在蜂窝通信系统中联合确定计算卸载和内容预取的方法和系统与流程

本发明总体上涉及一种在蜂窝通信系统中联合确定计算卸载和内容预取的方法和系统，更具体地但非排他地涉及一种在采用移动边缘计算(mec)范式的长期演进(lte)网络中联合并动态地确定计算卸载和内容预取的方法和系统。

背景技术：

无线通信系统被广泛应用于提供各种电信服务，例如，电话、视频、数据、消息传送和广播。典型的无线通信系统可以采用多址接入技术，该技术能够通过共享可用系统资源(例如，带宽、发射功率)支持与多个用户进行通信。这种多址技术的例子包括：码分多址(cdma)系统、时分多址(tdma)系统、频分多址(fdma)系统、正交频分多址(ofdma)系统、单载波频分多址(sc-fdma)系统和时分同步码分多址(td-scdma)系统。

在各种电信标准中已采用了这些多址接入技术以提供使不同无线设备能够在市政、国家、地区乃至全球层面进行通信的通用协议。电信标准的一个例子是lte。lte是第三代合作伙伴计划(3gpp)颁布的通用移动通信系统(umts)移动标准的一组增强标准。lte被设计成通过以下而更好地支持移动宽带上网：提高频谱效率，降低成本，改进服务，利用新频谱，更好地与优选地在下行链路(dl)上使用ofdma、在上行链路(ul)上使用sc-fdma的其他开放标准集成。

近年来，对移动(蜂窝)通信网络上的丰富多媒体业务的需求已经在增加。然而，由于当前移动网络的集中式架构，无线接入网络和回程网络的无线链路容量以及带宽实际上无法应对移动业务的爆炸性增长。尽管移动网络运营商(mno)和网络设备供应商一直不断努力通过在lte和演进型lte系统的物理层(phy)和媒体接入控制层(mac)采用尖端技术(例如，海量多输入多输出(mimo)天线方案、载波聚合方案和协调多点(comp)发射/接收方案)来增强无线链路带宽，但是，无线电频谱的利用效率正达到其理论上限。

近年来，由于移动无线通信设备(举例来说，例如智能电话)的处理能力的提高，诸如图像识别、游戏、虚拟现实、增强现实和语音识别的计算密集型移动应用越来越受欢迎。此外，诸如音乐和电影视频的视频流的数据流是受欢迎的。然而，这些应用程序和数据流的计算负载和数据内容要求通常导致服务质量(qos)问题，这又导致应用程序用户的体验质量(qoe)问题以及移动设备电池的快速耗电的问题。

解决这个问题的一种方法是利用计算卸载。将计算密集型任务卸载到资源丰富的服务器可以降低移动设备的功耗并减少密集型任务的计算时间，从而导致改进的qos和qoe。同时，也可以通过数据预取来改进qos和qoe。在客户端-服务器模式中传送内容时，客户端通常向服务器发出内容请求，并且服务器响应所请求的内容。在某些情况下，服务器通常等待客户端设备或其他设备请求相同的或下一个的内容。为了加快进程，已知的是让服务器预取某些内容，以便当客户端请求传送这些内容时已将要发送给客户端设备的内容准备好。当多个移动设备正请求或者被预测到请求相同的内容(举例来说，例如音乐下载、视频流等)时，预取和缓存内容也是有效的。

us8943348公开了一种同时考虑卸载计算的计算时间和功耗的决策方法。然而，它不涉及内容预取，并且在执行计算卸载时，它不考虑网络状况和网络成本。

us2014/0310709公开了一种用于将移动应用暂时地和/或部分地卸载到服务器中的一个或多个远程虚拟机的技术，包括：在远程虚拟机建立安装在移动设备上的移动应用程序的应用程序副本，停止移动设备上的移动应用程序，以及在一段时间内将移动应用程序的操作卸载到远程虚拟机处的应用程序副本。然而，它不涉及内容预取，并且在执行计算卸载时，它不考虑网络状况和网络成本。

us2014/0379840公开了一种用于预测性预取的修改服务器，由此，当客户端请求第一对象时，服务器可以为客户端预测性地预取第二对象。但是，它不处理计算卸载。

us8880652公开了一种对通过移动计算设备的屏幕显示的网页进行预测性高速缓存的方法。在移动计算设备处接收到加载请求，其中该加载请求包括当前时间戳和地址。地址指向存储当前地址内容副本的远程服务器。移动计算设备确定是否存在预先缓存在移动计算设备上的地址内容的副本。移动计算设备确定当前时间戳和预先缓存的时间戳之间的差异是否大于先验时性值。如果是，则移动计算设备在移动计算设备上的该地址处的移除服务器预先缓存地址内容的当前副本。然后，移动计算设备提供地址内容的当前副本以在其屏幕上显示。但是，它不处理计算卸载。

