一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法技术

本发明专利技术属于分布式边缘智能计算技术领域，特别涉及一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法，利用在线多臂老虎机模型对未知信息进行估计，并通过探索和开发逐步接近真实值，从终端用户和边缘系统的角度全面考虑了功能链需求程度、完整性和故障率对边缘服务功能链备份部署的影响，设计了一个基于贪婪策略的备份算法来选择最佳服务功能链来进行备份并将其所涉及的所有虚拟网络功能部署在特定的边缘服务器上。特定的边缘服务器上。特定的边缘服务器上。

【技术实现步骤摘要】
一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法


[0001]本专利技术属于分布式边缘智能计算
，特别涉及一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法。

技术介绍

[0002]虚拟化作为边缘计算中的代表技术，已被广泛应用于在网络资源管理中。具体来说，为了为服务提供商和终端用户提供灵活性和可伸缩性，网络功能虚拟化利用虚拟网络功能单元将网络功能从专用硬件解耦，其中功能单元可以部署在核心云和边缘服务器上。为了实现自定义网络应用程序的自动配置，可以将多个虚拟网络功能连接起来，配置成一条序列化链共同提供专门的网络服务，因此称为服务功能链。
[0003]尽管虚拟网络功能具有许多优点，但如何保证可用性在实践中一直是一个严峻的挑战，因为来自不同维度的多个因素可能导致其失败，如硬件故障、软件漏洞和损坏的管理程序。值得注意的是，当使用服务功能链作为一个整体提供一个序列时，这个可用性问题会变得更糟，因为任何组件的故障都可能使整个服务无效。为了解决这个问题，现有的一部分工作集中在配置过程开始时的虚拟网络功能单元的最佳部署上，还有一部分工作利用故障虚拟网络功能的备份作为替代，在原始功能单元故障时维护服务功能链的功能，以便从意外故障中快速恢复过来。在实践中，服务功能链备份可以被同时放置在中心云服务器和分布式边缘服务器上。前一种研究主要依赖于云服务器提供的充足资源，由于向云转发额外的流量，可能会在多跳传播过程中出现严重的延迟和网络拥塞。后一种策略利用了边缘服务器在物理上接近最终用户的特性，因此微妙地利用边缘有限的资源来部署部分虚拟网络功能备份可以在提高服务功能链的可用性方面获益更多。考虑到云端的操作成本和时间消耗，在网络边缘备份服务功能链是更好的选择，而这必须严格遵守边缘服务器的资源限制。
[0004]大多数工作都忽略了边缘备份机制设计中服务功能链的一个重要属性，即需求程度。作为用户喜好的关键反映，它将在边缘可用资源有限时参与选择合适的功能链备份集，直接影响在边缘可用资源有限时如何做出更好的备份决策。尽管目前的备份部署方案考虑到了用户在边缘部署服务功能链备份时的需求，但服务器上分散的虚拟网络功能备份并没有全面确保链式结构的完整性，同时很少考虑每条功能链的故障率。在边缘备份工作中存在两方面的挑战。首先，由于终端用户的服务请求以及虚拟网络功能故障的发生都可能是高度动态且不确定的，因此服务功能链的需求程度以及故障率等未知因素使得无法提前根据它们选择一组最佳备份集部署在边缘服务器上。其次，系统相关参数等已知因素也会为工作带来极大的难度，包括边缘服务器的资源约束对于部署服务功能链备份的影响、功能链的延迟对于用户服务响应的影响以及链式结构完整性要求对于服务链备份工作的影响。

