[发明专利]一种应用容器并基于微服务框架的边缘计算最优化布局方法

权利要求书

1.一种应用容器并基于微服务框架的边缘计算最优化布局方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、接收信息：控制服务器接收用户应用请求，控制服务器收集所控区域内各边缘服务器的状态信息；

步骤二、评估对比：控制服务器将所述各边缘服务器的状态信息和用户的状态信息代入优化模型，得到各边缘服务器当前的负载，比较得到当前负载最少的边缘服务器；

步骤三、切换状态：选择负载最少的边缘服务器作为当前最优服务器，并在所述当前最优服务器上运行与所述用户应用请求对应的用户应用实例；

步骤四、控制服务器实时与服务范围内的用户通信，并周期性地执行步骤二；若所述得到的当前负载最少的边缘服务器不是当前服务器，则执行步骤三；

步骤五、迁移/终止：当用户离开当前控制服务器服务范围至下一个控制服务器服务范围内，当前控制服务器将必要应用信息迁移至新控制服务器，在新的控制服务器所控区域内由步骤一开始执行；或当应用结束，所述方法随之终止；

其中，步骤二的具体步骤包括：

步骤2.1、控制服务器收集用户的状态参数和边缘服务器的状态参数；

步骤2.2、处理步骤2.1所述的状态参数，得到所述优化模型的输入参数；

步骤2.3、将所述输入参数代入所述优化模型，使用优化模型结合最优备选服务器算法求最优解；

所述的优化模型表述为：

cost＝C_op+C_com+C_mig

其中，cost为边缘服务器当前的负载；C_op为部署代价，C_com为通信代价，C_mig为迁移代价；

部署代价C_ip由以下公式表示：

其中，x(i,t)指服务器i在t时刻的状态，如果服务器i在此刻为工作状态则x(i,t)＝1，否则为0；x(i,t,m,α)指在t时刻，用户m应用中的微服务α是否映射到服务器i上，如果已被映射则x(i,t,m,α)＝1，否则为0；L(i,t,l)指在t时刻服务器i上是否有库l，如果存在则L(i,t,l)＝1，否则为0；s_i指当前服务器节能状态，ε_l为下载所需环境的能耗，C_a为唤醒已睡眠服务器的能耗，C_b为服务器的基线能耗，R_m,α×Δ为服务器运算时的额外能耗，R_m,α为用户m的微服务α所需的计算量，Δ为计算量化成代价的单位；

通信代价C_com由以下公式表示：

其中，公式中i、j代表不同服务器，α、β代表不同微服务，d(i,j)指服务器i、j之间的距离，u(i,m(t))指在t时刻服务器i和用户m的通信距离，S₀、S_d分别表示虚拟微服务链的首个微服务和最后一个微服务，f(m,S_d)指用户与微服务的通信，如果用户m与所述微服务S_d建立通信，则f(m,S_d)取1；否则取0；

迁移代价C_mig由以下公式表示：

所述优化模型的最小化优化目标表述为以下公式：

min{C_op+C_com+C_mig}

所述优化模型的最小化优化目标的约束条件包括：

∑_TASKτ_α≤QoS (5)

其中，R_i指当前服务器的资源量；τ指微服务处理时长。

2.如权利要求1所述的一种应用容器并基于微服务框架的边缘计算最优化布局方法，其特征在于，步骤一所述的具体步骤包括：

步骤1.1、用户使用网络终端设备发送应用服务请求；

步骤1.2、用户所在区域内的控制服务器接受请求，并获得用户所在位置；

步骤1.3、控制服务器收集区域内各边缘服务器的状态信息；所述状态信息包括边缘服务器是否处于休眠节能状态、剩余的资源量、已拥有的容器库镜像文件。

3.如权利要求1所述的一种应用容器并基于微服务框架的边缘计算最优化布局方法，其特征在于，其中步骤2.3所述的使用优化模型结合最优备选服务器算法求最优解具体包括：

步骤2.3.1、控制服务器将控制区域内各边缘服务器的状态参数汇总；

步骤2.3.2、按照权重规则将各边缘服务器排序，所述权重规则为：首先按照通信距离顺序排序；在同一档次距离范围内，按照库文件存储情况排序；其中，存在当前微服务的全部库文件的边缘服务器权重最高，存在部分库文件的边缘服务器其次，不存在与之相关库文件的边缘服务器权重最低；

步骤2.3.3、依照所述边缘服务器的排序顺序得到价值优先级，选取价值前x％的服务器作为备选服务器，其中x为根据边缘服务器数量规模事先确定的参数；

步骤2.3.4、从所述备选服务器中随机选取一个服务器，将所述服务器的参数作为输入参数带入所述优化模型，计算代价；

步骤2.3.5、循环步骤2.3.4的方法n次，取n次计算中代价最小的服务器作为最终选择的服务器，其中n为循环次数，是与算法效果有关的事先确定的数值。