一种多层算网一体路由系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种多层算网一体路由系统及方法，端设备产生计算任务，并向网络入口路由器发送计算请求；网络入口路由器根据算网一体路由表获取路由路径以及出口计算节点，同时响应端设备的计算请求；端设备在收到网络入口路由器响应后，将计算任务数据传输至下一跳路由器；路由器在接收到任务数据后，将数据提交至相应预处理计算服务器，数据在预处理计算服务器进行预处理，预处理过后的数据返还至路由器；路由器根据算网一体路由表对预处理后的计算任务数据进行路由传输，直至传输至最优计算服务器，进行计算任务的处理，最终将计算结果返回给端设备，从而在路由计算时，考虑业务需求、算力匹配以及网络状态规划，使任务传输及计算总延迟最小化。计算总延迟最小化。计算总延迟最小化。

A multi-layer computing network integrated routing system and method

【技术实现步骤摘要】
一种多层算网一体路由系统及方法


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种多层算网一体路由系统及方法。

技术介绍

[0002]随着边缘计算设备和智能终端设备的大量部署，虽然解决了网络中海量数据上传至云计算中心中心导致的带宽紧缺、网络拥塞、时延过长的问题，但是也使得算力资源呈现泛在部署的趋势。为了高效、协同地利用全网异构的算力资源，算力网络作为一种基于分布式系统的算力与网络融合的技术方案被提出。算力感知路由和算力资源分配是算力网络中的一个关键问题。然而，在算力网络中，现有路由计算仅能进行网络规划，而忽略了算力资源的匹配和规划。

