基于价值空间估计的带数据刷新的在线服务放置方法技术

本发明专利技术公开了一种基于价值空间估计的带数据刷新的在线服务放置方法，在移动边缘计算场景中，存在服务背景数据刷新的情况下，边缘服务器如何选择服务进行放置，采用以最小化边缘服务器与云服务器的通信负载；然后将服务放置问题转换为最短路径问题；进而对最短路径问题中的节点价值进行估计，并在运行时得到下一时间片的服务放置策略；最终达到在边缘服务器中服务于用户，减少边缘服务器和云服务器之间的通信负载。的通信负载。的通信负载。

【技术实现步骤摘要】
基于价值空间估计的带数据刷新的在线服务放置方法


[0001]本专利技术涉及移动通信场景下的服务(service)部署方法，更特别地说，是指一种移动边缘计算场景下，基于价值空间估计的带数据刷新的在线服务放置方法，属于移动通信


技术介绍

[0002]近年来，新兴移动应用不断涌现，其需要感知多维环境的实时状态，进而适应环境并做出决策。移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)通过将服务(service)部署在靠近用户的边缘节点(移动基站)上，这类应用的请求(Application request)可以被低延时地处理，从而使得增强现实(AR)、虚拟现实(VR)等成为可能。
[0003]然而，边缘服务器(Edge server)在计算和存储方面的资源有限。因此，移动边缘计算研究中的一个重要问题就是决定哪些服务(service)应该被托管在边缘节点上，这在文献中通常被称为服务放置(Service placement)问题。在这个问题上已经有了许多研究，其优化目标主要有在存储、计算、网络带宽、延迟需求等系统约束下，尽量满足更多用户、减少服务延迟、数据传输成本、能源消耗等。在这些研究中，由于问题背景的定义不同，他们所采用的方法也存在很大的差异。但是，有两种方法仍然较为通用，一种是流行度算法，即选择用户请求量最大的哪些服务进行放置；另一种是贪心算法，该算法在一些特殊的情况下可以达到接近最优的结果。
[0004]对于这些涉及交互或环境信息的应用(如在线游戏、AR、VR)而言，一个关键问题是，当这些服务被放置在网络边缘时，需要及时刷新后台数据，以反映用户和环境的最新数据状态。这些数据刷新会给回程网络(back haul network)带来很大的传输压力。然而，许多关于服务放置问题的研究通常将回程网络的通信能力视为无限的，其他关注于回程流量负载的研究则通常没有考虑服务后台数据的更新问题。
[0005]综上所述，本专利技术针对在移动边缘计算场景中，存在服务背景数据刷新的情况下，边缘服务器如何选择服务(service)进行服务放置(Service placement)的问题，设计了基于价值空间估计的带数据刷新的在线服务放置方法，以最小化边缘服务器与云服务器之间的通信负载。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：存在服务背景数据刷新的情况下，边缘服务器如何选择服务进行放置，以最小化网络边缘与云服务器通信负载
[0007]本专利技术的目的是：提供基于价值空间估计的带数据刷新的在线服务放置方法。该方法通过将服务放置问题转换为最短路径问题，然后对其中的节点价值进行估计，最终得到一种服务放置策略，从而尽量在边缘服务器中处理用户请求，减轻边缘服务器与云服务器之间的通信负载。
[0008]本专利技术基于价值空间估计的带数据刷新的在线服务放置方法是在移动通信网络
中进行的；所述的移动通信网络中至少有边缘服务器与云服务器的硬件设备。
[0009]本专利技术的一种基于价值空间估计的带数据刷新的在线服务放置方法，其特征在于有下列步骤：
[0010]步骤一：设置边缘服务器的属性；
[0011]步骤101：服务属性的设置；
[0012]当边缘计算场景中的服务背景数据没有过期时，多个服务形成了服务集合，记为MSS，且MSS＝{SS1,SS2,
…
,SS
i
,
…
,SS
S
}；
[0013]SS1表示第一个服务；
[0014]SS2表示第二个服务；
[0015]SS
i
表示第i个服务；下角标i为服务的标识号；
[0016]SS
S
表示最后一个服务；下角标S为服务的总个数；
[0017]设置的服务属性的关联参数有：存储容积，记为r
i
；传输负载，记为α
i
；背景数据量，记为β
i
；背景数据的最大有效期，记为LF
i
；
[0018]边缘服务器与云服务器的通信时间，记为T，所述T中包含有多个时间片t；位于所述时间片t之前的称为前一时间片t
‑
1，位于所述时间片t之后的称为后一时间片t+1；
[0019]服务SS
i
在时间片t处的剩余有效期为l
i,t
；在时间片t时用户对服务SS
i
的总请求量，记为λ
i,t
；
[0020]如果被请求的服务SS
i
无法被边缘服务器处理，那就需要传输到云服务器中，从而带来了通信数据量，记为d
i
；
[0021]步骤102：边缘服务器的缓存空间设置；
[0022]边缘服务器本身具有缓存能力；
[0023]当用户请求的服务SS
i
达到边缘服务器时，如果边缘服务器已经缓存了用户请求对应的服务SS
i
，并且所述服务SS
i
的背景数据还未过期，那么所述服务SS
i
就会被边缘服务器处理；
[0024]当用户请求的服务SS
i
达到边缘服务器时，如果边缘服务器已经缓存了用户请求对应的服务SS
i
，并且所述服务SS
