基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法及系统，该方法包括：采集所有用户的关联信息记录，并为每个用户提取迁移样本；通过在AP之间建立社交联系构建AP社交关系图；根据AP的中心程度和AP相互之间的紧密程度对AP社交关系图进行中心度测量，获得中心度；根据中心度对AP社交关系图的演化模式进行刻画，获得AP社交关系图的未来的社交性不确定性；根据AP社交关系图的未来的社交性不确定性，构建边缘资源池以提供高效的边缘服务，包括：联合“中心”的AP与“边缘”的AP。本发明专利技术可以提高边缘资源池构建策略的服务供给性能。

【技术实现步骤摘要】
基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法及系统
本专利技术涉及大规模移动网络中边缘计算
，尤其涉及一种基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法及系统。
技术介绍
大规模WiFi系统已广泛部署在大多数共用场所，例如大学，(例如eduroam(educationroaming)全球教育无线网漫游联盟)，企业和购物中心，其中大量的AP(AccessPoint，接入点)部署在广域室内环境并采用唯一的服务标识符，以提供无缝高质量因特网连接。同时，边缘计算已成为网络基础架构中最具前途的变革技术之一。在该基础架构中，高性能计算，存储和网络资源可以放置在靠近用户的位置以低时延形式提供最后一跳高质量网络计算服务。随着用户数据激增，不断增长的计算密集型任务以及低延迟在请求响应中的重要性日益增强，从而推动了计算的发展。借助边缘计算，该系统能够为用户快速数据处理，对抖动敏感的在线游戏交互，快速的高带宽媒体内容传输等带来巨大的潜力。传统地，服务提供商可能会在每个AP处构建边缘计算以进行服务供给。然而，当AP数量变得非常大时(例如，本系统校园网络中有超过7404个AP)，这将导致高昂的部署成本。即使选择少量“流行”的AP子集进行有限的边缘部署，但仍有一些障碍会使该框架崩溃。根据我们对用户关联记录的实证研究，我们首先发现用户经常在许多不同的AP之间进行关联转换，并且转换模式非常不确定，这意味着大量的服务迁移会不可避免，从而导致严重的服务抖动和大量的回程迁移流量。例如，对于封装了用户服务的虚拟机和容器，即使未安装服务，其大小也可以分别高达2.7GB和400MB。但是，在我们的系统中，用户移动的迁移规模达每天约700,000次，这可能分别导致1,845TB和267TB的回程迁移流量。其次，由于单个AP的关联用户数量有限，因此无法充分释放用户复用增益，这限制了边缘资源的利用率。最后，在AP处使用小尺寸资源将使边缘服务配置变得不灵活，这可能无法处理用户请求激增或导致在非高峰时间浪费资源。为克服这些困难，将合适的AP联合以创建资源池化的边缘系统作为高效的解决思路，联合AP的关联的用户可以无缝使用池化资源。在这种架构下，可以以较低成本实现诸如减少服务迁移，有效资源利用和弹性资源供应等在内的几个代表性效益。例如，当用户在联合AP之间进行移动时，池中的资源将容纳其服务，而无需进行迁移。此外，联合AP可以为更多用户服务，因为它们可以通过复用同时使用相同的物理资源，因此可以提高资源利用的效率。尽管有这些优势，但由于时空用户关联模式的异构特性，如何联合大量的AP(即应划分多少个AP联合以及应将哪些AP联合)仍存在挑战，使技术问题相当棘手。在已有文献中，已在大型WiFi系统中进行了一些测量研究，但它们专注于刻画用户关联模式和用户服务质量，例如延迟和吞吐量，而不是研究系统中的边缘服务设置。另一方面，对于边缘资源池，只能找到一些相关较少的参考文献。虽有提倡无线网络的资源池化，但是仅陈述了池化设计原则，而没有进行深入的技术研究，且已有文献专注于通过设备-设备通信来完成IoT(InternetofThing，物联网)设备之间的边缘资源池化，这与我们的场景截然不同。总结来看，边缘资源池对于有效的边缘服务供应非常重要，尤其是在大规模WiFi系统中，但是如何实现边缘资源池仍有待研究。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法及系统，用以解决用户在进行频繁移动造成的服务迁移占用系统资源的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法，包括以下步骤：采集所有用户的关联信息记录，并为每个用户提取迁移样本；通过在AP之间建立社交联系构建AP社交关系图；根据AP的中心程度和AP相互之间的紧密程度对AP社交关系图进行中心度测量，获得中心度；根据中心度对AP社交关系图的演化模式进行刻画，获得AP社交关系图的未来的社交性不确定性；根据AP社交关系图的未来的社交性不确定性，构建边缘资源池以提供高效的边缘服务，包括：联合“中心”的AP与“边缘”的AP。作为本专利技术的方法的进一步改进：优选地，构建边缘资源池还包括：利用模块化指标量化社区划分；和\或设置社交联系强度阈值并根据社交联系强度阈值删除社交联系强度较弱的“随机接触”的AP。优选地，用户的关联信息记录，包括：用户MAC地址，AP的ID，AP的名称，已使用流量，连接时间，断开连接时间，无线电模式(比如802.11ac或者802.11n)，RSSI，SSID，和用户名；每一个迁移样本由一个五元组数据组成：迁移ID，用户ID，迁移时间，<源AP地址，持续时间>，和<目的AP地址，持续时间>，其中迁移ID和迁移时间分别对应用户的关联信息记录中的关联的AP的ID和连接时间。优选地，通过在AP之间建立社交联系构建AP社交关系图，包括：定义迁移熵以量化2个AP间的社交联系强度，计算公式如下：其中，Hij表示节点i和j之间的社交联系强度权重，即迁移熵，u表示用户，i和j分别表示两个AP，如果存在从i迁移到j的迁移样本，则将该迁移样本的社交联系强度权重设置为持续时间的总和；Sij表示从i到j的迁移样本的总权重；Uij表示从i和j的连接上具有迁移样本的不同用户的集合，表示属于用户u的迁移样本的总权重；用户u的每次迁移的社交联系强度权重的概率为优选地，对AP社交关系图演化模式进行刻画，获得AP社交关系图的未来的社交性不确定性，计算公式如下：其中，是一个APi在t时刻的关系向量，其中表示APi和j之间的社交联系强度；为在t-n时刻，APi对应的关系向量；为和之间的不确定度比；表示和交互信息；表示的临界熵。优选地，对于AP社交关系图加权网络，模块化指标Q如下：其中，Hij表示节点i和j之间的社交联系强度权重，m等于wi表示所有连接至节点i的社交联系强度权重的总和，即wi＝∑jHij；ci表示节点i被分配的社区，以u指代，cj表示节点j被分配的社区，以v指代，如果u＝v，即δ(u,v)＝1，否则，δ(u,v)＝0。本专利技术还提供了一种基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建系统，包括：迁移数据供给层，用于采集所有用户的关联信息记录，并为每个用户提取迁移样本；社交关系建立与刻画层，用于通过在AP之间建立社交联系构建AP社交关系图；根据AP的中心程度和AP相互之间的紧密程度对AP社交关系图进行中心度测量，获得中心度；根据中心度对AP社交关系图的演化模式进行刻画，获得AP社交关系图的未来的社交性不确定性；边缘资源池化策略设计层，用于根据AP社交关系图的未来的社交性不确定性，构建边缘资源池以提供高效的边缘服务，包括：联合“中心”的AP与“边缘”的AP。优选地，边缘资源池化策略设计层，还用于利用模块化指标量化社区划分；和\或设置社本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法，其特征在于，包括以下步骤：/n采集所有用户的关联信息记录，并为每个用户提取迁移样本；/n通过在AP之间建立社交联系构建AP社交关系图；根据AP的中心程度和AP相互之间的紧密程度对AP社交关系图进行中心度测量，获得中心度；根据所述中心度对AP社交关系图的演化模式进行刻画，获得所述AP社交关系图的未来的社交性不确定性；/n根据所述AP社交关系图的未来的社交性不确定性，构建边缘资源池以提供高效的边缘服务，包括：联合“中心”的AP与“边缘”的AP。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集所有用户的关联信息记录，并为每个用户提取迁移样本；
通过在AP之间建立社交联系构建AP社交关系图；根据AP的中心程度和AP相互之间的紧密程度对AP社交关系图进行中心度测量，获得中心度；根据所述中心度对AP社交关系图的演化模式进行刻画，获得所述AP社交关系图的未来的社交性不确定性；
根据所述AP社交关系图的未来的社交性不确定性，构建边缘资源池以提供高效的边缘服务，包括：联合“中心”的AP与“边缘”的AP。


