阅读说明：本技术 一种电池虚拟化 (Battery virtualization ) 是由 迈克尔·迈耶 迈赫迪·阿拉什米德·阿卡哈瓦因·穆罕默迪 于 2018-04-24 设计创作，主要内容包括：一种控制计算设备的方法,所述计算设备包括物理电池和至少一组可在计算设备硬件资源上执行的应用,其中,每组包括一个或多个应用。所述方法包括：根据每个应用组关联的相应的虚拟电池的状态对每个应用组进行控制,其中,每个虚拟电池具有对应于已定义的一部分物理电池容量的虚拟容量,以及具有虚拟电池储备,表示可供虚拟电池关联的应用组使用的能量。(A method of controlling a computing device comprising a physical battery and at least one set of applications executable on computing device hardware resources, wherein each set comprises one or more applications. The method comprises the following steps: each application group is controlled in accordance with a state of a corresponding virtual battery associated with each application group, wherein each virtual battery has a virtual capacity corresponding to a defined portion of the physical battery capacity and has a virtual battery reserve representing energy available for use by the application group with which the virtual battery is associated.)

一种电池虚拟化

相关申请案交叉申请

本发明要求2017年4月24日递交的发明名称为“一种电池虚拟化”的第15/495,096号美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及能量存储和管理领域，尤其涉及电池虚拟化领域。

背景技术

在本发明中，“电池”一词应理解为能够储存有限数量的能量(以任何合适的形式)并以电能的形式释放储存能量的设备。电池包括电化学电池、电容器、储能飞轮、燃料电池或具有有限燃料供应的发电机等。电池中储存的能量可以用任何合适的单位来衡量，例如焦耳(Joule，简称为J)、英热量单位(British Thermal Unit，简称为BTU)、安培小时(Amp-hour，简称为Ah)或毫安培小时(milli-Amp-Hour，简称为mAh)。

图1示出了一种简单的电池。在图1的示例中，电池100包括能量存储器(或存储)102和控制器104。例如，所述能量存储器102包括电化学电池、电容器、储能飞轮、燃料电池或具有有限燃料供应的发电机等。所述能量存储器102中储存的能量可以用任何合适的单位来衡量，例如焦耳(J)、英热量单位(BTU)、安培小时(Ah)或安培小时(mAh)。

在其最简单的形式中，所述控制器104可作为开关用于通过合适的导体108选择性地将所述能量存储器102连接到负载106。当该连接完成后，所述能量存储器释放能量(在110处)，为所述负载106提供电能。在更复杂的例子中，所述控制器104可以提供电力调节电路，如电压调节器、整流器或逆变器等，以确保由能量存储器102提供给负载106的电力适合所述负载106使用。此外，控制器104可以包括用于使能量存储器102能够充电的电路(如112所示)。

提供此背景信息是为了揭示申请人认为与本发明可能相关的信息。不应认为也不应理解为本文中的前述任何信息构成与本发明对立的现有技术。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一些架构用于控制计算设备中电池的使用。

相应地，本发明的第一方面提供一种控制计算设备的方法，所述计算设备包括物理电池和至少一组可在计算设备硬件资源上执行的应用，每组包括一个或多个应用。所述方法包括：根据与每个应用组关联的相应的虚拟电池的状态对每个应用组进行控制，其中，每个虚拟电池具有与已定义的一部分物理电池容量相对应的虚拟容量，以及具有相应的虚拟电池储备，表示可供虚拟电池关联的应用组使用的能量。

在本发明第一方面的实施例中，所述方法进一步包括：将与每个应用组关联的虚拟电池管理器进行实例化，其中，所述虚拟电池管理器用于根据相应的虚拟电池的状态对相应的应用组进行控制。在另一实施例中，每个应用组在相应的虚拟机和分片中的其中一个中执行，可选的，每个虚拟机与虚拟电池管理器关联，其中所述虚拟电池管理器用于根据相应的虚拟电池的状态对相应的应用组进行控制。

在另一实施例中，给定虚拟电池的虚拟容量基于相应的应用组估算的电池利用率；相应的应用组的优先级；以及用户输入中的任意一个或多个因素进行计算。

在另一实施例中，给定虚拟电池的虚拟容量在相应的应用组运行时间内是固定的。在另一实施例中，给定虚拟电池的虚拟容量在相应的应用组运行时间内是可变的。可选的，所述方法可以包括：在相应的应用组运行时间内计算给定虚拟电池的最新的虚拟容量，在另外可选的实施例中，最新的虚拟容量根据相应的应用组的实际电池利用率进行计算。