技术实现思路

[0003]为解决现有问题，本专利技术提出了一种多层算网一体路由系统及方法，将算力与网络深度融合，在路由计算时，考虑业务需求、算力匹配以及网络状态规划，解决现有路由计算仅能进行网络规划，而忽略了算力资源的匹配和规划的问题。
[0004]本专利技术提供一种多层算网一体路由系统，所述系统包括端设备、网络路由器、预处理计算服务器和计算服务器，其中：
[0005]所述端设备用于产生计算任务，并对网络提出算力请求，在获取算网一体路由表后将任务数据传输给网络路由器；
[0006]所述网络路由器用于在读取数据包的地址后对数据进行传输；以及根据算网一体路由表对预处理后的计算任务数据进行路由传输，直至传输至最优计算服务器；以及将计算服务器的最终计算结果返回给端设备。
[0007]所述预处理计算服务器作为对数据进行预先处理的网络节点，负责接收数据，对数据进行预处理，并将预处理过后的数据返还至网络路由器；所述预处理包括数据清理、数据集成、数据变换、数据规约以及数据压缩；
[0008]所述计算服务器用于将通过预处理的计算任务数据传输到计算服务器并进行进一步处理；所述进一步处理包括执行各类智能计算任务。
[0009]可选地，所述算网一体路由表是由网络入口路由器根据算力通告和网络状态探测，对算力路由表和网络路由表进行维护，针对业务需求进行路由计算，最终形成的算网一体路由表。
[0010]可选地，所述网络路由器包括网络入口路由器和下一跳路由器；所述网络入口路由器根据算网一体路由表获取合适的路由路径以及出口计算节点，同时响应端设备的计算请求；所述下一跳路由器用于接收端设备的计算任务数据，并将所述计算任务数据提交至预处理计算服务器。
[0011]可选地，其特征在于：对系统建立模型，所述模型包括网络模型、任务模型、通信模型、计算模型、算网一体资源表征模型以及优化目标模型。
[0012]可选地，所述网络模型包括U＝{1，2，...，u}，P＝{1，2，...，p}，M＝{1，2，...，m}，R＝{1，2，...，r}；其中U表示算力网络中的端设备、P表示预处理计算服务器、M表示计算服务器、R表示网络路由器；
[0013]所述任务模型包括I＝{1，2，...，I}，其中I表示任务种类；用户u第i种任务为u
i
＝＜n
u，i
，o
u，i
，t
u，i
＞，其中n
u，i
表示任务i所需要传输的数据包大小，o
u，i
表示任务i所需要的计算资源的量化值，t
u，i
表示任务i所能容忍的最大处理时延；
[0014]所述通信模型包括用户u到所接入的网络入口路由器r的数据传输速率：r
u，r
＝B
r，u
log2(1+γ
u，r
)；其中，B
r，u
表示网络入口路由器r给用户u分配的带宽，γ
u，r
表示用户u到所接入的网络入口路由器r的传输信噪比；用户u到所接入的网络入口路由器r的通信延迟为：D
u，r
＝n
u，i
/r
u，r
；任务数据从路由器r
i
到r
j
的通信延迟可以表示为：其中k∈(0，1)表示压缩率，表示路由器r
i
到r
j
的数据传输速率；整条路径上的通信延迟为：其中，t
i，j
∈path表示路由器r
i
到r
j
的链路属于path路径；
[0015]所述计算模型中计算总延迟为：D
comp
＝D
p
+D
m
；其中D
p
＝αo
u，i
/f
p
，D
m
＝o
u，i
/f
m
；D
p
表示数据在预处理计算服务器p上的处理延迟，D
m
表示数据在预处理计算服务器m上的处理延迟，αo
u，i
，α∈(0，1)表示任务预处理所需的计算量，f
p
表示处理计算服务器p算力，f
m
表示处理计算服务器m算力；
[0016]在所述算网一体资源表征模型中，任务处理时延包括数据在路径上的传输时延、预处理计算时延以及计算时延，最小化任务处理时延采用最短路径方式；并且如果节点仅参与数据转发，则仅考虑传输时延，不考虑该节点的计算时延；如果节点参与任务计算，则需要考虑传输时延和该节点的计算时延；
[0017]在所述优化目标模型中，选择预处理计算服务器、计算服务器以及数据传输路径对计算和通信总延迟进行最小化，优化问题表示为min
r，m，p D
total
＝D
path
+D
comp
＝D
u，r
+
[0018]本专利技术还提出一种多层算网一体路由方法，所述方法包括：
[0019]S1：端设备产生计算任务，并向网络入口路由器发送计算请求；
[0020]S2：网络入口路由器根据算网一体路由表获取合适的路由路径以及出口计算节点，同时响应端设备的计算请求；
[0021]S3：端设备在收到网络入口路由器响应后，将计算任务数据传输至下一跳路由器；
[0022]S4：下一跳路由器将接收到的任务数据首先提交至相应预处理计算服务器，预处理计算服务器进行数据预处理，预处理过后的数据返还至路由器；
[0023]S5：路由器根据算网一体路由表对预处理后的计算任务数据进行路由传输，直至传输至最优计算服务器，并进行计算任务的处理，最终计算结果通过路由器返回给端设备。
[0024]可选地，所述算网一体路由表是由网络入口路由器根据算力通告和网络状态探测，对算力路由表和网络路由表进行维护，针对业务需求进行路由计算，最终形成的算网一体路由表。
[0025]可选地，所述网络路由器包括网络入口路由器和下一跳路由器；所述网络入口路由器根据算网一体路由表获取合适的路由路径以及出口计算节点，同时响应端设备的计算请求；所述下一跳路由器用于接收端设备的计算任务数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层算网一体路由系统，其特征在于：所述系统包括端设备、网络路由器、预处理计算服务器和计算服务器，其中：所述端设备用于产生计算任务，并对网络提出算力请求，在获取算网一体路由表后将任务数据传输给网络路由器；所述网络路由器用于在读取数据包的地址后对数据进行传输；以及根据算网一体路由表对预处理后的计算任务数据进行路由传输，直至传输至最优计算服务器；以及将计算服务器的最终计算结果返回给端设备；所述预处理计算服务器作为对数据进行预先处理的网络节点，负责接收数据，对数据进行预处理，并将预处理过后的数据返还至网络路由器；所述预处理包括数据清理、数据集成、数据变换、数据规约以及数据压缩；所述计算服务器用于将通过预处理的计算任务数据传输到计算服务器并进行进一步处理；所述进一步处理包括执行各类智能计算任务。2.根据权利要求1所述的一种多层算网一体路由系统，其特征在于：所述算网一体路由表是由网络入口路由器根据算力通告和网络状态探测，对算力路由表和网络路由表进行维护，针对业务需求进行路由计算，最终形成的算网一体路由表。3.根据权利要求2所述的一种多层算网一体路由系统，其特征在于：所述网络路由器包括网络入口路由器和下一跳路由器；所述网络入口路由器根据算网一体路由表获取合适的路由路径以及出口计算节点，同时响应端设备的计算请求；所述下一跳路由器用于接收端设备的计算任务数据，并将所述计算任务数据提交至预处理计算服务器。4.根据权利要求1所述的一种多层算网一体路由系统，其特征在于：对系统建立模型，所述模型包括网络模型、任务模型、通信模型、计算模型、算网一体资源表征模型以及优化目标模型。5.根据权利要求4所述的一种多层算网一体路由系统，其特征在于：所述网络模型包括U＝{1，2，...，u}，P＝{1，2，...，p}，M＝{1，2，...，m}，R＝{1，2，...，r}；其中U表示算力网络中的端设备、P表示预处理计算服务器、M表示计算服务器、R表示网络路由器；所述任务模型包括I＝{1，2，...，I}，其中I表示任务种类；用户u第i种任务为u
i
＝＜n
u，i
，o
u，i
，t
u，i
＞，其中n
u，i
表示任务i所需要传输的数据包大小，o
u，i
表示任务i所需要的计算资源的量化值，t
u，i
表示任务i所能容忍的最大处理时延；所述通信模型包括用户u到所接入的网络入口路由器r的数据传输速率：r
u，r
＝B
r，u
log2(1+γ
u，r
)；其中，B
r，u
表示网络入口路由器r给用户u分配的带宽，γ
u，r
表示用户u到所接入的网络入口路由器r的传输信噪比；用户u到所接入的网络入口路由器r的通信延迟为：D
u，r
＝n
u，i
/r
u，r
；任务数据从路由器r
i
到r
j
的通信延迟可以表示为：其中k∈(0，1)表示压缩率，表示路由器r
i
到r
j
的数据传输速率；整条路径上的通信延迟为：其中，t
i，j
∈path表示路由器r
i
到r
j
的链路属于path路径；所述计算模型中计算总延迟为：D
comp
＝D
p
+D
m
；其中D
p
＝αo
u，i
/f
p
，D
m
＝o
u，i
/f
m
；D
p
表示数据在预处理计算服务器p上的处理延迟，D
m
表示数据在预处理计算服务器m上的处理延迟，αo
u，i
，α∈(0，1)表示任务预处理所需的计算量，f
p
表示处理计算服务器p算力，f
m
表示处理计算服务器m算力；
在所述算网一体资源表征模型中，任务处理时延包括数据在路径上的传输时延、预处理计算时延以及计算时延，最小化任务处理时延采用最短路径方式；并且如果节点仅参与数据转发，则仅考虑传输时延，不考虑该节点的计算时延；如果节点参与任务计算，则需要考虑传输时延和该节点的计算时延；在所述优化目标模型中，选择预处理计算服务器、计算服务器以及数据传输路径对计算和通信总延迟进行最小...

【专利技术属性】
技术研发人员：许方敏，杨帆，赵成林，李斌，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：