[发明专利]一种基于NDN的边缘计算路由表建立与使用方法

权利要求书

1.一种基于NDN的边缘计算路由表建立与使用方法，其特征在于：所述方法依托的命名数据网络包含若干节点；其中，节点包括边缘计算服务器、用户、路由器以及中心服务器；

所述边缘计算路由表建立与使用方法，包括：1)设置中心服务器并通告全网；2)各路由器建立本地链路状态数据库并告知中心服务器；3)中心服务器建立全网拓扑结构图并分发给所有路由器；4)每个路由器建立一个边缘计算路由表；5)边缘计算服务器广播计算通告兴趣包声明本服务器能够运行函数计算的名称和计算代价；6)路由器计算向边缘计算服务器卸载计算任务的转发代价并向边缘计算路由表中添加条目；7)用户发送计算任务兴趣包、路由器接收并查询边缘计算路由表以及选择最优服务器卸载计算任务；8)边缘计算服务器获取运行函数计算所需的参数文件；9)边缘计算服务器运行函数计算并将计算结果数据包回传给用户，具体包括以下步骤：

步骤1、设置中心服务器并通告全网，具体包括如下子步骤：

步骤1.1在网络中心区域选定中心服务器；

步骤1.2中心服务器向全网广播认证兴趣包，所有收到认证兴趣包的节点在其FIB表中添加一条关于中心服务器的路由条目，该路由条目的转发接口为收到认证兴趣包的接口；

步骤2、各路由器建立本地链路状态数据库并告知中心服务器；

步骤2，具体包括如下子步骤：

步骤2.1网络中每两个相邻路由器互相向对方发送一次问候兴趣包；

其中，所述问候兴趣包中的内容是“本路由器的名称以及向本路由器发送数据的路由代价”；

所述步骤2.1用来确定网络中相邻路由器的名称及链路状态；

步骤2.2各路由器根据收到的所有问候兴趣包，记录本路由器的所有相邻路由器的名称以及对应链路的路由代价，形成本路由器的链路状态数据库；

步骤2.3网络中除中心服务器以外的所有路由器向中心服务器发送定位兴趣包；

其中，定位兴趣包的内容是“本路由器名称、本路由器的所有相邻路由器名称以及对应链路的路由代价”即本地路由器的链路状态数据库的所有信息；

步骤3、中心服务器建立全网拓扑结构图并分发给所有路由器，具体包括如下子步骤：

步骤3.1中心服务器汇总收到的所有定位兴趣包，建立全网拓扑结构图；

其中，全网拓扑结构图的内容包括“本网络中所有路由器的名称及路由器之间的连接关系和对应链路的路由代价”；

步骤3.2中心服务器以“全网拓扑结构图”为内容封装拓扑数据包，并向所有路由器广播发送封装好的拓扑数据包；

步骤3.3各路由器收到拓扑数据包后，获取全网拓扑结构图并保存；

步骤4、每个路由器建立一个边缘计算路由表；

其中，“边缘计算路由表”，包括“函数名称、能运行该函数的边缘计算服务器名称、到达该边缘计算服务器的本地转发接口和相应转发代价”；

步骤5、边缘计算服务器广播计算通告兴趣包声明本服务器能够运行函数计算的名称和计算代价，具体为：边缘计算服务器针对本服务器可运行的每项函数计算，向网络中所有的路由器广播发送一个或多个“计算通告兴趣包”，即：若边缘计算服务器能够运行多项函数计算，则该服务器发送多个“计算通告兴趣包”，否则边缘计算服务器只能运行一项函数计算，则该服务器发送一个“计算通告兴趣包”；

其中，“计算通告兴趣包”的内容包括“本边缘计算服务器的名称、本边缘计算服务器能运行计算的函数名称以及运行该函数的计算代价C_c”；

其中，C_c取值范围为1～1000；

步骤6、路由器计算向边缘计算服务器卸载计算任务的转发代价并向边缘计算路由表中添加条目，具体包括如下子步骤：

步骤6.1路由器从计算通告兴趣包中获取函数名称及对应的边缘计算服务器名称，结合本路由器中存储的全网拓扑结构图，确定本路由器和边缘计算服务器的位置，计算从本路由器出发，转发函数请求到达边缘计算服务器的转发接口及对应转发代价；

其中，转发代价通过计算路由代价C_r以及C_f＝C_r+C_c实现；

C_f代表转发代价，其取值范围为0～2000，C_r代表将函数请求从本地路由器转发到边缘计算服务器的路由代价，其取值范围为0～1000；

其中，计算路由代价C_r，根据全网拓扑结构图中节点连接情况和链路路由代价，使用Dijkstra最优路径算法计算得到；

所述C_c指的是计算通告兴趣包中声明的边缘计算服务器运行该函数的计算代价；

步骤6.2路由器向本地的边缘计算路由表中添加关于步骤6.1获取的“函数名称”对应的函数和边缘计算服务器的路由条目；

其中，新增路由条目中“函数名称”即为计算通告兴趣包中声明的函数名称；“边缘计算服务器名称”即计算通告兴趣包中声明的边缘计算服务器名称；“本地转发接口”即Dijkstra算法计算得到的转发路径在本路由器的转发接口；“转发代价”即步骤6.1中计算得到的转发代价C_f；