在另一实施例中，根据相应的虚拟电池的状态对每个应用组进行控制包括：检测特定虚拟电池的低电量状态，并针对检测到的低电量状态执行以下任意一种或多种操作：关闭与所述特定虚拟电池关联的相应的应用组的一个或多个应用；限制与所述特定虚拟电池关联的相应的应用组的一个或多个应用对计算设备硬件资源的访问。在另一实施例中，检测低电量状态包括：计算相应的应用组的电池利用率估计值；根据计算得到的电池利用率估计值，降低所述特定虚拟电池的相应虚拟电池储备值。在另一实施例中，检测所述特定虚拟电池的状态还包括：在当前储存在物理电池中的能量增加时，增加所述特定虚拟电池的虚拟电池储备。在又一实施例中，根据当前储存在物理电池中的能量的增加速率；所述特定虚拟电池的虚拟容量；与所述特定虚拟电池关联的相应的应用组的优先级；以及用户输入中的任意一个或多个因素增加在所述特定虚拟电池中剩余的能量。在又一实施例中，检测所述特定虚拟电池的低电量状态包括以下任意一种或多种操作：检测到所述特定虚拟电池的虚拟电池储备等于或小于预定阈值；检测到所述特定虚拟电池的虚拟电池储备在已定义的未来一段时间内预计将低于预定阈值。

本发明的第二方面提供了一种计算设备，包括具有确定的电池容量的物理电池；包含存储器和处理器的硬件资源；以及至少一组驻留在存储器中可被处理器执行的应用。每组应用包括一个或多个可在硬件资源上执行的应用。所述计算设备还包括驻留在存储器中的虚拟电池管理器，当被硬件资源上的处理器实例化时，所述虚拟电池管理器用于根据与每个应用组关联的相应的虚拟电池的状态对每个应用组进行控制，每个虚拟电池具有对应于已定义的一部分物理电池容量的虚拟容量，以及具有虚拟电池储备，表示可供虚拟电池关联的应用组使用的能量。

在本发明第二方面的实施例中，每个应用组在相应的虚拟机和分片中的其中一个中执行，可选的，每个虚拟机与虚拟电池管理器关联，所述虚拟电池管理器用于根据相应的虚拟电池的状态对相应的应用组进行控制。在另一实施例中，给定虚拟电池的虚拟容量基于相应的应用组估算的电池利用率；相应的应用组的优先级；以及用户输入中的任意一个或多个因素进行计算。在另一实施例中，给定虚拟电池的虚拟容量在相应的应用组运行时间内是固定的或可变的。在另一实施例中，所述虚拟电池管理器用于通过检测相应的虚拟电池的低电量状态对每个应用组进行控制，并针对检测到的低电量状态执行以下任意一种或多种操作：关闭与虚拟电池关联的相应的应用组的一个或多个应用；限制与虚拟电池关联的相应的应用组的一个或多个应用对硬件资源的访问。在又一实施例中，检测低电量状态包括：计算相应的应用组的电池利用率估计值；根据计算得到的电池利用率估计值，降低特定虚拟电池的相应虚拟电池储备值。在另一实施例中，检测相应的虚拟电池的状态还包括在当前储存在物理电池中的能量增加时，增加相应的虚拟电池的虚拟电池储备。在另一实施例中，根据当前储存在物理电池中的能量的增加速率；相应的虚拟电池的虚拟容量；相应的虚拟电池关联的相应的应用组的优先级；以及用户输入中的任意一个或多个因素增加相应的虚拟电池的虚拟电池储备。在又一实施例中，检测相应的虚拟电池的低电量状态包括以下任意一种或多种操作：检测到相应的虚拟电池的虚拟电池储备等于或小于预定阈值；检测相应的虚拟电池的虚拟电池储备在确定的未来一段时间内预计将低于预定阈值。在一实施例中，计算设备是一种用户设备。在另一实施例中，计算设备是一种基站。

本发明的第三方面提供了一种用户设备，包括网络接口、显示器、处理器和用于存储指令的存储器，当处理器执行指令时，所述用户设备用于对能够访问网络接口、显示器和处理器的第一设备分片进行实例化，对能够访问网络接口和处理器但无法访问显示器的第二设备分片进行实例化。

在第三方面的实施例中，所述用户设备还包括一种电池，其中，第一设备分片能够访问电池的第一虚拟化表示，第二设备分片能够访问电池的第二虚拟化表示。在一实施例中，存储器还存储指令，当处理器执行指令时，所述用户设备用于根据相应的电池的虚拟化表示状态关闭第一设备分片和第二设备分片中的其中一个。

本领域技术人员将会理解，上述描述的不同方面的实施例可以应用于与它们相关的、单独的或与其他实施例结合的方面，并且在某些情况下，它们可以应用于其他方面。本领域技术人员将会认识到，一些实施例可能是相互排斥的，在这种情况下，它们不会被认为是如上所述的可组合的。