x.chen等人于2016年10月5日在ieee/acmtransactionsonnetworking第24卷第5期发表的“efficientmulti-usercomputationoffloadingformobile-edgecloudcomputing”公开了一种用于多通道无线干扰环境中的移动边缘云计算的多用户计算卸载。它提出了移动设备用户之间的分布式计算卸载决策方案。移动边缘云计算的通信和计算方面都被考虑在内。然而，它并不解决网络内的内容预取和用户移动性。

d.liu等人于2016年9月在ieeecommunicationsmagazine第54卷第9期第22-28页发表的“cachingatthewirelessedge:designaspects，challenges,andfuturedirections”公开了一种用于预测人口分布和用户偏好以及错误信息的影响的方法。其公开了缓存系统、内容布局和传送的两个方面。其描述了光谱效率、能量效率和缓存大小之间的权衡。但是，它不处理计算卸载。

sergeyandreev等人于2016年在ieeecommunicationsmagazine第54卷第8期第60-69页发表的“exploringsynergybetweencommunications,caching,andcomputingin5g-gradedeployments”描述了利用融合通信、缓存和计算架构的全面协同作用而需要综合考虑的所有相关的实际因素，包括内容请求的结构、每个回程连接的成本和运行成本、用户移动性控制、运行应用程序的要求等。虽然有一些卸载和缓存的建议，但它们是被联合考虑的。

us2015/0215816公开了一种具有驻留在移动设备上并连接到云服务器的移动应用客户端的系统。该系统被设置成分析用户内容消费并向移动设备提供预取计划。移动设备被配置为根据时间表部分地预取内容。但是，它不处理计算卸载。

us8799480公开了一种在无线无线电接入网络(ran)中预取内容数据以改进用户的qoe并减少某些内容对象的传送时间的方法。但是，它不处理计算卸载。

一些影响移动通信网络中(特别是移动通信网络边缘处)的计算卸载性能的因素包括计算能力、存储容量和无线接入效率。例如，如果太多的移动设备选择将其计算负载中的一些同时卸载到网络的边缘，则这可能在移动设备之间产生相当大的干扰，该干扰可能会降低移动设备的所有终端用户的qoe。此外，在有限的资源条件下，当试图维护或改进qos和/或qoe时也应有效地考虑预取数据，这是因为计算卸载和内容预取操作必须在相同的有限资源条件下运行，即竞争相同的有限资源。卸载计算负荷和/或预取内容/数据时出现的一些问题包括：移动网络中的服务波动、对终端用户的qos/qoe的降低以及未达到网络资源的有效利用。

鉴于上述情况，需要开发联合卸载和预取方案来解决上述问题。

技术实现要素：

发明目的

本发明的目的是在某种程度上减轻或消除与已知的卸载和/或预取方案相关联的一个或多个问题。

本发明的另一个目的是提供一种解决上述问题的新的联合卸载和预取方案。

本发明的另一个目的是在某种程度上减轻或消除与已知移动通信系统相关联的一个或多个问题。

本领域技术人员将从以下描述中得出本发明的其它目的。因此，对上述目的的陈述不是详尽的，仅用于说明本发明的许多目的中的一些。

发明内容

本发明提供了一种用于在移动无线通信网络中联合确定所述移动网络中的多个用户设备(ue)的计算卸载和数据预取的方法和系统。所述移动无线通信网络优选地是lte网络。该方法包括使用移动无线通信网络中的决策模块来处理指示移动无线通信网络状态的数据，所述移动无线通信网络状态包括附接到所述网络的一个或多个ue的状态。所述决策模块被配置为确定包括所述一个或多个ue的移动无线通信网络的状态是否足以支持所述ue中的至少一个的联合计算卸载和数据预取。在作出肯定确定的情况下，所述决策模块可以向ue和/或另一网络实体发送消息，以使所述ue或其他网络实体能够将所述ue的一部分计算负载卸载到网络边缘计算节点、移动无线通信网络服务器和与所述移动无线通信网络连接的网络中的服务器中的一个；并且将ue的数据预取到网络边缘计算节点、移动无线通信网络服务器和移动无线通信网络数据高速缓存器中的一个。

