对端的RID查询。

会话管理网元SME。SME负责会话管理，隧道维护，路由标识分配和管理，ASN选择，策略实施和QoS控制和流量计费等。此网元包含多种类型，例如5G网络中的SMF(SessionManagement Function,即会话管理功能)，4G网络中MME的会话管理功能等。

接入和移动性管理网元AME。AME是终端和无线核心网的接入点，负责执行注册、连接、可达性、移动性管理。为移动终端和SME提供会话管理信息传输通道，为移动终端接入提供认证、鉴权功能。此网元包含多种类型，例如5G网络中的AMF(Access and MobilityManagement Function，即接入和移动管理功能)，4G网络中MME中NAS接入控制功能。

策略控制网元PCE(Policy Control Network Element，即策略控制网元)。PCE支持管控网络行为的统一策略框架，提供策略规则给控制面执行，访问数据库中与策略制定相关的订阅信息。此网元包含多种类型，例如5G网络中的PCF(Policy Control Function，即策略控制功能)，4G网络中的PCRF(Policy and Charging Rule Function，即策略和计费控制单元)。

网络能力开放网元NEE(Network Exposure Network Element，即网络能力开放网元)。NEE提供网络功能能力的外部公开。外部暴露可分为监控能力、供应能力、流量路由的应用和影响和策略/计费能力。此网元包含多种类型，例如5G网络中的NEF(NetworkExposure Function，即网络能力开放)，4G网络中的SCEF(Service Capability ExposureFunction，即服务能力开放)。

应用层：

移动边缘应用ME APP。ME APP是运行在虚拟化基础设施上的应用实例，可以与移动边缘平台进行交互，以获取移动边缘平台的服务化开放能力。

移动边缘平台MEP。MEP负责为APP提供移动边缘服务，包括：服务注册、服务发现、状态监控、本地分流、DNS服务、负载均衡器、防火墙、以及无线网络信息服务、位置信息服务、带宽管理服务等一系列无线网络能力服务。在分布式MEC系统的协作机制中，可以与不同MEP互联。

无线电网络信息服务RNIS(Radio Network Information Service，即无线电网络信息服务)。RNIS为ME APP提供无线网络相关信息的服务，ME APP可以通过查阅或订阅的方式来获取到期望的无线网络信息，如移动终端发生切换。

移动边缘平台管理器MEPM。MEPM负责MEP的基本运维、移动边缘服务配置、ME APP的生命周期管理以及ME APP的应用规则和需求管理等功能。

移动边缘编排器MEO。MEO是MEC业务的编排中心，通常全国只部署一个，位于中心DC。MEO宏观掌握MEC平台所有的资源和容量，主要包括虚拟基础设施管理器中的计算、存储、网络资源、应用程序镜像资源、检查软件包的完整性和真实性，然后还需要衡量用户资源需求以及各ME主机的可用资源，为其选择最为合适的ME主机进行部署。

应用功能AF(Application Function)。AF是指核心网应用层中的各类服务，可以是运营商内部的应用、也可以是第三方的AF如视频服务器等。也可以放置到网络边缘，例如RNIS。

数据转发平面软件DP(Data Plane)。DP负责执行MEP下发的流量规则，处理MEAPP、ME服务、DNS服务器、代理服务器、3GPP网络、其他访问网络、局域网和外部网络之间的流量。

进一步地，本发明为用户终端引入两种标识，用户身份标识(User Identifier,简称UID)和路由标识(Routing Identifier,简称RID)。UID是网络管理员为移动终端分配的唯一标识符，代表了节点的身份，在全网范围内保持静态无法改变。主要负责终端与应用、终端与通信对端之间通信时识别终端的身份。RID用于表示终端主机的当前位置，为终端通信期间的数据流量指明路由方向。采用UID/RID映射信息代替身份位置统一的通信地址，移动边缘应用平台将应用会话与移动终端MN的UID绑定。边缘DN通过UID进行通信，广域网通过RID进行通信，接入网络与核心网络分离，连接点为ASN，网络转发中不涉及移动性锚点。

在本发明提出的MEC重放置方法中，提供了统一的MEC重放置方法应对不同的场景和业务的各种连续性需求，移动终端、网络连接和边缘应用协同迁移保障了MEC业务的连续性。