附图说明

通过结合附图将进一步地对本发明的特征和优点进行以下阐述：

图1为传统电池系统的方框图；

图2为可以用来按照本发明的典型实施例实现设备和方法的计算系统100的方框图；

图3为典型用户设备(user equipment，简称为UE)的功能架构的示意方框图；

图4为根据本发明实施例的包含电池虚拟化的UE的示意方框图；

图5为可用于本发明实施例的典型服务器架构的示意方框图。

需要说明的是，在整个附图中相似的特征由相似的参考数字进行标识。

具体实施方式

图2为可以用来实现本文公开的设备和方法的计算系统200的方框图。特定设备可利用所有所示的组件或所述组件的唯一子集，集成程度因设备而异。此外，一个设备可以包含一个组件的多个实例，如多个处理单元、处理器、存储器、发射器、接收器等。所述计算系统200包括电子设备(electronic device,简称为ED)202。所述ED 202通常包括中央处理器(central processing unit，简称为CPU)204、总线206和存储器208，可选地，还可包括海量存储设备210、视频适配器212和输入输出接口214(以虚线表示)。

所述CPU 204可包括任何类型的电子数据处理器。因此，CPU 204可以是下列任何组合：一个或多个通用微处理器和一个或多个专用处理核心，如图形处理器(graphicprocessing unit，简称为GPU)或其他所谓的加速处理器(或处理加速器)的组合。所述存储器208可包括任意类型的非瞬时性系统存储器，例如静态随机存取存储器(static randomaccess memory，简称为SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory，简称为DRAM)、同步DRAM(synchronous DRAM，简称为SDRAM)、只读存储器(read-only memory，简称为ROM)或它们的组合。在实施例中，存储器208可包含在开机时使用的ROM以及在执行程序时使用的存储程序和数据的DRAM。所述总线206可以是若干种任意类型总线架构中的一种或多种，包括内存总线或内存控制器、***总线或视频总线。

海量存储设备210可包括任意类型的非瞬时性存储设备，用于存储数据、程序和其它信息，并使所述数据、程序和其它信息可通过总线206访问。所述海量存储设备210可包括如下项中的一种或多种：固态磁盘、硬盘驱动器、磁盘驱动器、或者光盘驱动器。

所述可选的视频适配器212和输入输出接口214可用于提供接口，将外部输入和输出设备耦合到处理单元202。输入和输出设备例如包括耦合到视频适配器212的显示器216和耦合到输入输出接口214的触摸屏等输入输出设备218。其他设备可以耦合到所述处理单元202，并且可以使用更多或更少的接口。例如，可使用如通用串行总线(Universal SerialBus，简称为USB，未示出)等串行接口将接口提供给外部设备。

所述处理单元202还可以包括一个或多个网络接口220，该网络接口220可以包括至少一个无线或有线链路，例如以太网线，以访问一个或多个网络222。所述网络接口220允许处理单元202通过网络222与远程实体通信。例如，网络接口220可通过一个或多个发射器/发射天线和一个或多个接收器/接收天线提供无线通信。在一实施例中，所述处理单元202耦合到局域网或广域网上以用于数据处理以及与远程设备通信，所述远程设备例如是其它处理单元、因特网、或远程存储设施。

图3为典型电子设备，例如UE 300的功能架构的示意方框图。电子设备可以体现为移动电话、平板电脑等，可以是传统的UE，而在其他实施例中，也可以是机器类通信(machine type communication，简称为MTC)设备。在图3的例子中，所述UE 300广义上由硬件资源302和软件资源304组成。所述硬件资源302可以由一个或多个处理器(任何或所有这些处理器可以参照图2中描述的系统200进行构建)实现。所述UE 300可以通过使用一种或多种不同的无线接入技术(radio access technology，简称为RAT)和标准连接到所述网络222。执行适当的软件可使处理器控制所述UE 300的无线接入元件(例如收发器306和天线308)使用不同的无线接入技术进行连接，以便在连接时执行预期的功能。普通技术人员应该认识到，可以使用许多合适的软硬件组合来实现本发明的目的，这些组合在技术上是已知的，或者在将来可以被开发出来。因此，本说明书中不包含显示物理UE硬件的图示。相反，图3的方框图显示了UE 300的典型的功能架构，可以理解的是，可以使用任何合适的软硬件组合来实现该功能架构。