在第一主要方面，本发明提供了一种用于在移动无线通信网络中联合确定多个用户设备(ue)的计算卸载和数据预取的方法，所述方法包括：在设置在所述移动无线通信网络中的决策模块中：处理指示移动无线通信网络状态的数据，所述移动无线通信网络状态包括附接到所述网络的一个或多个ue的状态；以及确定包括所述一个或多个ue的移动无线通信网络的状态是否足以支持所述ue中的至少一个的联合计算卸载和数据预取；以及响应于在所述决策模块处的所述确定：使ue能够将其计算负载的一部分卸载到网络边缘计算节点、移动无线通信网络服务器和与所述移动无线通信网络连接的网络中的服务器中的一个；以及将用于所述多个ue中的所述一个ue的数据预取到网络边缘计算节点、移动无线通信网络服务器和移动无线通信网络数据高速缓存器中的一个。

在第二主要方面，本发明提供了一种存储机器可读代码的非暂时性计算机可读介质，当处理器执行所述机器可读代码时，使得决策模块实现本发明的第一主要方面的方法的步骤。

在第三主要方面，本发明提供了一种用于在移动无线通信网络中联合确定多个用户设备(ue)的计算卸载和数据预取的系统，所述系统包括被配置为实现本发明的第一主要方面的方法的步骤的决策模块。

本发明内容部分不一定公开了定义本发明所必需的所有特征；本发明可以存在于所公开的特征的子组合中。

附图说明

通过以下结合附图仅以示例的方式提供的对优选实施例的描述，本发明的前述和其他特征将变得显而易见，其中：

图1是仅以举例的方式示出本发明实施例的网络架构的示意图；

图2是仅以举例的方式示出本发明实施例的接入网络的示意图；

图3是用于图1的网络架构的lte控制面协议栈的示意图；

图4是示出ue、mec服务器和核心服务器之间的计算卸载和数据预取的示意图；

图5是示出在控制面中的三个网络实体和决策模块之间的、用于实现根据本发明的方案的交互的示意图，所述三个网络实体包括移动性管理(mm)模块、流量工程(te)模块和会话管理(sm))模块；

图6是根据本发明的用于联合地从ue计算卸载和数据预取到ue的方案的过程流程图；以及

图7是示出针对不同网络状况和qoe要求的卸载和预取操作的示意图。

具体实施方式

以下描述是优选实施例，其仅作为示例的方式，并不限于实施本发明所必需的特征的组合。

本说明书中提及的“一个实施例”或“实施例”是指包括在本发明的至少一个实施例中的结合实施例描述的特定特征、结构或特性。在说明书中的不同位置出现的短语“在一个实施例中”并不一定都指代相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的单独的或替代实施例。此外，描述了可以由一些实施例而不是由其他实施例示出的各种特征。类似地，描述了各种要求，该各种要求可能是一些实施例的要求但不是其它实施例的要求。

应当理解，图中所示的元件可以以各种形式的硬件、软件或其组合来实现。这些元件可以在可以包括处理器、存储器和输入/输出接口的一个或多个适当编程的通用设备上的硬件和软件的组合中实现。

本说明书描述了本发明的原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计出尽管本文未明确描述或示出但是体现本发明的原理并包括在其精神和范围内的各种布置。

此外，本文中所有详述本发明的原理、方面和实施例的所有陈述以及其具体实施例旨在涵盖其结构和功能等同物。此外，旨在使这些等同物包括当前已知的等同物以及将来开发的等效物，即被开发的执行相同功能的任何元件，而不管其结构如何。

因此，例如，本领域技术人员将理解，本文中呈现的框图表示体现本发明的原理的系统和设备的概念视图。

可以通过使用专用硬件以及能够与适当软件相关联地执行软件的硬件来提供图中所示的各种元件的功能。当由处理器提供该功能时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，其中多个单独的处理器中的一些可以共享。此外，不应将明确使用的术语“处理器”或“控制器”解释为排他地指代能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(“dsp”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“rom”)、随机存取存储器(“ram”)和非易失性存储器。

在本发明的权利要求中，表示为执行指定功能的装置的任何元件旨在涵盖执行该功能的任何方式，包括，例如，a)执行该功能的电路元件的组合或b)任何形式的软件，因此，该元件包括与用于执行该功能的软件的适当电路相组合的固件、微代码等。由这样的权利要求限定的本发明在于，以权利要求所要求的方式将各种引用的装置提供的功能组合并汇集在一起。因此，认为可以提供这些功能的任何装置等同于本文所示的那些装置。

