一种面向量子密钥分发业务的配用通信系统均衡负载调度算法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向量子密钥分发业务的配用通信系统均衡负载调度算法，本发明专利技术采用分布式负载均衡系统，将在每一个边缘服务器上应用统一的负载均衡策略。当高负载节点需要负载转移时，对于上文已经确定的每一个待迁移任务，根据节点历史分配的序列，得到其余低负载节点被分配到任务的概率并把当前需要迁移的任务分配到概率最高的节点，并且被分配节点在接受待迁移任务后不会发生高负载现象。由于边缘侧各服务器之间相互无关联，历史节点序列的两个相邻节点也具有无关联性。因此，本文将采用马尔科夫预测模型来确定待迁移节点。

【技术实现步骤摘要】
一种面向量子密钥分发业务的配用通信系统均衡负载调度算法
本专利技术涉及一种配用通信系统均衡负载调度算法，特别是一种面向量子密钥分发业务的配用通信系统均衡负载调度算法。
技术介绍
为了能够在网络边缘侧量子密钥频繁分发的终端资源受限的问题，同时满足业务低时延和实时交互相应的需求，边缘计算技术应运而生。它通过将计算能力下沉到边缘侧来显著改善时延问题，成为应对时延敏感类业务的理想解决方案。边缘计算的业务资源负载均衡问题是影响其性能和产业化应用的重要方面。在智能电网中，服务器所面临的实时终端请求压力越来越大。在这种情况下，单个服务器的计算能力和存储能力已经远远不能满足要求。解决这种限制的一种做法是将服务器之间进行协作，当一个服务器临时超载时，服务器间可以相互交换计算请求，高负载服务器可以将业务请求转发到另一个低负载的服务器。这种方案主要通过良好的网络结构设计和高效的负载均衡策略制定予以实现。网络结构是负载均衡的基础，合理的网络结构能够提高负载均衡策略的效率，可以缓解网络中系统资源分布不均的问题。结合有效的负载均衡策略可以进一步保证智能电网业务的可靠传输，降低系统平均阻塞率，提升系统的容量和QoS质量。现有技术针对这种边缘计算及资源控制也有不少的研究，如：已有技术方案1：专利号为CN106844051A的《一种边缘计算环境中功耗优化的负载任务迁移算法》专利，属于边缘计算
，尤其涉及一种边缘计算环境中功耗优化的负载任务迁移算法。该专利技术公开了一种边缘计算环境中功耗优化的负载任务迁移算法，包括：在边缘计算集群中监测获得各个节点CPU利用率和节点的温度；将所得节点CPU利用率和温度分别与预设阈值比较，确定所有的超负载节点；将所有的超负载节点进行随机排列，生成一个超负载节点队列，并根据迁移目标生成迁移目标队列；根据最少迁移任务个数原则统计待迁移任务并生成待迁移任务队列；选择新迁移任务队列中迁移时间最短的节点并将其作为待迁移任务的迁移目标节点；将每个待迁移任务和选取的目标节点按照对应关系生成迁移列表，以生成任务迁移方案。本专利技术可减少边缘计算系统中的服务等级协议的违规和性能下降，通过均衡边缘计算系统的功耗，使得任务执行更加均衡和高效。该方法公开了一种边缘计算环境中功耗优化的负载任务迁移算法，通过监测终端传感器各项指标，将超负载节点上的任务迁移至其他节点，能够减少边缘计算系统的性能下降。但该方法没有考虑到节点任务的周期性，每次重新随机排列超负载节点会浪费时间和资源。已有技术方案2：专利号为CN107734558A的《一种基于多服务器的移动边缘计算控制及资源调度方法》专利，属于移动边缘计算
，尤其涉及一种基于多服务器的移动边缘计算控制及资源调度方法。该专利技术公开了一种基于移动边缘计算的资源分配及基站服务部署方法，该方法包括：当检测到移动终端中有计算任务时，向智能基站发送计算迁移请求；当基站的缓存单元中缺少该任务请求所需的计算数据时，向网络侧发送所需任务数据需求；收到网络侧返回的所需任务数据；根据接收到的所需任务数据，计算时延收益和能耗收益；根据体验效用函数获得计算迁移判决矩阵；根据计算迁移判决矩阵进行计算迁移。所述基站服务部署方案包括缓存单元、计算单元、获取处理单元、发送单元，可以提供计算能力和数据缓存能力。因此，所述基于MEC的资源分配的方法及基站服务部署方案，能够实现终端多任务、基站多功能、目标多元化的计算迁移。该方法采用了一种基于多服务器的移动边缘计算控制及资源调度方法，根据接收到的所需任务数据，计算时延收益和能耗收益；根据体验效用函数获得计算迁移判决矩阵；根据计算迁移判决矩阵进行计算迁移。但该方案实现起来较为复杂，需要多个单元共同处理，负担和代价较大。已有技术方案3：专利号为CN107682443A的《联合考虑延迟和能量消耗的移动边缘计算系统计算任务的高效卸载方法》专利，属于边缘计算