如图3所示，所述UE 300通常包括运行环境(runtime environment，简称为RE)310和媒体接入控制(Media Access Control，简称为MAC)功能314。所述RE 310可以为应用312提供一个灵活、高效的多租户运行和托管环境，所述MAC功能314用于管理通过收发器306和天线308进行的数据包传输。所述RE 310可以为所述UE 300托管的每个应用312提供一个安全和资源“沙箱”。每个“沙箱”可以由虚拟机(virtual machine，简称为VM)316来实现，其中包括一个操作系统实例以及提供对所述UE 300中的硬件资源302的受控访问。本领域技术人员应理解，所述RE 310可以由在所述UE 300的硬件资源302上的虚拟机监视器提供。在其他实施例中，作为VM 316的替代，不同的功能组件可以实现为运行在公共OS内核之上的软件容器，这种技术也称为OS级虚拟化。基于容器的虚拟化通常不需要对虚拟机进行实例化来提供通常由VM提供的资源隔离。

来自厂商、服务提供商和第三方的应用312可以在各自的虚拟机316或另一个合适的容器中部署和执行。例如，通讯服务、视频流和基于位置的服务可以通过如上所述的托管在所述RE 310上的一个或多个应用312来实现。应该理解的是，在单个VM 316中可以支持多个应用。应用312和网络222之间的通信通常实现为使用所述MAC功能314和所述UE 300支持的一种或多种无线接入技术的RE 310的服务。这些无线接入技术可以包括以下任意一种或多种技术：长期演进(Long Term Evolution，简称为LTE)、高速分组接入(High SpeedPacket Access，简称为HSPA)、全球移动通信系统(Global System for MobileCommunications，简称为GSM)、GSM演进增强数据速率(Enhanced Data Rates for GSMEvolution，简称为EDGE)、WiFi和蓝牙以及上述技术的后继RAT技术。预计将来还会有更多的RAT技术被开发出来。

所述UE 300的运行依赖于为硬件资源302提供足够的电力。该电力由电池100通过电导体108提供。在一个典型的UE 300中，电池的能量存储器102由一个或多个电化学电池来提供。所述控制器104通常会配备开关电路，使能量存储器102可以由主电源(如通过适当的电缆，未示出)对其充电。此外，控制器104可配备功率调节电路(未示出)，如电压调节器和监测电路(未示出)，用于检测关于电池100状态的各种数据。例如，监测电路包括电压传感器和电流传感器，其中，电压传感器检测通过能量存储器102的总电压，电流传感器检测能量存储器102的总电流消耗。这些检测值可以传递给电池管理器318，并用于推断关于电池100状态的信息。

在一些例子中，电池管理器318可以作为RE 310的服务提供，或者作为UE 300的底层操作系统来提供。在其他例子中，电池管理器318可以作为在所述RE 310托管的VM 316中的应用312来提供。通常，电池管理器318显示(如在配备UE 300的显示器216上显示)能量存储器102中剩余的能量。在某些情况下，电池管理器318可以提供更复杂的操作，例如估算能量存储器102中能量耗尽的剩余时间。在某些情况下，电池管理器318能够与所述RE 310(或所述UE 300的底层操作系统)交互，以实现“节约电池”的操作模式，在这种模式下，为某些硬件资源302提供的电力可能会减少。例如，可以限制供应给处理器202的最大功率，从而限制处理器202的速率。这将降低在UE 300的应用312的性能，但也会延长能量存储器102中能量耗尽的剩余时间。在另一个例子中，为了节约能量，可以降低显示器216的亮度，从而延长能量存储器102中能量耗尽的剩余时间。这两种技术本质上都会以相同的方式影响在UE300中的所有应用312。

可取的是，有更多的选项用于控制UE内的电量消耗，特别是在能量存储器102中剩余能量相对较低的情况下。更广泛地说，可取的是，在任何计算环境中，如UE、访问节点如基站、网络服务器、移动边缘计算(Mobile Edge Computing，简称为MEC)节点或数据中心，有更多的选项用于控制电池利用率。在这方面，应当指出，通信网络的所有节点的运行都依赖于电力供应。在大多数情况下，网络节点与所述主电源连接。然而，在许多情况下，电池(或其他二次电源)用于在主电源中断期间提供临时电源。正是在该时期，电池的利用率变得尤为重要。

根据本发明，可以通过使用运行环境(或虚拟机监视器)实例化的电池虚拟化层和在每个虚拟机中实例化的虚拟电池管理器来控制电池利用率。通常，电池虚拟化层用于估算每个应用(或应用组)的电池利用率，并将此信息提供给每个虚拟电池管理器实例。根据电池虚拟化层提供的信息，虚拟电池管理器可以控制一个或多个应用的电池利用率。实际上，物理电池已经替代为一个或多个“虚拟电池”，每一个都与一个或多个应用关联，这样可以基于每个虚拟电池的演进态按应用或业务对电池利用率进行控制。图4示出了本发明的电池虚拟化应用于图3中UE 300的一个例子。