实施例2：一种保障MEC业务连续性的重放置方法，所述方法包括以下步骤：所述方法包括以下步骤：

步骤S1，移动终端MN上线，完成注册登记和会话注册流程，会话与终端身份标识绑定；

步骤S2，移动终端MN即将发生跨网关切换，触发网络层与应用层通知协同机制，应用层感知网络层状态变化；

步骤S3，移动终端MN发生跨网关切换，协同进行网络层切换管理与应用层边缘应用迁移流程。

具体如下：

步骤S1中，移动终端MN注册登记和会话注册流程：

以移动终端MN为例，其注册登记和会话注册步骤为：

步骤S101，移动终端MN上线，根据信号强度向其所属ASN发送路由请求，请求接入ASN；

步骤S102，ASN接收到MN的路由请求后，向核心网中的AME发送鉴权和授权请求，AME为请求接入的终端进行鉴权服务，判断接入终端是否合法，AME为合法终端授权；

步骤S103，ASN为授权后的MN分配合适的路由标识RID，并将MN的UID/RID1映射信息记录到本地缓存中；

步骤S104，ASN向所述的ILR发送UID/RID1映射信息更新请求，告知ILR移动终端的最新的映射信息；

步骤S105，ILR接收到映射信息更新后，将移动终端的映射信息UID/RID1记录到本地缓存中，以供后续通信对端向MN发起通信查询MN的路由信息；

步骤S106，接入工作完成后，ASN向MN发送路由请求成功响应。MN客户端APP向边缘数据中心中的边缘APP建立会话，此会话包含多种类型，例如5G网络中的PDU会话、4G网络中的PDN会话(Packet Data Network，即分组数据网络)。首先MN通过ASN向核心网中的AME发送会话建立请求；

步骤S107，AME根据MN的RID信息，为MN需要建立的会话选择会话管理网元SME；

步骤S108，AME向选中的SME发送MN会话创建请求，SME收到请求后向AME反馈响应信息；

步骤S109，AME与SME协同对即将建立的会话进行鉴权，判断即将建立的会话是否合法，为合法的会话授权；

步骤S110，SME向MN接入的ASN发送MN会话创建请求，ASN接收到会话请求后向SME反馈响应信息；

步骤S111，SME接收到响应信息后，将即将创建的会话信息转发给AME，AME接收到后向SME反馈响应信息；

步骤S112，ASN通过接入网络RAN与移动终端进行特定于ASN的会话建立，建立过程包含向移动终端MN发送会话请求响应信息。

MN与ME APP会话建立完成后，网络层的数据包转发路径如图1中的路径a；应用层数据通信路径如图2中的路径a。

步骤S2中，移动终端MN发生跨网关切换网络层与应用层通知协同机制

保障MEC业务连续性的重放置机制，既需要应用层支持跨网关的应用迁移和上下文的快速迁移，还需要网络层与应用层之间的通知协同机制。

运营商和第三方应用之间可通过策略控制网元PCE、应用功能AF、网络能力开放网元NEE间的消息实现相互通知的协同机制，如图5所示，从而实现第三应用基于业务特点向网络发送需求以及MN位置和网络状态改变时及时通知到应用。

步骤S201，应用层订阅网络事件通知。可以通过AF以3种方式实现。

方式1，应用层通过AF请求消息传递应用对网络资源的请求，从而实现网络层保障该业务所需的时延、带宽需求。

方式2，应用层通过AF/NEE向网络层订阅事件通知消息，例如节点发生跨网关切换，以便当网络检测到订阅的事件触发时，立刻通知AF。

方式3，应用层通过AF发起终端数据路由的修改过程，调整上下行链路和多归属策略实现对接入连接点ASN的管理。

步骤S202，AF接收到订阅消息后，向PCE发送影响路由策略控制信息的AF请求；

步骤S203，网络层PCE接收到AF订阅消息发生，例如RNIS感知到会话的接入连接点ASN发生改变、DN接入标识符DNAI(Data Network Access Identifier)改变等事件发生，网络层将发送通知消息给应用层，包含改变后的目标数据网络标识DNAI，目的是应用层获取目标ME主机位置进行应用迁移，保障接入节点ASN和目标APP位置的一致性；

AF发起应用跨网关迁移，将应用状态信息和会话上下文信息同步到目标ME主机中的ME APP中，应用迁移期间，网络侧通过临时隧道与源DN进行数据包转发，保持业务不中断。应用迁移完成后，AF通知SME迁移完成，SME发起数据传输路径更新，将移动终端中的客户端业务从T-ASN转发到目标移动边缘应用T-APP中，实现跨网关无缝切换的移动性管理。