如本文将要描述的，本发明涉及用于在移动通信系统中联合并动态地确定计算卸载和内容预取的方法和系统。本发明优选地涉及一种在lte网络中联合地确定计算卸载和内容预取的方案，该lte网络在有效的计算过程中采用mec资源(例如，mec服务器)和高速缓存。优选地，该方案被配置为应用于基于深度学习(dl)的对象识别应用程序，其特别关注于移动网络感知、计算卸载和内容预取的位置以及用户的qoe中的一个或多个。

mec是能够在移动通信网络的边缘实现云计算能力和信息技术(it)服务环境的网络架构概念。mec背后的基本概念是，通过运行应用程序并执行更接近移动网络用户的相关处理任务，减少网络拥塞，并且使应用程序执行得更快且更有效。mec技术被设计为在移动网络基站(例如，enodeb)上实现，但是，附加地或替代地，其可以在移动核心网络的边缘实现。mec可以为移动设备用户灵活且快速地部署新的应用程序和服务。结合it和电信网络的要素，mec还允许移动网络运营商向其授权的第三方(例如，应用程序开发人员和内容提供商)开放无线电接入网络(ran)。

mec为应用和服务托管提供分布式计算环境。为了使响应时间更快，它还具有在移动网络用户附近存储和处理内容的能力。应用程序也可以对实时ran信息开放。

关键要素是mec应用服务器或mec服务器，其通常在ran元件(即，lte网络中的e-utran中的enodeb)集成，但是这不是全部情况。mec服务器提供计算资源、存储容量、连接和对ran信息的访问。它支持应用程序的多租户运行时间和托管环境。虚拟设备应用程序作为打包的操作系统虚拟机(vm)映像提供。mec平台还提供一套中间件应用和基础设施服务。应用软件可以由设备供应商、服务提供商和第三方提供。

mec服务器可以部署在lte网络中的enodeb或3g蜂窝网络中的无线电网络控制器(rnc)处。

通过使用移动边缘计算技术，移动网络运营商可以为特定客户或客户群高效的配置新服务。该技术还降低了核心网络中的信号负载，并且可以以较便宜的方式托管应用程序和服务。它还收集关于第三方配置的每个应用程序或服务的存储、网络带宽、cpu利用率等的数据。应用程序开发人员和内容提供商可以利用与移动设备用户的紧密关系和实时ran信息。

虽然将根据lte网络中的mec服务器的存在来描述本发明的实施例，但是应当理解，尽管这代表了本发明的优选实施方式，但是实质上并不是网络必须是lte网络并且网络包括mec服务器的情况。在诸如3g网络的无线网络中可以采用其他类型的服务器来实现本发明的联合卸载和预取方案。

图1仅仅是举例说明可以执行本发明的方法的lte网络架构10，但是本领域技术人员将理解，该方法可以在其他网络架构中执行。图1的lte网络架构10可以指演进分组系统(eps)10。eps10可以包括一个或多个用户设备(ue)12、演进的umts陆地无线接入网络(e-utran)14、演进分组核心网(epc)16、归属用户服务器(hss)18和运营商的因特网协议(ip)服务20。eps10可以与其他接入网互连，但为了简单起见，未示出这些实体/接口。如图所示，eps提供分组交换服务，然而，如本领域技术人员将容易理解的，在本公开中提出的各种概念可以扩展到提供电路交换服务的网络。

e-utran14包括enodeb142和其他enodeb144。enodeb142向ue12提供用户和控制面协议终端。enodeb142可以经由回程(例如，x2接口)146连接到其他enodeb144。enodeb142还可以被称为基站、节点b、接入点、传输点(tp)、基站收发器站、无线电基站、无线电收发器、收发机功能、基本服务集(bss)、扩展服务集(ess)或其他合适的术语。enodeb142为ue12提供到epc16的接入点。ue12的示例包括蜂窝电话、智能电话、会话发起协议(sip)电话、膝上型计算机、个人数字助理(pda)、卫星广播、全球定位系统、多媒体设备、视频设备、数字音频播放器(例如，mp3播放器)、照相机、游戏机、平板电脑或任何其它类似的功能设备。本领域技术人员也可以将ue12称为移动站、用户站、移动单元、用户单元、无线单元、远程单元、移动设备、无线设备、无线通信设备、远程设备、移动用户站、接入终端、移动终端、无线终端、远程终端、手机、用户代理、移动客户端、客户端或一些其它合适的术语。