为了描述方便考虑，物理电池有一个已定义的容量，表示能够存储在电池中的最大能量，以及当前存储在电池中的能量，表示所述UE 300可用的能量。同样，值得考虑的是，虚拟电池有一个已定义的虚拟容量，表示一定比例的物理电池容量，以及虚拟电池储备，表示可供虚拟电池关联的应用使用的能量。

参见图4，UE 400包括与电池管理器318关联的电池虚拟化层402和与每个虚拟机316关联的虚拟电池管理器(virtual battery manager，简称为vBM)实例404。

在一些实施例中，电池虚拟化层402可以作为运行环境310或虚拟机监视器的服务来提供，或者作为UE 400的底层操作系统的服务来提供。在其他实施例中，电池虚拟化层402可以通过在虚拟机316中的应用312来实现。在运行中，电池虚拟化层402可以从电池管理器318接收电池100的状态信息，并从运行环境310接收每个应用312使用的硬件资源信息。例如，电池虚拟化层402可以从电池管理器318接收电池100的总电流消耗，当前存储在电池100中的总能量，以及电池能量耗尽的剩余时间等信息。在具体的实施例中，总电流消耗的正值可以表示电池100正在放电，而总电流消耗的负值可以表示电池100正在充电。运行环境310可以向电池虚拟化层402提供信息，例如，每个应用正在使用的处理器202的处理容量的比例；每个应用使用的显示器216、输入输出设备218和网络接口220的比例。另外，电池虚拟化层402可以从运行环境310接收每个VM 316使用的硬件资源的信息。例如，电池虚拟化层402可以接收每个VM 316使用的处理器202、显示器216、输入输出设备218和网络接口220的容量比例信息。根据接收到的信息，电池虚拟化层402可以计算每个应用312(或VM316)的电池利用率估计值。如果需要，电池虚拟化层402可以定期计算每个应用312(或VM316)的电池利用率的最新估计值。基于应用(或VM)的电池利用率估计值可以由电池虚拟化层402传递给每个虚拟电池管理器404。

在一些实施例中，某个具体应用312(或VM 316)的电池利用率估计值只能传递给与相关VM 316关联的vBM 404。根据从电池虚拟化层402接收到的电池利用率估计值，vBM404可以控制在该vBM的虚拟机316中的应用312的运行。例如，当VM 316被实例化时，可以为其vBM 404分配特定的虚拟容量。在随后的运行中，所述vBM 404可以利用从电池虚拟化层402接收的电池利用率估计值，从分配的虚拟容量中减去应用312(或VM 316)使用的能量，以计算剩余的虚拟电池储备。当剩下的虚拟电池储备达到预定的阈值，或在预定的未来一段时间内预计将低于阈值，所述vBM 404可以检测到“低电量”状态，并与所述VM 316交互，以限制VM 316中的应用312的电池利用率。例如，所述vBM 404可以与所述VM 316交互，以部分或完全关闭在所述VM 316中的应用312。在另一个例子中，所述vBM 404可以与所述VM316交互，以限制在VM 316中的应用312对所述UE 300中的硬件资源302的访问。例如，所述VM 316可以与所述RE 310交互，以减少在VM 316中的应用312可使用的处理器202和网络接口220的容量比例。实际上，所述vBM 404根据仅与VM 316关联的虚拟电池406的状态来控制在其VM 316中的应用312，其中，所述虚拟电池406具有VM 316实例化时分配给它的与物理电池的容量(或比例)相对应的虚拟容量。

值得注意的是，本发明提供的电池虚拟化可以以多种方式使用。以下选择了四个示意用例进行描述。

用例1：分阶段关闭应用

如上所述，可以为vBM 404分配具体的物理电池容量，例如vBM的虚拟机316实例化时进行分配。所述分配的物理电池容量成为vBM的虚拟电池406的虚拟容量，当虚拟电池406中剩余的虚拟电池储备接近或下降(或预计下降)到预定阈值以下，所述vBM 404可以触发关闭VM 316中的应用312。此功能可以在运行环境310中实例化的所有VM 316中触发有组织的、分阶段的应用关闭。更具体地，根据分配给每个虚拟电池406的电池容量，在不同VM中的应用312可以在不同的时间关闭。

例如，给定vBM 404的具体的虚拟容量可以根据VM 316中的应用312所需的预期电流消耗来选择。例如，可以计算分配给给定虚拟电池406的电池容量，使得在相应的VM 316中实例化的应用(或一组应用)在关闭前的一段已定义的时间内(例如15分钟)继续使用电池电量运行。这种情况下的应用不需要使用电池电量来继续运行更长一段时间，但是这些应用在关闭之前需要一些时间来保存数据或终止通信会话。