i
的背景数据已经过期，那么所述服务SS
i
就会被传输到云服务器处理，从而为移动通信网络带来传输负载；
[0025]初始时设置的边缘服务器的缓存空间大小，记为最大存储容积R；边缘服务器中的存储容积r
i
不能超过最大存储容积R，r
i
≤R；
[0026]步骤二：将服务放置问题转化为最短路径问题；
[0027]步骤201：服务放置问题所需的相关参数；
[0028]任意一个服务SS
i
在时间片t时的服务放置条件，记为当前服务放置条件x
i,t
；且T为边缘服务器与云服务器的通信时间，S为服务的总个数；
[0029]边缘服务器与云服务器的通信总数据量，记为DDD；所述通信总数据量DDD可以表示为云服务器处理请求的数据量D
cloud
、部署服务的数据量D
depioy
以及刷新背景数据的通信量D
refresh
之和；则有：
[0030]DDD＝D
cloud
+D
depioy
+D
refresh
ꢀꢀ
(1)
[0031][0032][0033][0034][0035]ξ(l
i,t
)表示服务SS
i
在时间片t处的剩余有效期l
i,t
的判断条件，简称为剩余有效期判断；
[0036]若剩余有效期判断ξ(l
i,t
)中的剩余有效期l<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于价值空间估计的带数据刷新的在线服务放置方法，其特征在于有下列步骤：步骤一：设置边缘服务器的属性；步骤101：服务属性的设置；当边缘计算场景中的服务背景数据没有过期时，多个服务形成了服务集合，记为MSS，且MSS＝{SS1,SS2,
…
,SS
i
,
…
,SS
S
}；SS1表示第一个服务；SS2表示第二个服务；SS
i
表示第i个服务；下角标i为服务的标识号；SS
S
表示最后一个服务；下角标S为服务的总个数；设置的服务属性的关联参数有：存储容积，记为r
i
；传输负载，记为α
i
；背景数据量，记为β
i
；背景数据的最大有效期，记为LF
i
；边缘服务器与云服务器的通信时间，记为T，所述T中包含有多个时间片t；位于所述时间片t之前的称为前一时间片t
‑
1，位于所述时间片t之后的称为后一时间片t+1；服务SS
i
在时间片t处的剩余有效期为l
i,t
；在时间片t时用户对服务SS
i
的总请求量，记为λ
i,t
；如果被请求的服务SS
i
无法被边缘服务器处理，那就需要传输到云服务器中，从而带来了通信数据量，记为d
i
；步骤102：边缘服务器的缓存空间设置；边缘服务器本身具有缓存能力；当用户请求的服务SS
i
达到边缘服务器时，如果边缘服务器已经缓存了用户请求对应的服务SS
i
，并且所述服务SS
i
的背景数据还未过期，那么所述服务SS
i
就会被边缘服务器处理；当用户请求的服务SS
i
达到边缘服务器时，如果边缘服务器已经缓存了用户请求对应的服务SS
i
，并且所述服务SS
i
的背景数据已经过期，那么所述服务SS
i
就会被传输到云服务器处理，从而为移动通信网络带来传输负载；初始时设置的边缘服务器的缓存空间大小，记为最大存储容积R；边缘服务器中的存储容积r
i
不能超过最大存储容积R，r
i
≤R；步骤二：将服务放置问题转化为最短路径问题；步骤201：服务放置问题所需的相关参数；任意一个服务SS
i
在时间片t时的服务放置条件，记为当前服务放置条件x
i,t
；且T为边缘服务器与云服务器的通信时间，S为服务的总个数；边缘服务器与云服务器的通信总数据量，记为DDD；所述通信总数据量DDD可以表示为云服务器处理请求的数据量D
cloud
、部署服务的数据量D
depioy
以及刷新背景数据的通信量D
refresh
之和；则有：DDD＝D
cloud
+D
depioy
+D
refresh
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
ξ(l
i,t
)表示服务SS
i
在时间片t处的剩余有效期l
i,t
的判断条件，简称为剩余有效期判断；若剩余有效期判断ξ(l
i,t
)中的剩余有效期l
i,t
是小于等于0，说明还存在有一定的有效时间，此时ξ(l
i,t
)赋值为1；若剩余有效期判断ξ(l
i,t
)中的剩余有效期l
i,t
是大于0，说明不存在有效时间了，此时ξ(l
i,t
)赋值为0；服务SS
i
在时间片t时是否需要刷新，即剩余有效期l
i,t
是否为零；对所有需要刷新的服务进行累加得到最终的总刷新数据量；服务SS
i
的剩余有效期l
i,t
会保持线性递减，直至为零；每次刷新背景数据或者部署服务后，该剩余有效期会被重置为背景数据的最大有效期LF
i
；在时间片t＝0放置的服务SS
i
，记为x
i,0
，所述x
i,0
≡0；经时间片t＝0之后的时间片对于任意一个服务SS
i
的放置问题表述为：步骤202：获取后一时间片的通信负载；在时间片t中，采用服务放置决策X
t
和服务剩余有效期L
t
来对当前时间服务状态Y
t
进行约束表征；当前服务状态Y
t
＝{X
t
,L
t
}；在时间片t的服务放置决策，记为X
t
＝{x
1,t
,x
2,t
,
…
,x
i,t
,
…
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张珊，李西烁，罗洪斌，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：