[发明专利]一种基于软件定义的边缘计算优先级卸载决策方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于软件定义的边缘计算优先级卸载决策方法及系统。本方法为：1)本地计算单元收集本地的计算任务请求并将其上传至分布式控制器；其中计算任务i^th的整体时延约束包括本地计算时延D_Local、数据传输时延T_TranData、边缘计算时延D_Remote、队列等待时延D_Queue和结果回传时延D_Result；2)如果D_Local＞T_TranData+D_Queue+D_Remote+D_Resule，则控制器确定当前计算任务请求由边缘计算服务节点执行；否则确定当前计算任务请求由该本地计算单元执行。本发明从全局角度出发，通过优先级实现任务细粒度调度，进一步优化任务间的计算时延和总体任务的服务率。

技术领域

本发明属于计算机网络的边缘计算领域，具体为一种基于软件定义的边缘计算优先级卸载决策方法及系统。

背景技术

21世纪以来，信息网络技术的不断发展、演进，为基础通信、金融经济、传统制造等各行各业各领域都带了新的机遇和发展，极大地促进了跨行业间交叉融合。随着物联网的快速发展和无线网络的普及，万物互联的时代已经到来，网络边缘设备数量的迅速增加，使得该类设备所产生的数据已达到泽字节(ZB)级别。以云计算模型为核心的集中式大数据处理时代，其关键技术已经不能高效处理边缘设备所产生的数据，主要表现在：1)线性增长的集中式云计算能力无法匹配爆炸式增长的海量边缘数据；2)从网络边缘设备传输海量数据到云中心致使网络传输带宽的负载量急剧增加，造成较长的网络延迟；3)网络边缘数据涉及个人隐私，使得隐私安全问题变得尤为突出；4)有限电能的网络边缘设备传输数据到云中心消耗较大电能。现有网络设备支持的协议体系庞大，导致高度复杂，不仅限制了IP网络的技术发展，更无法满足当前云计算、大数据和服务器虚拟化等应用趋势，用户对流量的需求不断扩大，各种新型服务不断出现，增加了网络运维成本。

本发明基于软件定义网络(Software Defined Network,SDN)和边缘计算(EdgeComputing,EC)的出现，提供了有效的解决方案。SDN具有网络全局拓扑视野，并通过控制器管理数据流转发，能够实现设备和数据流的集中管理；简化数据平面传输，统一的南北向接口在提升架构扩展性的同时，还实现了网络的可编程化。边缘计算作为新兴计算模型，通过将计算资源以分布式计算节点的方式部署在靠近数据源的一端，能够提供云计算无法实现的稳定、时效性服务，主要应用于时延和数据安全要求高的场景。

发明内容

为了克服传统的网络有限的原始数据存储和计算能力的挑战，本发明提出了一种基于软件定义的边缘计算优先级卸载决策方法及系统。该系统结合了分层云和边缘计算以及内容感知缓存技术，在SDN架构下，考虑不同场景和服务需求，设计了边缘计算卸载方案。该发明充分利用了SDN对网络的集中控制能力，对不同的调度卸载方案进行全局最优选择，以获得最佳性能。

架构图如图1所示，本方案可以形成本地采集+边缘计算+云端增强三位一体的工作模式，通过提供多层级、多区分度的服务模式，可以显著缓解核心网络中的流量和计算负载，并且加速计算过程。而对于发起的计算任务，如何判决是交给本地计算单元还是计算任务卸载到边缘服务器由本地域控制器和分布式SDN控制器共同完成。本发明系统架构分为五层：基础设备层、数据传输层、边缘计算服务平台、SDN中控层和云服务主控平台，按照业务划分，自底向上分别代表着数据源、传输介质、计算与控制服务。一般的计算卸载流程为：基础设备层收集到的各项数据，通过各类接入介质的接入点APs进入内部SDN网络，域控制器与分布式控制器协商任务判决结果，再由域控制器下发判决结果指令到交换机完成计算任务的转发，整个过程中，由系统架构保证各项服务的服务质量QoS。

本发明的技术方案为：

一种基于软件定义的边缘计算优先级卸载决策方法，其步骤包括：