在另一个示例中，可以根据用户输入来选择分配给给定虚拟电池406的虚拟容量。例如，用户可能希望某个特定的应用尽可能长时间地使用电池供电。或者，用户可能希望某个特定的应用使用指定比例的物理电池100的容量。这两个选项可以通过提供用户界面允许用户输入参数来实现。该参数指示希望分配给每个应用(或应用组)的一定比例的电池100的容量，然后计算分配给关联的虚拟电池406的虚拟容量。用户输入的参数可以是任何方便测量电池容量的方法。例如，用户输入的参数可以是电池100总容量的百分比。

用例2：保护优先应用

一些应用312被认为具有高优先级，因此应该尽可能长时间地供电。例如，与紧急业务发放相关的应用312(例如911电话)可能被赋予高优先级，因为这些应用应该尽可能长时间地保持在运行状态。这可以通过将较大比例的电池100的容量分配给关联的虚拟电池406来实现。

相反，有些应用可能被认为是低优先级的，因此可能提供电池电量的时间相对较短，特别是为了维持高优先级应用的运行。例如，与娱乐业务发放相关的应用312，例如Netflix(TM)，可能被分配一个较低的优先级，因为这些应用不需要保持运行，并且一旦主电源恢复，可以很容易地重新启动。这可以通过将较小比例的电池100的容量分配给关联的虚拟电池406来实现。

用例3：基于业务的电池容量分配

上述例1和例2描述了按应用分配电池容量。许多网络和数据中心业务依赖于在UE400上的一个或多个应用。在这种情况下，与给定业务关联的一个或多个应用可以在单个VM316中实例化。因此，上述按应用分配的例子也适用于业务，将一定比例的物理电池容量分配给对所述业务的应用进行托管的VM 316所关联的虚拟电池406，根据该一定比例的物理电池容量，可以以一种受控的方式维护和关闭业务。

用例4：面向分片的电池容量分配

就本发明的目的而言，网络“分片”(例如，在一个或多个网络222中)被定义为一个或多个承载(或PDU会话)的集合，这些承载(或PDU会话)为了任意目的而组合在一起。此集合可以基于任何合适的标准，例如业务(如特定的移动虚拟网络运营商(mobile virtualnetwork operator，简称为MVNO)客户)、服务质量(Quality of Service，简称为QoS)要求(如延迟、最小数据速率、优先级划分等)；流量参数(如高可靠低延迟通信(ultra-reliableand low latency communications，简称为URLLC)、移动宽带(mobile broadband，简称为MBB)、机器类通信(MTC)等)或用例(如机器间通信；物联网(Internet of Things，简称为IoT)等。

通过实例化与每个网络分片关联的VM 316，可以将分片的概念扩展到UE和其他网络连接计算设备(如数据中心)。然后支持与分片关联的PDU会话的应用在该VM中进行实例化。因此，上述按应用和按业务分配的例子也适用于网络分片，将一定比例的物理电池容量分配给对所述分片的应用进行托管的VM 316所关联的虚拟电池406，根据该一定比例的物理电池容量，可以以一种受控的方式维护和关闭分片。

例如，在一些组网环境中，可取的是，使用UE作为中继，使得第二个UE能够连接到网络。与此类中继操作相关的PDU会话可以一起组合在在为此目的而实例化的分片中。在这种情况下，VM 316可以针对分片进行实例化，并且在该VM中可以执行一个或多个用于支持中继的应用。因此，上述按应用处理的例子也适用于分片，根据分配给虚拟电池406的虚拟容量，可以以一种受控的方式维护和关闭分片。

在另一个示例中，可以使用分片使UE能够建立和维护两个或多个网络连接。例如，所述UE可以为URLLC建立第一个连接，为MBB建立第二个连接，为MTC建立第三个连接。为了使这些连接能够独立管理，每个连接都能够与相应的分片关联，并为每个分片实例化相应的VM 316。在每个VM 316中，可以在每个VM 316中实例化一个或多个应用，以支持相关分片的PDU会话。分配给每个VM/分片的虚拟电池406的虚拟容量可以基于估计的分片利用率来计算，从而在保证物理电池100的容量不会被任何一个分片独占的同时，每个分片的PDU会话能够获得适当的支持。

值得注意的是，通过允许高优先级应用尽可能长时间使用电池供电，以及在物理电池100的电量即将耗尽时(即完全放电)，通过提前关闭低优先级应用和有组织地关闭所有应用，本发明提供的电池虚拟化改善了UE 400的运行(或者提供了技术效果)。