enodeb142连接到epc16。epc16可以包括移动性管理实体(mme)162、其他mme164、服务网关166、多媒体广播多播服务(mbms)网关168、广播多播服务中心(bm-sc)170和分组数据网络(pdn)网关172。mme162是处理ue12与epc16之间的信令的控制节点。通常，mme162提供承载和连接管理。所有用户ip分组均通过服务网关166传送，服务网关166本身连接到pdn网关172。pdn网关172提供ueip地址分配以及其他功能。pdn网关172连接到运营商的ip服务20。运营商的ip服务20可以包括因特网、内联网和ip多媒体子系统(ims)。bm-sc170可以提供用于mbms用户服务提供和传送的功能。bm-sc170可以用作内容提供商mbms传输的入口点，可以用于在公共陆地移动网络(plmn)内授权和发起mbms承载服务，并且可以用于调度和传送mbms传输。mbms网关168可以用于向属于广播特定服务的多播广播单频网(mbsfn)区域的enodeb(例如，142,144)分发mbms业务，并且可以负责会话管理(开始/停止)和收集与embms相关的收费信息。

图2是示出例如根据图1所述的lte网络架构中的接入网络200的示意图。在该示例中，将接入网络200划分为多个蜂窝区域(小区)202。在该接入网络200的示例中没有集中式控制器，但是在一些配置中可以使用集中式控制器。enodeb204可以被配置为向服务网关166提供包括无线电承载控制、准入控制、移动性控制、调度、安全性和连接性在内的所有无线电相关功能。enodeb可以支持一个或多个小区(也称为扇区)。术语“小区”可以指服务于特定覆盖区域的enodeb和/或enodeb子系统的最小覆盖区域。此外，术语“enodeb”、“基站”和“小区”在本文中可以互换使用。

接入网200采用的调制和多址方案可以基于配置的特定电信标准而改变。在lte应用中，优选地，在dl上使用ofdm，并且在ul上使用sc-fdma来支持频分双工(fdd)和时分双工(tdd)。如本领域技术人员将从以下详细描述中容易理解的，本文提出的各种概念非常适合于lte应用。然而，这些概念可以容易地扩展到采用其他调制和多址技术的其他电信标准。作为示例，这些概念可以扩展到演进数据优化(ev-do)或超移动宽带(umb)。ev-do和umb是第三代合作伙伴计划2(3gpp2)颁布的空中接口标准(3gpp2是cdma2000系列标准的一部分)，并采用cdma向移动站提供宽带上网。这些概念还可以扩展到采用宽带cdma(w-cdma)和cdma的其它变体(例如td-scdma)的通用陆地无线接入(utra)；采用tdma的全球移动通信系统(gsm)；以及采用ofdma的演进型utra(e-utra)、ieee802.11(wi-fi)、ieee802.16(wimax)、ieee802.20和flash-ofdm。utra、e-utra、umts、lte和gsm在3gpp组织的文档中有所描述。cdma2000和umb在3gpp2组织的文档中有所描述。实际的无线通信标准和采用的多种接入技术将取决于具体应用和对系统的整体设计约束。

lte控制面负责诸如网络连接、安全控制、认证、建立承载和移动性管理的控制操作。它对应于ue12、e-utran14和epc16之间的包括所有无线电资源控制(rrc)、eutran信令和非接入层(nas)信令的信息流和信令。换句话说，lte控制面是以计算为中心的一串顺序操作。

从示出了e-utran/epc交互、用户信令和数据连接的图1可以看出，s1接口定义了在enodeb142与mme162和服务网关166之间的分组的转发。mme162是lte接入网的主要控制元件。它涵盖了包括重传在内的所有ue跟踪和寻呼过程。它还在承载激活/去激活过程中起关键作用，并且负责在初始网络连接过程中以及在涉及核心网(cn)节点重定位的lte内切换时为ue12选择正确的服务网关166。s1接口可以分为两部分：在enodeb142和服务网关166之间携带用户数据的s1-u(用于用户面)以及仅是enodeb142和mme162之间的信令接口的s1-c/s1-mme(用于控制面)。

