[发明专利]基于用户移动感知和资源预留的移动增强现实应用的资源分配装置及其工作方法

说明书

本发明属于移动边缘计算领域，提供一种基于用户移动感知和资源预留的移动增强现实应用的资源分配装置及其工作方法。当使用移动增强现实应用的用户在微基站之间切换时，该装置可以通过预测用户的切换时间，提前为用户卸载的AR任务保留所需的计算资源和带宽资源，保证切换AR任务获得充足的资源，提高切换AR任务的完成成功率，提高用户体验。该方法通过定义虚拟队列，定义李雅普诺夫函数和漂移函数，在保证虚拟计算资源队列和虚拟带宽资源队列都维持在一个稳定的状态的前提下，建立最小化切换任务和新任务的平均失败率的优化目标。本发明能够有效降低终端的平均访问时延，提高切换AR任务的完成成功率，保证用户的使用体验。

技术领域

本发明属于移动边缘计算领域，涉及一种单边缘环境中移动增强现实应用的资源分配策略，具体涉及到一种基于用户移动感知和资源预留的移动增强现实应用的资源分配装置及其工作方法。

背景技术

随着移动设备数量和移动数据流量的急速增长，用户所偏好使用的设备逐渐从台式机和笔记本电脑向平板电脑、智能手机和其他终端设备转变。很多新型的移动应用程序逐渐出现在大众的视野中，如交互式的游戏、移动增强现实应用等等。通常，这些类型的应用在实时处理时需要消耗大量的资源。然而，由于各类资源的限制，终端设备无法在我们的期望范围内高效地支持这些延时敏感的应用。同时，移动核心网的演进相比与移动设备的增长趋势极其缓慢。资源匮乏的应用程序和资源有限的终端设备之间的紧张关系给下一代网络开发带来了巨大的挑战，也对移动互联网中的计算资源和带宽资源提出了更高的要求。

为了改善用户体验，节省计算资源和带宽资源，同时通过将计算能力下沉到移动边缘节点，为服务创新提供更多的可能性。欧洲电信标准协会(EuropeanTelecommunications Standards Institute,ETSI)提出了基于5G演进的架构：移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)。

移动边缘计算是一个“硬件+软件”的系统，通过在移动网络边缘提供IT服务环境和云计算能力，以减少网络操作和服务交付的时延。其技术特征主要包括(1)邻近性：由于移动边缘计算服务器的布置非常靠近信息源，因此边缘计算特别适用于捕获和分析大数据中的关键信息，此外边缘计算还可以直接访问设备，因此容易直接衍生特定的商业应用；(2)低时延：由于移动边缘计算服务靠近终端设备或者直接在终端设备上运行，因此大大降低了延迟。这使得反馈更加迅速，同时也改善了用户体验，大大降低了网络在其他部分中可能发生的拥塞；(3)高带宽：由于移动边缘计算服务器靠近信息源，可以在本地进行简单地数据处理，不必将所有数据或信息都上传至云端，这将使得核心网传输压力下降，减少网络堵塞，网络速率也会因此大大增加；(4)位置认知：当网络边缘是无线网络的一部分时，无论是WiFi还是蜂窝网络，本地服务都可以利用相对较少的信息来确定每个连接设备的具体位置。

移动边缘计算把无线网络和互联网两者技术有效融合在一起，是一种新的分布式云体系结构，有着广阔的应用前景，如无人驾驶、AR、视频优化加速等。它在无线网络侧增加计算、存储、处理等功能，构建了开放式平台以植入应用。该平台与移动设备和用户非常接近，因为用户的请求由附近的边缘节点而不是远程云提供服务，因此端到端延迟显著地减少。

在边缘计算环境中运行移动增强现实应用，通过计算迁移能够有效解决由移动设备本身计算资源、存储资源和能耗限制所引发的问题。然而，边缘基站的计算能力比集中式云的计算能力要有限得多，可能不足以满足所有用户的请求。并且，由于移动增强现实应用具有移动频繁的特性，导致用户会在微基站之间进行切换。在目前的资源分配策略中，难以保证切换用户能及时地获得足够的计算和带宽资源，从而导致延时增大，影响用户体验。从用户体验角度来看，强制中断切换任务的执行比直接拒绝新任务的请求更糟糕。例如：当用户运行移动增强现实应用时，如果执行一半而终止，将导致前面的运行资源浪费；而如果在最开始就拒绝这样的请求，用户可以选择运行其他的应用。因此，如何利用资源预留策略提高切换任务执行成功率有待进一步研究。

发明内容