在上述示例中，(每个)虚拟电池406的虚拟容量是在启动时(即实例化相应的VM316时)分配的，在与VM 316关联的应用(或应用组)运行时间内不会改变。这是硬(或固定)电池容量分配的例子。然而，值得注意的是，电池容量的分配可以是动态的，因为可以在运行时间内进行调整。例如，在上述用例中，实例化了三个VM/分片，分别用于承载URLLC、MBB和MTC连接的PDU会话。在该用例中，每个VM/分片与各自的虚拟电池406关联，虚拟电池406的容量是根据三种连接类型的预期电池利用率来确定的。但是，如果三种连接类型的实际电池利用率与预期利用率有很大差别，则每个虚拟电池406的初始分配容量将不能反映每个分片的实际功率需求。在这种情况下，电池虚拟化层402可以识别出一个或多个电池利用率显著高于或低于预期的分片(或VM)，并为每个涉及的虚拟电池406计算最新的虚拟容量分配。例如，可以降低与未充分利用分片关联的虚拟电池406的虚拟容量，以增加与另一个分片关联的虚拟电池406的虚拟容量，例如过度利用的分片。还应该了解，在一些实施例中，UE 400的不同分片可以访问UE 400的不同资源。在这样的例子中，与MTC业务关联的分片可以访问UE 400的一组有限的可用的天线，或者它可以只能够访问特定类型的网络接口(例如只访问无线接入网(radio access network，简称为RAN)的数据连接，而不能访问WiFi接口或蓝牙接口等资源)。在某些场景中，与MTC业务关联的分片，或与基于UE的中继服务等承载业务关联的分片，可能不提供对显示器的访问权。通过限制对显示器的访问，可以大大降低该分片的功耗。在某些实施例中，与MTC业务或与基于UE的中继服务关联的分片可能不会耗尽与其关联的虚拟电池，而与MBB或eMBB业务关联的虚拟电池可能会被耗尽。在这种情况下，从用户的角度来看，UE 400可能无法使用，但是UE 400可以继续运行(在某些实施例中不与显示器进行交互)，以服务于尚未耗尽虚拟电池的其他分片。需要进一步了解的是，其他资源例如输入和输出设备(如触摸屏、扬声器、麦克风等)，可能不是所有分片都可用的。

在上述示例中，电池虚拟化是在电子设备为智能手机或平板电脑等UE 400的背景下描述的。图5示出了另一种实施例，其中电池虚拟化在服务器中实现，例如在网络服务器、数据中心或MEC服务器中实现。

图5为根据本发明的典型实施例实现电池虚拟化的典型服务器500的示意方框图。服务器500可以实现为一个或多个计算机，存储设备和路由器(任何或所有这些设备可以参照图2中描述的系统200进行构建),这些设备相互连接在一起形成一个本地网络或集群并运行合适的软件来执行其预定的功能。普通技术人员应该认识到，可以使用许多合适的软硬件组合来实现本发明的目，这些组合在技术上是已知的，或者在将来可以被开发出来。因此，本说明书中不包含显示物理服务器硬件的图示。相反，图5的方框图显示了服务器500的典型的功能架构，可以使用任何合适的软硬件组合来实现该功能架构。

如图5所示，服务器500通常包括托管基础设施502和应用平台504。所述托管基础设施502包括所述服务器500的物理硬件资源506(例如，信息处理、流量转发和数据存储资源)和虚拟化层508，所述虚拟化层508将硬件资源506在应用平台504上抽象显示。此抽象的具体细节将取决于由应用层托管的应用的需求(如下所述)。因此，例如，提供流量转发功能的应用可以使用硬件资源506的抽象来表示，该抽象简化了在一个或多个路由器中实现流量转发策略。类似地，提供数据存储功能的应用可以使用硬件资源506的抽象来表示，该抽象简化了数据的存储和检索(例如使用轻型目录访问协议(Lightweight DirectoryAccess Protocol，简称为LDAP))。

应用平台504提供托管应用的能力，包括虚拟化管理器510和应用平台服务512。通过提供基础设施即服务(infrastructure as a service，简称为IaaS)设施，虚拟化管理器510可以为应用514提供一个灵活、高效的多租户运行和托管环境。在运行中，虚拟化管理器510可以为平台504托管的每个应用提供一个安全和资源“沙箱”。每个“沙箱”可以由VM 516来实现，其中可以包括一个合适的操作系统以及提供对服务器500中的(虚拟化的)硬件资源506的受控访问。应用平台服务512为托管在应用平台504上的应用514提供了一组中间件应用服务和基础设施服务，下文将对此进行更详细的描述。

来自厂商、服务提供商和第三方的应用514可以在各自的虚拟机516中部署和执行。例如，管理和编排(management and orchestration，简称为MANO)和以服务为导向的网络自创建(service oriented network auto-creation，简称为SONAC)及其各种功能，如软件定义拓扑(software-defined topology，简称为SDT)、软件定义协议(software-definedprotocol，简称为SDP)和软件定义资源分配(software-defined resource allocation，简称为SDRA)可以通过托管在应用平台504上的一个或多个应用514来实现。应用514和服务器500中的服务之间的通信可以根据本领域已知的面向服务的架构(service-orientedarchitecture，简称为SOA)原则方便地进行设计。