技术实现思路

[0005]基于上问题，本申请提供了一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法，利用在线多臂老虎机模型对未知信息进行估计，并通过探索和开发逐步接近真实值，
从终端用户和边缘系统的角度全面考虑了功能链需求程度、完整性和故障率对边缘服务功能链备份部署的影响，设计了一个基于贪婪策略的备份算法来选择最佳服务功能链来进行备份并将其所涉及的所有虚拟网络功能部署在特定的边缘服务器上。其技术方案为：
[0006]一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法，将所有服务功能链视为多臂老虎机模型的多个臂，以边缘服务器部署某条服务功能链获得的最大回报作为拉动这条臂的奖励，包括以下步骤：
[0007]S1，初始化阶段：对部署服务功能链所涉及的参数进行赋值；
[0008]S2，延迟获取阶段，进行预部署：计算t时隙每一条服务功能链所消耗的最低链路延迟L
f
(t)；
[0009]S3，选择和部署阶段：
[0010]根据t时隙的需求程度、故障率以及最小延迟计算能够带来最大回报的服务功能链，重复步骤S2
‑
S3，选择最佳的服务功能链集Q；将服务功能链集Q部署在边缘服务器上；
[0011]S4，学习阶段：
[0012]根据t时隙的部署结果来更新历史信息，并结合用户的当前请求进行计算，得到t+1时隙的每条服务功能链新的需求程度；
[0013]根据t时隙的历史信息以及虚拟网络功能实时故障情况进行计算，得到t+1时隙的每条服务功能链最新故障率；
[0014]重复步骤S2
‑
S4，完成t+1时隙新的服务功能链集的选择和部署。
[0015]优选的，步骤S1服务功能链初始阶段赋值方法如下：
[0016]初始阶段，历史信息还没有被获取，每条服务功能链的需求程度和虚拟网络功能故障率是从终端用户处收集的服务请求来估计，因此将每条服务功能链f被选择备份在边缘的时隙数c
f
(0)以及虚拟网络功能i被学习的时隙数h
i
(0)设置为零；
[0017]设置每条服务功能链的平均需求程度以及虚拟网络功能i的历史平均故障率为零；
[0018]设置当前需求程度为所有用户在0时隙内对每条服务功能链发出的服务请求的总和，即每条服务功能链需求程度估计值Q
f
(0)为用户对服务功能链的实时需求；令其中，V
i
(0)为0时隙虚拟网络功能i的故障率实时信息，为0时隙虚拟网络功能i的故障率估计值。
[0019]优选的，步骤S2中，构造边缘模型：将边缘服务器视为节点，边缘服务器之间的延迟即是为两个节点之间链路的权值，将所有节点构建的边缘网络看作是一个带权无向完全图，其中每个节点都有自己的容量，在此模型下，每一条服务功能链所消耗的最低链路延迟等效为从一个完全图中找到一条满足容量要求且具有最小权值和的路径。
[0020]优选的，步骤S2中，确定当前边缘服务器：对于服务功能链f，需要将所包含的功能单元按顺序放在确定的边缘服务器上；优先考虑链路延迟最小的两个服务器；另外将虚拟网络功能放置在权重最小的服务功能链路的较大一端，从而实现在边缘环境中获得服务功能链f的最小延迟L
f
(t)；将此服务功能链中的其他虚拟网络功能放在当前服务器上，直到当前服务器无法容纳服务功能链f所有的功能单元，寻找下一个服务器。
[0021]优选的，步骤S2中，根据Prim算法，从当前边缘服务器节点按所连链路延迟增加的
顺序向外遍历，直至找到一个具有足够的资源来部署当前虚拟网络功能的边缘服务器，持续部署虚拟网络功能，直到此服务功能链中的所有功能单元都被判断过；对于该服务功能链的部署有两种情况：第一，其包含的每个虚拟网络功能都可以部署在特定边缘服务器上，此时L
f
(t)是最小的；另一种情况是，该服务功能链中一个或几个功能单元不能被部署在边缘服务器上，即没有边缘服务器能够满足其资源需求，在这种情况下，规定整个服务功能链的备份都需要被部署在云网络中。
[0022]优选的，步骤S2中，引入集合P来存储已经被判断过的服务功能链，然后从剩余服务功能链中进行选择和计算。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法，其特征在于，将所有服务功能链视为多臂老虎机模型的多个臂，以边缘服务器部署某条服务功能链获得的最大回报作为拉动这条臂的奖励，包括以下步骤：S1，初始化阶段：对部署服务功能链所涉及的参数进行赋值；S2，延迟获取阶段，进行预部署：计算t时隙每一条服务功能链所消耗的最低链路延迟L
f
(t)；S3，选择和部署阶段：根据t时隙的需求程度、故障率以及最小延迟计算能够带来最大回报的服务功能链，重复步骤S2
‑
S3，选择最佳的服务功能链集Q；将服务功能链集Q部署在边缘服务器上；S4，学习阶段：根据t时隙的部署结果来更新历史信息，并结合用户的当前请求进行计算，得到t+1时隙的每条服务功能链新的需求程度；根据t时隙的历史信息以及虚拟网络功能实时故障情况进行计算，得到t+1时隙的每条服务功能链最新故障率；重复步骤S2
‑
S4，完成t+1时隙新的服务功能链集的选择和部署。2.根据权利要求1所述的一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法，其特征在于，步骤S1服务功能链初始阶段赋值方法如下：初始阶段，历史信息还没有被获取，每条服务功能链的需求程度和虚拟网络功能故障率是从终端用户处收集的服务请求来估计，因此将每条服务功能链f被选择备份在边缘的时隙数c
f
(0)以及虚拟网络功能i被学习的时隙数h
i
(0)设置为零；设置每条服务功能链的平均需求程度以及虚拟网络功能i的历史平均故障率为零；设置当前需求程度为所有用户在0时隙内对每条服务功能链发出的服务请求的总和，即每条服务功能链需求程度估计值Q
f
(0)为用户对服务功能链的实时需求；令其中，V
i
(0)为0时隙虚拟网络功能i的故障率实时信息，为0时隙虚拟网络功能i的故障率估计值。3.根据权利要求1所述的一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法，其特征在于，步骤S2中，构造边缘模型：将边缘服务器视为节点，边缘服务器之间的延迟即是为两个节点之间链路的权值，将所有节点构建的边缘网络看作是一个带权无向完全图，其中每个节点都有自己的容量，在此模型下，每一条服务功能链所消耗的最低链路延迟等效为从一个完全图中找到一条满足容量要求且具有最小权值和的路径。4.根据权利要求1所述的一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法，其特征在于，步骤S2中，确定当前边缘服务器：对于服务功能链f，需要将所包含的功能单元按顺序放在确定的边缘服务器上；优先考虑链路延迟最小的两个服务器；另外将虚拟网络功能放置在权重最小的服务功能链路的较大一端，从而实现在边缘环境中获得服务功能链f的最小延迟L
f
(t)；将此服务功能链中的其他虚拟网络功能放在当前服务器上，直到当前服务器无法容纳服务功能链f所有的功能单元，寻找下一个服务器。5.根据权利要求4所述的一种基于组合多臂老虎机模型的边缘服务功能链备份方法，
其特征在于，步骤S2中，根据Prim算法，从当前边缘服务器节点按所连链路延迟增加的顺序向外遍历，直至找到一个具有足够的资源来部署当前虚拟网络功能的边缘服务器，持续部署虚拟网络功能，直到此服务功能链中的所有功能单...

【专利技术属性】
技术研发人员：成秀珍，于东晓，王晨，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：