从协议栈的角度来看，如图3所示，lte控制面使用相同的phy、媒体接入控制层(mac)、无线链路层控制协议(rlc)和分组数据汇聚协议(pdcp)来传送rrc和核心网nas信令。rlc、mac和phy层支持用户面和控制面的相同功能。这并不意味着以相同的方式传送用户和控制面信息。可以在ue12和lte网络之间建立几个无线电承载(rb)，每个无线电承载(rb)均都对应于特定的传输方案、无线电保护方法和优先级处理。附加的控制面层包括rrc、e-utran信令支持功能(例如，无线电承载管理、无线电移动性、用户寻呼)和与接入技术无关的nas信令支持功能和服务。

rrc协议属于umtswcdma协议栈，并且处理ue12与e-utran14之间的层3的控制面信令。其包括：rrc连接管理；无线电资源的建立和发布；系统信息的广播；寻呼；以及向epc发送信令消息和从epc接收信令消息。协议信号处理发生在控制面内，包括系统信息广播、mme配置更新过程、基于竞争/非竞争的随机接入过程、rrc连接建立、附接/分离过程和nas通用过程。

如已经提到的，mme162是lte接入网的关键控制节点。mme162与enodeb142和epc16内的服务网关166协同工作以执行各种功能，包括：承载激活/去激活过程；在初始附接过程中和在涉及cn节点重定位的lte内切换时为ue12选择服务网关166；为用户提供连接到pdn(如图1中的运营商的ip服务20)的pdn网关172的选择；提供包括重传在内的空闲模式ue跟踪和寻呼过程；mme162负责通过与hss18交互来认证ue12；并且还作为nas信令的终结点等。

再次参考图1，s10接口用于mme162重定位和mme到mme的信息传送或切换。s1-mme接口是enodeb142和mme162之间的控制面协议的参考点。s1-mme使用流控制传输协议(sctp)上的s1应用协议(s1-ap)作为保证在mme162和enodeb142之间的信令消息的传送的传输层协议。这是由mme162使用的与同一lte公共陆地移动网(plmn)上的enodeb142进行通信的接口。该接口用作建立和维护用户ue上下文的路径。s11接口提供mme162和服务网关166之间的通信以传输信息。该接口使用gprs隧道协议版本2(gtpv2)。每个系统上下文可配置一个或多个s11接口。

影响移动无线通信网络(诸如lte网络(图1))中的mec范式的性能的一些因素包括计算能力、数据存储容量和无线接入效率等。考虑到不同应用场景下的不同网络实体，本发明提出了一种自适应的联合卸载和预取方案所需的功能和信令方案，该自适应的联合卸载和预取方案在实施时计算效率高。因此，本发明提供了一种在移动网络10中执行联合卸载和预取的方法或方案，其考虑了网络状况和用户的qoe要求。

参考图4，其示出了移动网络(图1)中的ue12已经将其计算负荷中的一些卸载(虚线184,186)到核心服务器180或mec服务器182的场景的示例，并且在大约相同时间或同时地，核心服务器180已经为ue12预取了(虚线188)数据。

在由ue12卸载的情况下，优选地，ue12卸载到位于移动网络边缘的mec计算节点或服务器182，原因如上所述，包括其减少了核心网络(即epc16)中的信号负载。如图1和4所示，mec服务器182可以与enodeb142共同定位，或者，mec服务器182可以位于核心网(epc16)实体(例如，如图1所示的服务网关166)处。在其他实施例中，mec182可以是epc16中的单独或独立的计算实体。当卸载时，ue12可以将应用数据及其计算负载的一部分卸载到mec服务器182。mec服务器182可以提供用于接收和高速缓存预取数据的高速缓存器192，但是高速缓存器192可以包括单独的网络实体(图1)。

在预取的情况下，这可以由从ue12到核心服务器180的请求发起，或者在预期ue12即将要求下一期望内容数据的情况下，由核心服务器180发起。核心服务器180可以位于epc16内，但通常位于运营商的ip服务20中，例如，连接的pdn或诸如因特网的公共网络。因此，优选的是不通过epc16预取数据，并且在一些实施例中，mec服务器182将加载使其能够为ue12预取数据的应用。对于深度学习(dl)场景来说，核心服务器180可以被配置为向mec服务器182提供(图4的线190)经过训练的模型，由此mec服务器182能够在网络边缘向ue12提供可用的深度学习(dl)应用以及为ue12预取内容数据。