步骤S3中，移动终端MN发生跨网关切换应用层边缘应用迁移流程

下面以移动终端MN发生跨网关切换为例，说明移动终端移动过程中的应用层边缘应用迁移管理流程，如图3所示。

移动终端MN即将离开源接入服务节点S-ASN的服务范围，进行信号检测，检测到新的ASN的信号大于S-ASN的信号，且信号强度之差超过一定阈值，将此ASN设为目的接入服务节点T-ASN，T-ASN的移动应用平台作为目标移动应用平台T-MEP，触发应用层边缘应用MEAPP迁移。

移动终端MN发生跨网关移动，应用层边缘应用ME APP迁移流程分为6个模块。

模块1，MN与S-ASN分离。

步骤S301，MN即将离开S-ASN的服务范围，MN中的客户端APP向源边缘网络中的S-MEP发送应用移动请求，S-MEP向MN反馈响应；

步骤S302，S-MEP启用应用移动性，为S-APP的迁移做准备，其中包含定位与MN APP会话的S-APP、整理会话上下文数据等；

模块2，MN接入T-ASN。

步骤S303，MN网络层切换管理和应用会话更新流程；

模块3，为MN更新流量规则。

步骤S304，移动终端MN接入T-ASN，S-RNIS收到MN的切换消息，向S-MEP发送MN区域改变通知，S-MEP接收到之后向S-RNIS反馈确认响应；

步骤S305，S-MEP向S-MEPM查询能够让MN接收到信息的目标主机T-MEC主机，S-MEPM将查询转发给MEO。MEO通过运营商策略、移动策略、应用要求、应用能力、移动边缘系统状态等一系列策略方式，最终MEO确定T-MEC主机，并将信息通过S-MEPM转发给S-MEP，以便S-MEP能够与T-MEP联系。同时S-MEP获取平台中需要迁移到T-MEP的S-APP和会话上下文信息；

步骤S306，S-MEP查询受影响的流量路由规则，该规则包括业务过滤器的一部分MNUID和作为应用程序一部分的应用信息；

步骤S307，S-MEP向T-MEP发送流量路由规则更新请求，其中包含应用信息和受影响的流量路由规则；

步骤S308，T-MEP接收来自S-MEP流量路由规则更新请求，更新本地流量路由规则；

步骤S309，更新完成之后向S-MEP反馈流量路由规则更新响应；

模块4，应用迁移管理。

步骤S310，MN网络层切换完成，T-MEP路由规则更新完成，MN APP向S-MEP发送应用迁移请求；

步骤S311，S-MEP捕获正在服务的S-APP状态信息和步骤305获取完成的会话上下文信息；

步骤S312，S-MEP通过S-MEPM向MEO发送应用迁移请求，包含S-APP ID和目标节点的ID；

步骤S313，MEO向T-MEPM发送实例化应用请求，T-MEPM在目标T-MEC主机实例化T-APP；

步骤S314，实例化完成，MEO通过S-MEPM向S-MEP反馈应用迁移响应；

步骤S315，S-MEP向T-MEP发送应用状态信息传输请求，该应用状态信息传输请求包含所捕获的S-APP的状态信息和会话上下文信息；

步骤S316，T-MEP将接收到的服务状态信息和上下文信息与在T-MEC主机上运行的T-APP进行同步，并激活；

步骤S317，T-MEP向S-MEP发送应用状态信息传输响应，以指示应用实例传输的服务状态是否成功；

步骤S318，T-APP实例在服务状态信息和上下文信息同步后，向T-MEP发送应用实例运行通知；

步骤S319，T-MEP向S-MEP转发T-APP应用实例运行通知；

步骤S320，S-MEP向MN APP发送应用迁移响应，触发下一个模块；

模块5，激活新的流量路由规则。

步骤S321，T-APP向T-MEP激活流量路由规则；

步骤S322，T-MEP激活流量路由规则；

步骤S323，T-MEP向S-MEP转发流量路由规则激活通知；

步骤S324，S-APP向S-MEP发送停用或更新本地流量规则请求；

步骤S325，S-MEP从S-RNIS接收RNIS区域更改通知；

步骤S326，当S-MEP接收到T-MEP的流量路由规则激活通知和S-APP的流量路由停用或更新请求后，S-MEP停用或更新相应的流量路由规则；

模块6，终止源应用。

步骤S327，如果需要节省资源等，S-MEP、S-MEPM、MEO、S-APP、S-RNIS协同终止源应用。

MN发生跨网关移动前MN APP与S-APP数据传输路径如图2中的路径a所示，MN APP通过S-DP与S-MEP中的S-APP进行数据传输；应用迁移过程中，MN APP通过T-DP与S-DP间的临时隧道与S-MEP中的S-APP进行数据传输，路径如图2中的路径b所示；APP迁移完成后，MNAPP通过T-DP与T-MEP中的T-APP直接进行数据传输，如图2中的路径c所示。