通信服务518可以允许托管在单个服务器500上的应用514与应用平台服务512通信(例如通过预定义的应用软件编程接口(application programming interface，简称为API))，以及通信服务518间通信(例如通过特定于服务的API)。

业务注册表520可以提供服务器500上可用业务的可见性。此外，业务注册表520可以提供业务可用性情况(例如服务的状态)以及相关接口和版本。应用514可以使用它来发现和定位所需业务的端点，并发布自己的业务端点供其他应用使用。

移动边缘计算(Mobile-edge Computing)允许云应用服务与移动网元一起托管，而且还有助于利用可用的实时网络和无线电信息。网络信息服务(network informationservice，简称为NIS)522可以为应用514提供低层网络信息。例如，应用514可以使用NIS522提供的信息来计算和展示高层和有意义的数据，比如小区ID、用户的位置、小区负载和吞吐量。

流量卸载功能(traffic off-load function，简称为TOF)服务524可以优先处理与应用514之间的流量和路由选择、基于策略的用户数据流。TOF服务524可以以不同的方式提供给应用524，包括：直通模式和和端点模式。在直通模式中(上行或下行)流量被传递给应用514，应用514可以对它进行监视、修改或整形，然后将其发送回原来的分组数据网(packet data network，简称为PDN)连接(例如3GPP承载)。在端点模式中流量由充当服务器的应用514终止。

在使用服务器500的情况下，如网络服务器、数据中心或MEC服务器，正常运行的电源将由主电源提供，当主电源中断时，物理电池100将作为应急电源使用。在这种情况下，电池100可以是多个电化学电池、燃料电池、发电机或这些的组合。

根据本发明，可以对服务器500的功能架构进行扩展，为服务器500上托管的应用514提供虚拟化的电池功能。如图5所示，可以对虚拟化层508进行扩展，使其具有电池虚拟化层402的功能，从而将物理电池100在应用平台504上抽象显示。此抽象的具体细节可以取决于应用平台504托管的应用514的具体需求，但总的来说，它的设计目的是为了方便为每个VM 516实例化和管理相应的虚拟电池。

值得注意的是，虚拟化管理器510在服务器500中的角色大致类似于UE 300的运行环境310，因为虚拟化管理器510可以为应用514提供一个灵活、高效的多租户运行和托管环境。在运行中，虚拟化管理器510可以为平台504托管的每个应用提供一个安全和资源“沙箱”。每个“沙箱”可以由VM 516来实现，其中可以包括一个合适的操作系统以及提供对服务器500中的(虚拟化的)硬件资源506的受控访问。根据本发明，可以扩展此功能，为每个VM516实现各自的虚拟电池，从而提供对(虚拟化的)电池100的访问。类似地，可以扩展应用平台服务512，将vBM功能526作为中间件基础设施服务提供给托管在应用平台504上的应用514。

根据图5，应用平台504可以将IaaS的概念扩展为包括电池即服务(battery as aservice，简称为BaaS),对电池容量的访问(例如为一个或多个应用514进行不间断供电)可以作为应用平台504的服务提供，可向客户收取费用。

在上文中，电池100中存储的能量正在耗尽的情况在本发明实施例中已经进行了描述。如上所述，这种情况可以通过电池100的总电流消耗的正值来表示。相反，储存在电池100中的能量正在增加的情况可以用电池100的总电流消耗的负值来表示。当电池100正在充电时，电池管理器318可以与每个vBM 404交互，以增加每个虚拟电池406的虚拟电池储备，直至虚拟电池406的分配额已满。如果需要，每个虚拟电池406的虚拟电池储备可以在所有的VM 316中平均增加，或者与它们的虚拟容量成比例，这意味着物理电池100中存储的电量的公平共享。或者，每个虚拟电池406的虚拟电池储备可以按已定义的顺序增加。例如，首先增加与高优先级VM 316(或高优先级应用312)关联的虚拟电池406的虚拟电池储备。在这种情况下，直到高优先级虚拟电池406满负荷运行，才增加与低优先级VM 316(或低优先级应用312)关联的虚拟电池406的虚拟电池储备。

尽管已经参考本发明的具体特征和实施例对本发明进行了描述，但是明显地，在不脱离本发明的情况下可以得出本发明的各种修改和组合。本说明书和附图仅被视为所附权利要求书所定义的对本发明的说明，并且涵盖落于本说明书的范围内的任何和所有修改、变体、组合或均等物。