[发明专利]一种基于无线城域网微云负载均衡的任务调度方法

说明书

本发明公开一种基于无线城域网微云负载均衡的任务调度方法，该方法考虑如何将任务卸载并调度到合理的微云中，减少系统延迟。针对无线城域网环境下微云任务响应时间的优化问题，本发明引入平衡微云负载的算法思想，提出一种微云负载平衡策略，目的是在满足网络内多种约束的条件下，尽可能减小微云任务平均响应时间。该策略充分考虑无线城域网和微云任务卸载的独有特性，首先将网络的微云进行分类，接着计算每个微云的传入/传出任务量的期望值，最后在流网络内找到满足约束的最小成本最大流以执行网络内的所有任务。该方法能够在减小用户任务响应时间和提升用户体验方面有着积极作用。

技术领域

本发明涉及边缘计算领域的任务调度方法，尤其涉及一种基于无线城域网微云负载均衡的任务调度方法。

背景技术

近年来，随着移动计算技术的发展，移动用户能够在终端设备上体验更多的应用程序功能。便携式移动设备的尺寸受到限制，导致其计算能力依旧十分有限，这与应用程序对于资源需求的持续增长形成矛盾。解决移动设备计算资源匮乏问题的传统方法，是利用云端服务器丰富的计算资源。移动设备可以通过将计算密集型任务卸载到云端执行的方式，来减小其工作负载并延长电池待机时间。然而，移动用户与远程云端之间的物理距离过长，导致较长的时间延迟，引起应用程序的响应滞后，严重影响交互频繁应用的用户体验。另外，过长的物理距离也会限制应用程序任务的卸载效率。为了提高任务卸载效率，相关研究人员建议将“微云”计算机集群部署在用户网络中，用来执行被卸载的任务，优化移动设备卸载任务时出现的各种问题。

微云技术是边缘计算的重要应用。边缘计算相较于传统的云计算，能够更好地支持移动计算，它具有以下优点：

1)极大缓解网络带宽与数据中心压力。思科在2015-2020年全球云指数中指出，2020年全球的设备将产生600ZB的数据，其中10％是关键数据，剩余90％都是无需长期存储的临时数据。边缘计算在网络边缘处理大量临时数据，以减轻网络带宽与数据中心的压力。

2)增强服务的响应能力。云计算通过为移动设备提供服务来弥补其在计算能力上的缺陷，但是网络传输速度受限于通信技术的发展，复杂网络环境中更存在链接和路由不稳定等问题，这些因素造成的延时过高、波动过强、数据传输速度过慢等问题，严重影响了云服务的响应能力。而边缘计算在用户附近提供服务，近距离服务保证了较低的网络延时，简单的路由也减小了网络的波动，千兆无线技术的普及为网络传输速度提供了保证，这些都使边缘服务比云服务有更强的响应能力。

3)保护隐私数据，提升数据安全性。传统云计算模式下对所有的数据与应用的操作都在数据中心中进行，用户很难对数据的访问与使用进行有效的追踪，而边缘计算则为关键性隐私数据的存储与使用提供了基础设施，将隐私数据的操作限制在防火墙内，提升数据的安全性。

微云是一个受信任并且资源丰富的计算机集群，它与其部署位置附近的移动用户无线连接。移动用户可以将应用程序产生的计算任务卸载到附近的微云，以获得对丰富计算资源的低延迟访问，从而显著提高应用程序的性能。虽然微云通常被定义为独立的“微型数据中心”，但将多个微云连接在一起形成网络具有明显的益处。相关研究讨论了如何在公共无线城域网中部署微云，将其作为接入无线网络的附属服务。大规模市区拥有较高的人口密度，因此微云可以接收到大量用户的任务需求，这将显著提高微云的利用率，从而提高微云的成本效益。此外，由于此类网络的规模庞大，运营商在通过无线城域网提供微云服务时可以降低部署的平均成本，使得微云服务更容易被普通大众所接受。