步骤303中，移动终端MN发生跨网关切换网络层切换管理和应用层会话更新流程

下面以移动终端MN发生跨网关切换为例，说明移动终端移动过程中的网络层切换管理流程和应用层会话更新，如图4所示。

移动终端MN即将离开源接入服务节点S-ASN的服务范围，进行信号检测，检测到新的ASN的信号大于S-ASN的信号，且信号强度之差超过一定阈值，MN将此ASN设为目的接入服务节点T-ASN，触发网络层切换。

步骤S303-1，MN触发网络切换，向AME发送会话修改请求，请求报文中包含会话ID；

步骤S303-2，AME接收到会话修改请求，根据会话ID向会话对应的会话管理网元SME发送会话修改请求，SME接收到请求后反馈给AME会话修改响应，进行会话修改准备工作；

步骤S303-3，AME接收到响应后，向MN发送会话修改命令，MN开启计时器，进行网络切换；

步骤S303-4，MN向T-ASN发起路由请求，请求中包含授权信息，请求接入T-ASN；

步骤S303-5，T-ASN接收到路由请求，分配给MN新的路由标识RID2，并将UID/RID2的映射信息记录到本地缓存中；

步骤S303-6，T-ASN向S-ASN建立临时传输隧道，同时T-ASN向ILR发送映射信息更新请求，ILR接收到更新请求后，对本地缓存中的映射信息进行更新，记录最新的MN的映射信息；

步骤S303-7，T-ASN向MN发送路由请求成功响应，进行后续会话修改工作；

步骤S303-8，接入工作完成之后，MN通过T-ASN，向AME发送新会话建立请求，数据包中包含新旧会话的ID；

步骤S303-9，AME接收到新会话建立请求后，向管理旧会话的SME发送会话修改请求，包含新旧会话ID；

步骤S303-10，管理旧会话的SME确定需要执行的ASN，并对ASN进行重新定位；

步骤S303-11，反馈AME会话修改响应，该数据包包含新会话的信息；

步骤S303-12，SME向T-ASN发送会话修改请求，T-ASN向SME反馈会话修改响应；

步骤S303-13，T-ASN与MN建立特定于T-ASN的会话，建立完成后向MN发送新会话建立成功响应；

步骤S303-14，新会话建立完成后，等待计时器停止，MN释放与S-ASN的会话资源。

MN发生跨网关移动前会话的网络层数据包转发路径如图1中的路径a所示，MN通过S-ASN与边缘DN进行数据传输；MN切换过程中，即定时器结束前，MN通过T-ASN与S-ASN之间的临时隧道与源DN进行数据传输，路径如图1中的路径b所示；MN切换完成和APP迁移完成后，定时器截止，MN通过T-ASN与目标DN直接进行数据传输，如图1中的路径c所示。

实施例3：移动终端MN与广域网应用平台数据包转发流程

移动终端MN不仅与边缘应用主机进行通信，还需要与广域网中的应用主机进行通信，如图6所示，下面介绍移动终端发起通信的数据报文转发过程。

(1)MN通过RAN向ASNm(MN接入的ASN)发送原始数据包，请求与对应公网应用主机(以下称之为通信对端，Corresponding Node，CN)进行通信，原始数据包中源地址为UIDm(MN的身份标识)，目的地址为UIDc(CN的身份标识)；

(2)ASNm接收到MN发送的原始数据报文后，根据数据包中CN的身份标识UIDc，查询本地缓存中的CN的映射信息，获得CN的路由标识RIDc，如果本地缓存中不存在CN映射信息，则执行(3)，否则执行(5)；

(3)ASNm向本地域中的ILRm发送地址查询数据包，请求查询CN的映射信息；ILRm接收到查询数据包后，解封装数据包获取UIDc，通过DHT(Distributed Hash Table，分布式哈希表)方式找到存储CN映射信息的ILRc；

(4)ILRc接收到查询信息，向ILRm反馈本地缓存中的CN的映射信息UIDc/RIDc，ILRm转发给ASNm，ASNm保存到本地缓存中，以备后续数据包转发；

(5)ASNm将数据包进行再封装，源地址为RIDm，目的地址为RIDc，向广域网路由器发送出去；

(6)广域网路由器根据目的地址RIDc将数据包转发到ASNc；

(7)ASNc接收数据包后进行解封装，获取原始数据包目的地址UIDc，ASNc根据UIDc，将原始数据包发送给通信对端CN，

(8)ASNc将UIDm/RIDm映射信息与本地缓存中的映射信息匹配，如果匹配不成功，将UIDm/RIDm映射信息存储到本地缓存中，以便后续CN向MN发送数据包时，对MN映射信息的顺利查询。