特别注意的是，若路由器收到具有相同函数名称但边缘计算服务器名称不同的多个计算通告兴趣包，则需向该函数名称代表的路由条目中添加多个边缘计算服务器名称，并计算相应的转发代价，添加转发接口；

步骤7、用户发送计算任务兴趣包、路由器接收并查询边缘计算路由表以及选择最优服务器卸载计算任务，具体包括如下子步骤：

步骤7.1用户发送计算任务兴趣包，具体为：用户向路由器发送计算任务兴趣包，请求将计算任务卸载至边缘计算服务器，并在用户PIT表中记录计算任务兴趣包的相关条目；

其中，“计算任务兴趣包”的内容包括“请求运行计算的函数名称，参数文件，参数文件名称及所在节点，随机数”；用户PIT表条目中记录的内容是“计算任务兴趣包中函数名称、随机数，以及接收计算任务兴趣包的下游接口”；

所述“参数文件名称及所在节点”包括参数文件的名称以及持有参数文件的节点名称，若用户直接将运行函数计算所需的参数写入计算任务兴趣包的“参数文件”中，则“参数文件名称及所在节点”内容为空；否则“参数文件”内容为空，用户需要在计算任务兴趣包中声明“参数文件名称及所在节点”；“随机数”用于区分来自不同用户发起的请求；

步骤7.2路由器接收并查询边缘计算路由表，具体为：路由器收到计算任务兴趣包，根据其中的函数名称查询边缘计算路由表，若不存在名称匹配的路由条目，则丢弃计算任务兴趣包，数据通信过程结束；若存在名称匹配的路由条目，则执行步骤7.3；

步骤7.3选择最优服务器卸载计算任务，具体包括如下子步骤：

步骤7.3A路由器查询相应路由条目中记录的所有边缘计算服务器，选择相应转发接口的输出队列未满载，链路连接正常且转发代价最小的边缘计算服务器作为转发目标，将“目标边缘计算服务器”的名称写入计算任务兴趣包，然后将计算任务兴趣包从相应转发接口转发，在路由器PIT表中记录计算任务兴趣包的相关条目；

其中，路由器PIT表中计算任务兴趣包条目的内容是“计算任务兴趣包中函数名称、随机数，以及接收计算任务兴趣包的下游接口”；

步骤7.3B下一路由器收到计算任务兴趣包，获知其中的“函数名称、目标边缘计算服务器”，在边缘计算路由表中查询与该两项信息均匹配的路由条目，若不存在与该两项信息均匹配的路由条目，则丢弃计算任务兴趣包，数据通信过程结束；否则，路由器将计算任务兴趣包从匹配路由条目对应的转发接口转发出去，在路由器PIT表中记录计算任务兴趣包相关条目；经过多个路由器的转发，计算任务兴趣包最终到达边缘计算服务器；

步骤8、边缘计算服务器获取运行函数计算所需的参数文件，具体包括如下子步骤：

步骤8.1边缘计算服务器查看计算任务兴趣包，若其中“参数文件名称及所在节点”为空，则边缘计算服务器直接从计算任务兴趣包中获取“参数文件”，跳至步骤9；否则继续执行步骤8.2；

步骤8.2边缘计算服务器查看“参数文件名称及所在节点”，向参数文件所在的节点发送“参数请求兴趣包”、目标节点接收参数请求兴趣包，将相应的参数文件封装为“参数内容数据包”并回复给边缘计算服务器、边缘计算服务器从“参数内容数据包”中获取参数文件；

其中，参数请求兴趣包的内容包括“参数文件所在节点名称”以及“请求获取的参数文件名称”；所述“参数内容数据包”与“参数请求兴趣包”的名称相同，转发路径相反；

步骤9、边缘计算服务器运行函数计算并将计算结果数据包回传给用户，具体包括如下子步骤：

步骤9.1边缘计算服务器查看计算任务兴趣包，根据函数名称查询找到对应函数源码，针对步骤8中获取的参数文件，运行用户请求的函数计算，得到函数计算结果；

步骤9.2边缘计算服务器将函数计算结果写入计算结果数据包，计算结果数据包将按照计算任务兴趣包转发的反向路径回传到用户；

其中，计算结果数据包的内容包括“计算任务兴趣包中的函数名称、随机数以及函数运算的数据结果”。