当在移动网络10中的一个或多个ue12联合实施卸载和预取服务时，必须考虑几个问题。一个这样的问题是epc16向ue12提供的服务的波动。这可以被认为一个qos问题。此外，应该同时考虑服务的ue12的用户的qoe和网络资源的有效利用。例如，当用户正在执行基于深度学习(dl)的应用时，可以预测ue12下载的数据段的未来(例如，10秒)。本发明的方案优选地考虑到诸如用户移动性、网络负载、网络成本等的网络10的当前和优选的未来的状态，来评估缓冲器状态和一个或多个ue12的qoe，并且然后指示或协助ue12或e-utran14从核心服务器180请求附加数据段。数据可由ue12和/或mec服务器182拖送，或由核心服务器180推送到ue12和/或mec服务器182。

图5示出了被配置为实现本发明的方案的网络实体之间的交互，通过该交互方式，在移动网络10的控制面中自动采用用于实现卸载和预取的一个或多个ue12的决定。配置为实现本发明的方案的实体包括移动性管理(mm)模块220、流量工程(te)模块222和会话管理(sm)模块224。mm模块220维护ue12的移动性上下文，并且预测ue12的移动性模式、位置和切换。这些可以促进和/或触发联合卸载和预取过程。sm模块224与ue12和服务器180,182交互以协调数据段传输。它指示或协助通知ue12和mec182与其他网络实体和内容服务器协调地进行卸载和预取操作。te模块222与mec服务器182、mm模块220和sm模块224交互以预测通过网络回程206和空中接口208(图1)分配给ue12的数据速率。它与ue12、其他网络实体和内容服务器协同工作地执行此操作。mm模块220、te模块222和sm模块224都可以在mme162中实现。用于ue12的用户数据库210存储用于ue12中的任何一个或全部的历史信息。它还可以存储用于移动网络10、移动网络实体142,162,164,166,168,170,172等以及连接的网络20的历史信息数据，并且可以自动地或响应于对相应的网络实体142,162,164,166,168,170,172的请求发送数据。这可以通过使用图1所示类型的消息收发接口来实现。

通过上述三个网络实体(即，与决策模块212相呼应的mm模块220、te模块222和sm模块224)来实现在任何ue12执行联合卸载和预取的决定。决策模块212可以是实体或虚拟模块，该实体或虚拟模块优选地包括在mme162(图1)中，但是也可以包括在控制面中起作用的任何网络实体中。决策模块212被配置为仅在控制面中操作。决策模块212可以包括mm模块220、te模块222和sm模块224。

决策模块212被配置为解决移动网络10的以下优化问题：

以及

假设在移动网络10中有k个工作站(ue12)、m个mec服务器182和c个高速缓存器192。

·us：指ue12。

·指在时隙t服务ue12us可用的总的实用程序(当前的和预测的)。

·和由于在时隙t进行通信、计算卸载和数据预取而使用的相应的实用程序。

·这三个实用程序分别通过使用sm模块224、mm模块220和te模块222并将其输出提供给决策模块212来确定。

·分别表示来自决策模块212的用于进行通信、计算和预取的动作或决策。动作可以作为二进制决策输出，例如，{0，1}，其中0表示无卸载，1表示卸载。

·对于如何推导没有限制。

·对推导出最优结果的方法没有限制。

图6是本发明的方案的流程图300。虽然流程图300涉及深度学习(dl)应用，但是应当理解，本发明的方案不限于深度学习(dl)应用。当ue12请求执行深度学习(dl)应用并且配置在控制面中的决策模块212基于其从三个网络实体(即，mm模块220、te模块222和sm模块224)接收的输入提供决策时，启动由流程图300定义的方法。基于决策模块212输出的决策数据，可以在移动网络10中对dl训练模型分别进行卸载和预取。在方法300的第一步骤310，ue12向ran(e-utran14)发送具有qoe要求的深度学习(dl)应用请求。在第二步骤320，ran(e-utran14)和mm模块220向te模块222发送网络状态(例如，计算负载、信道数据、高速缓存状态数据和移动性预测)。在第三步骤330，te模块222向sm模块224发送用于ue12的单个或多个预测数据(获取)速率以及单个或多个计算速率。在第四步骤340，sm模块224执行联合卸载和预取估计，并且在第五步骤350，向ue12通知联合卸载和预取信号或消息。在决策框360，在ue12不接受联合卸载和预取信号或消息的情况下，其向sm模块224发送否定确认(nack)消息364，并且处理结束。在决策框360，在ue12接受联合卸载和预取信号或消息的情况下，ue12向sm模块224发送确认(ack)消息366，随后在第六步骤370，sm模块向ran(e-utran14)发送qos信息。作为响应，在第七步骤380，ue12中的深度学习(dl)应用向服务器180发送预取请求。作为响应，在第八步骤390，服务器180向mec服务器182发送数据。第九步骤400可以和第七步骤380同时或同步实施，在第九步骤400中，ue12中的深度学习(dl)应用向mec服务器182发送卸载信息，从而完成根据本发明的联合卸载和预取操作。本发明的方案支持基于深度学习(dl)的移动应用，如对象检测、识别、跟踪等。