上述移动终端与公网应用主机通信时，广域网与接入网的数据转发是分离的，因此终端的状态变化并不影响网络拓扑，网络拓扑的变化也不会对终端造成冲击。使得终端接入方式简单且不考虑终端设备的形式，例如主机、移动设备、自动驾驶汽车、无人机、卫星等，能够很好支持用户的多制式接入。

上述数据包转发过程中，没有涉及有状态的移动性锚点，消除了移动性锚点所带来的不必要的节点时延，同时提高了传输的可靠性、节省了网络的资源。

此外，本发明还提供了一种身份位置寄存器ILR的部署方案和运作机制。网络中若干个ILR，每个ILR负责存储、更新、维护终端最新的UID/RID映射信息。可以根据运营商、企业、地区或国家划分不同的自治域。控制平面由若干个自治域组成，域内的所有ILR组成域内路由表，域内路由表存储域内所有的终端映射信息；同时每个自治域中部署一个域间ILR，负责与其他域的域间ILR进行数据包转发，所有的域间ILR组成域间路由表。

本发明中的自治域采用基于DHT-MAP(Distributed Hash Table-Map，即分布式哈希表-图)的运作机制存储终端映射信息和获取通信对端节点的映射信息。每个ILR可以对UID进行哈希计算，获得哈希值，域内路由表存储各自域的虚拟坐标区域，该虚拟坐标区域由域内哈希值组成。所有的哈希值组成虚拟坐标空间。

下面将以移动终端MN与公网应用主机通信为例说明控制平面运作机制。

MN接入ASNm时，向ASNm发送路由请求，ASNm转发给AME，AME对MN进行鉴权和授权，ASNm对合法的MN分配RIDm，并将MN的映射信息UIDm/RIDm发送给本域控制平面的ILR(本域中的ILR并不一定是存储MN映射信息的ILRm)。接着ILR对UIDm进行哈希计算，获取MN在虚拟坐标空间的虚拟坐标点，设为点P。如果点P在本自治域中，则本自治域ILR将映射信息存储到域内路由表；如果不在本自治域中，ILR将其转发给本自治域的域间ILR，ILR将其发送给距离虚拟坐标点更近的自治域中的域间ILR，此域间ILR判断P是否在本自治域的虚拟坐标区域中，如果在则存储到域内路由表中；如果不在转发到距离P更近的域间ILR，直到P在目标自治域中。存储成功，反馈到ASNm。ASNm向MN发送路由请求成功响应。

存储移动终端MN映射信息的ILR为ILRm，存储公网应用主机映射信息的ILR为ILRc。ILRm部署在自治域1中，ILRc部署在自治域3中。其中自治域1的虚拟坐标区域与自治域2虚拟坐标区域的距离比自治域1虚拟坐标区域与自治域3虚拟坐标的距离近。

MN向CN发起通信时，首先通过ASNm查询CN的映射信息，ASNm中本地缓存没有记录CN的映射信息。然后，ASNm向ILRm发送查询请求数据包，请求数据包中包含UIDc信息。接收到查询请求数据包后，ILRm对UIDc进行哈希计算，得出哈希值，其虚拟坐标点设为P，判断点P是否位于本自治域的虚拟坐标区域中。如果点P位于虚拟坐标区域中，查询域内路由表，获取CN映射信息，并反馈给ASNm；如果不在虚拟坐标区域中，则将查询请求转发给域间ILR1，ILR1通过域间路由表转发给虚拟坐标空间中距离点P更近的自治域的域间ILR，即ILR2。接收到查询请求数据包，ILR2判断点P是否在本虚拟坐标区域中，如果在，查找域内路由表反馈CN映射信息；如果不在转发给距离点P更近的自治域中的域间ILR，ILR3，直到点P在目标自治域中，查询域内路由表向ILRm反馈CN的映射信息。接着，ILRm将映射信息转发给ASNm，ASNm将映射信息存储到本地缓存中，映射信息查询过程完成。之后进行数据包封装，源地址为RIDm，目的地址为RIDc，并将数据包发送给广域网路由器，广域网路由器根据RIDc将数据包路由到ASNc。最后ASNc根据UIDc将数据包发送给对应主机CN。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。