[发明专利]边缘计算中基于Lyapunov控制优化的动态服务放置方法

权利要求书

1.一种边缘计算中基于Lyapunov控制优化的动态服务放置方法，其特征在于，所述的动态服务放置方法包括：

S1、长期用户服务表现建模步骤，中心控制器将长期服务运行时间划分为T个离散的时间片段，并根据每个离散时间片段内边缘网络中基站所收集到的信息为用户进行长期服务表现建模，其中，所述的长期服务表现为服务性能和运行开销；

S2、网络信息收集步骤，在每个时间片段内，边缘网络中的所有移动用户向邻近的基站发送服务请求，基站将所收集到的用户请求信息和与之相连的边缘服务器资源使用状况一同发送给中心控制器；

S3、在线动态服务放置步骤，根据步骤S1所建的模型和步骤S2中由中心控制器所收集的当前时段全局信息，动态调节当前所有移动用户的服务放置策略，协调用户的服务质量和运营开销，使用户长期服务表现达到最优，即在提升用户服务性能的同时，控制服务迁移而产生的运营开销；

S4、用户服务执行步骤，每个边缘服务器根据中心控制器由步骤S3所制定的服务放置策略，开始处理相应用户的服务请求，为用户提供服务；

S5、运营开销队列和历史服务放置策略更新步骤，依据步骤S4中服务运行结果，更新运营开销队列和上一时间片段的用户服务放置策略。

2.根据权利要求1所述的边缘计算中基于Lyapunov控制优化的动态服务放置方法，其特征在于，所述的长期用户服务表现建模步骤包括：

S11、建立服务放置模型：

中心控制器对每个用户请求制定服务放置策略即在当前时刻t，将用户请求的服务k放置于边缘服务器i处理，假设在给定时间段内，所有用户设备有且只有一个边缘服务器为其提供服务，因此用户k的服务放置策略表示为：

公式(1)中，M表示网络中所有的边缘服务器；

S12、对边缘网络中的用户服务质量进行建模：

将用户服务质量分为边缘服务器执行用户任务所产生的计算时延和数据传输的通信时延，其中，计算时延的模型建立过程如下：

中心控制器根据用户的服务请求和边缘服务器的资源状态，为所有用户建立计算时延模型，假设在时间片段t内，用户k请求服务的计算量R^k(t)抽象为该计算任务的输入数据量大小与为计算该任务所需要的计算资源数量的乘积，那么对于用户k执行任务所需的计算时延表示为：

公式(3)中，N_i(t)表示在时间片段t内边缘服务器i所服务的用户数目，F_i表示边缘服务器i的最大计算能力；

其中，通信时延的模型建立过程如下：

中心控制器将根据移动用户的当前位置，结合用户k的服务放置策略对当前的通信时延L^k(t)表示如下：

公式(4)中，表示为用户k与边缘服务器i之间的通信时延；

由此，用户k在时间片段t中的服务总时延表示为T^k(t)＝D^k(t)+L^k(t)；

S13、对边缘网络中的用户服务迁移所产生的运营开销进行建模：

中心控制器结合上一时刻的用户服务放置策略和当前用户服务放置策略，估计当前时刻用户服务迁移所产生的运营开销，表示如下：

公式(5)中，表示对于用户服务配置文件k从原边缘服务器j迁移至目标边缘服务器i的总运行开销，N表示边缘网络中的移动用户数目；

S14、对边缘网络中的长期用户服务表现进行建模：

中心控制器对用户的长期服务表现进行如下优化：

公式(6)中，E_avg表示设定的长期迁移预算。

3.根据权利要求1所述的边缘计算中基于Lyapunov控制优化的动态服务放置方法，其特征在于，所述的网络信息收集步骤包括：

S21、在每个时间片段t的开始，用户向近邻的基站发送用户服务请求；

S22、边缘网络中的基站将记录用户请求服务所需的资源和相连边缘服务器的资源，并将其统一发送至中心控制器。