2.根据权利要求1所述的基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法，其特征在于，所述构建边缘资源池还包括：利用模块化指标量化社区划分；和\或设置社交联系强度阈值并根据社交联系强度阈值删除社交联系强度较弱的“随机接触”的AP。


3.根据权利要求1或2所述的基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法，其特征在于，所述用户的关联信息记录，包括：用户MAC地址，AP的ID，AP的名称，已使用流量，连接时间，断开连接时间，无线电模式，RSSI，SSID，和用户名；
所述每一个迁移样本由一个五元组数据组成：迁移ID，用户ID，迁移时间，<源AP地址，持续时间>，和<目的AP地址，持续时间>，其中迁移ID和迁移时间分别对应用户的关联信息记录中关联的AP的ID和连接时间。


4.根据权利要求3所述的基于数据分析的大规模WiFi系统中边缘资源池构建方法，其特征在于，所述通过在AP之间建立社交联系构建AP社交关系图，包括：定义迁移熵以量化2个AP间的社交联系强度，其计算公式如下：



其中，Hij表示节点i和j之间的社交联系强度权重，即迁移熵，u表示用户，i和j分别表示两个AP，如果存在从i迁移到j的迁移样本，则将该迁移样本的权重设置为持续时间的总和；Sij表示从i到j的迁移样本的总权重；Uij表示从i和j的连接上具有迁移样本的不同用户的集合，表示属于用户u的迁移样本的总权重；用户u的每次迁移的社交联系强度权重的概率为


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕丰，任炬，吴帆，张尧学，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43