如上所述，决策模块212基于移动网络10的网络条件(状态)和ue12的qoe要求，作出联合卸载和预取的决定。例如，参考图7示出的三个网络场景，第一场景410示出了ue12卸载到mec服务器182并且网络服务器180将数据预取到mec服务器182的情况。在第二场景420中，不期望通过核心网(epc)16传送数据并且ue12将从核心服务器180预取经过训练的深度学习(dl)模型以执行预取。在第三场景430中，ue12将卸载到核心服务器180而不是卸载到mec服务器182。

上述装置可以至少部分地在软件中实现。本领域技术人员将理解，上述装置可以至少部分地使用通用计算机设备或使用定制设备来实现。

这些计算机的硬件元件、操作系统和编程语言本质上是常规的，并且假设本领域技术人员对此充分熟悉。当然，任何服务器功能都可以以分布式方式实现在多个类似的平台上，以分配处理负载。在本文中，可以在包括通信系统的任何装置上执行本文描述的方法和装置的各方面。该技术的程序方面可以被认为是通常为可执行代码和/或相关数据的形式的“产品”或“制品”，所述可执行代码和/或相关数据在机器可读介质的类型中承载或体现。“存储”型介质包括移动站、计算机、处理器等的任何或所有存储器或与其相关联的模块，例如，可以在任何时候为软件编程提供存储的各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等。有时可以通过互联网或各种其他电信网络来传送全部或部分软件。例如，该通信可以使软件从一个计算机或处理器加载到另一个计算机或处理器。因此，可以承载软件元素的另一种类型的介质包括光、电和电磁波，例如在本地设备之间的物理接口中使用的光、电和电磁波，通过有线和光学固定电话网络以及在各种空中链路上使用的光、电和电磁波。也可以将承载诸如有线或无线链路、光链路等的这种波的物理元件认为是携带该软件的介质。如本文所使用的，除非限于有形的非暂时的“存储”介质，诸如计算机或机器“可读介质”的这样的术语是指参与向处理器提供指令以执行该指令的任何介质。

因此，机器可读介质可以具有许多形式，包括但不限于，有形存储载体、载波介质或物理事务处理介质。例如，非易失性存储介质包括光盘或磁盘，例如计算机等中的任何存储设备，例如可用于实现图中所示的编码器、解码器等的存储介质。易失性存储介质包括动态存储器，例如计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆；铜线和光纤，包括在计算机系统内构成总线的电线。载波传输介质可以采取电或电磁信号的形式，或诸如在射频(rf)和红外(ir))数据通信期间产生的声波或光波。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、软盘、硬盘、磁带、任何其它磁介质、cd-rom、dvd或dvd-rom，任何其它光学介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理存储介质、ram、prom和eprom、flash-eprom、任何其它存储器芯片或盒式磁带、传输数据或指令的载波、传送这种载波的电缆或链路、或计算机可以从其读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些形式的计算机可读介质中的许多可能涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带到处理器以供执行。

虽然已经在附图和前面的描述中详细地示出和描述了本发明，但是将其视为是示例性的而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述了示例性实施例并且不以任何方式限制本发明的范围。可以理解，本文所描述的任何特征可以与任何实施例一起使用。示例性实施例不是彼此排斥或与本文中未叙述的其他实施例排斥。因此，本发明还提供包括上述一个或多个示例性实施例的组合的实施例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明作出修改和变化，因此，只应由所附的权利要求书限定本发明的范围。

在以下的权利要求和本发明的前述描述中，除非上下文要求，否则因为表达式语言或必要的隐含，词语“包括”或诸如“由…组成”或“包含”的变形以包容性的意义使用，即，指定所述特征的存在，但不排除在本发明的各种实施例中存在或添加其它特征。

应当理解，如果在本文中引用任何现有技术的出版物，则该引用不构成该公开形成本领域普通知识的一部分的承认。