，尤其涉及一种联合考虑延迟和能量消耗的移动边缘计算系统计算任务的高效卸载方法。该专利技术公开了一种联合考虑延迟和能量消耗的移动边缘计算系统的计算任务的高效卸载方法，首先建立拥有多个用户、一个部署MEC服务器的宏基站以及一个未部署MEC服务器的小基站的单蜂窝小区模型；然后，建立基于无线通信理论的数学模型。最后，通过并行贪婪算法设计一个联合考虑延迟和能量消耗的MEC系统计算任务的高效卸载方案并分析提出方案的性能。相比于现存的高效能耗卸载方案，本专利技术方法很好地权衡了终端用户的延迟敏感需求和节能需求，同时降低了系统的延迟及能量的总消耗。该方法提出了一种联合考虑延迟和能量消耗的移动边缘计算系统计算任务的高效卸载方法，通过并行贪婪算法设计一个联合考虑延迟和能量消耗的MEC系统计算任务的高效卸载方案并分析提出方案的性能。但该方案利用贪婪算法只能得到局部最优解，只是提出了一组模型，内部细节有待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种能根据设定好的阈值指标来判断各个服务器的负载情况，再将需要迁移的任务根据历史迁移数据和马尔科夫模型选择一个概率最大的节点进行迁移。最后基于马尔科夫过程的改进型蚁群算法决定迁移路径，从而实现整个系统的负载均衡，基于马尔科夫预测的电力业务调度模型和方法。一种面向量子密钥分发业务的配用通信系统均衡负载调度算法，1)：终端节点资源有限，无法处理大数据量的业务，于是向边缘侧服务器发出业务请求。2)：本地边缘服务器待接收请求，将请求放入任务等待队列3)：对接收任务的服务器做阈值判断，如果当前任务队列大于高负载阈值，则向其他服务器发出协作请求。4)：高负载服务器根据马尔科夫过程计算最大概率的迁移节点5)：根据网络拓扑模型计算一步转移概率6)：计算多步转移概率，判断是否为连通矩阵，若是，计算链路可达性7)：将链路选择概率做归一化处理，并根据链路概率赋予权值，8)：将链路权值作为初始信息素浓度对链路选择过程采用蚁群算法。马尔科夫过程是指随机过程{Xn，n＝1，2，…}的构造使得Xn+1的条件概率分布仅仅依赖Xn的值而与之前的值无关。状态空间X＝{xi，i＝1，2，…}用概率表示为：P{Xn+1|X1＝x1，X2＝x2...}＝P{Xn+1＝xn+1|Xn＝xn}＃转移概率表示为：pij(m)＝P{Xn+1＝xn+1|Xn＝xn}＃其中m为非负整数，称pij(m)为{Xn}在时刻m从状态i出发到达j的转移概率。状态向量分布π＝{π1，π2，π3，…}表示当前时刻各个状态出现的概率，在n时刻状态i转移到n+1时刻状态j的概率pij组成概率转移矩阵A。一个包含n个状态的可遍历的马尔科夫链，在n时刻的状态分布向量公式为：π(n)＝π(n-1)A＃Max(πi)对应的i值即为预测n时刻任务转移最可能的状态。将本地服务器占有率用百分比量化后，可知每个服务器的负载程度均在0％～100％间。由上文所计算得到的服务器负载程度，可将服务器的负载程度划分为0～9共十个状态等级，具体划分函数为：由公式即可得到当前时刻下，边缘网络所有服务器的马尔科夫过程的状态空间E＝{0，1，2…，9}，对高负载服务器来说，进行负载迁移时，是以任务为单位分配到其他各个服务器。一个任务被分配到状态等级为i的节点，记下该节点的状态号i，这样就能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向量子密钥分发业务的配用通信系统均衡负载调度算法，其特征在于，步骤如下：1):终端节点资源有限，无法处理大数据量的业务，于是向边缘侧服务器发出业务请求。2):本地边缘服务器待接收请求，将请求放入任务等待队列3):对接收任务的服务器做阈值判断，如果当前任务队列大于高负载阈值，则向其他服务器发出协作请求。4):高负载服务器根据马尔科夫过程计算最大概率的迁移节点5):根据网络拓扑模型计算一步转移概率6):计算多步转移概率，判断是否为连通矩阵，若是，计算链路可达性7):将链路选择概率做归一化处理，并根据链路概率赋予权值，8):将链路权值作为初始信息素浓度对链路选择过程采用蚁群算法。

【技术特征摘要】
1.一种面向量子密钥分发业务的配用通信系统均衡负载调度算法，其特征在于，步骤如下：1):终端节点资源有限，无法处理大数据量的业务，于是向边缘侧服务器发出业务请求。2):本地边缘服务器待接收请求，将请求放入任务等待队列3):对接收任务的服务器做阈值判断，如果当前任务队列大于高负载阈值，则向其他服务器发出协作请求。4):高负载服务器根据马尔科夫过程计算最大概率的迁移节点5):根据网络拓扑模型计算一步转移概率6):计算多步转移概率，判断是否为连通矩阵，若是，计算链路可达性7):将链路选择概率做归一化处理，并根据链路概率赋予权值，8):将链路权值作为初始信息素浓度对链路选择过程采用蚁群算法。2.根据权利要求1所述的面向量子密钥分发业务的配用通信系统均衡负载调度算法，其特征在于，步骤4中马尔科夫过程计算最大概率的迁移节点的具体过程为：考虑当前时刻为t，此时节点i出现高负载情况，t...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯笑，吴庆，辛永，陈宏，李温静，陈熹，黄长贵，谢石木林，林屹，黎金城，柯金发，李金泽，侯功华，何尚骏，李宏发，林琳，杨力帆，欧清海，邹保平，
申请(专利权)人：国网信通亿力科技有限责任公司，国网信息通信产业集团有限公司，国网福建省电力有限公司福州供电公司，国网福建省电力有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：福建,35