【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于云计算中的边缘计算和函数计算，主要涉及了一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载系统及方法。
技术介绍
1、边缘计算作为近些年来发展迅速的一种新型计算模式，通过在靠近终端用户的网络边缘侧构建业务平台，提供相应的存储、计算和网络等资源，将部分关键业务应用下沉到接入网络边缘，从而减少网络传输和多级转发带来的带宽和时延损耗，为终端用户提供低时延的计算服务。这项技术在实时生成大量数据的环境中尤其有用，如物联网应用、自动驾驶和虚拟现实等。然而，随着终端设备数量的急剧增长，单边缘有限的资源无法满足随时可能出现的突发负载，如何将任务卸载到其它存在空闲资源的地方进行快速处理是一个需要考虑的现实问题。所以，任务卸载已经成为边缘计算中绕不开的一个关键问题，它在实现更高效的边缘计算方面发挥着重要作用。
2、与此同时，无服务器计算也成为下一代云数据中心运营的一种新范式。无服务器应用程序是由一系列函数组成的，这些函数是松散耦合且按需付费的，具有高度的可扩展性。这项技术可以有效减轻开发人员对服务器管理、扩展和资源调配的担忧，使他们能够专注于编写代码和构建应用程序。然而，传统的任务卸载大多只考虑终端设备和边缘、边缘和云计算中心之间的垂直卸载。实际上，由于多边缘之间的异构性，拥有较多资源的边缘时常处于空闲状态，考虑多边缘之间的水平卸载是优化该问题的一种新思路。其次，单边缘与云计算中心相比各类资源都有限，如果在单边缘中部署无服务器函数，则只能在缓存中放置少量的函数镜像，并且可以开启的函数实例总数也是有限的。所以，如何将无服务器技术从云数据
3、任务卸载是目前边缘计算领域中最受欢迎的研究方向，但大多数研究都集中在终端设备的请求是否需要卸载到云计算中心或某个边缘节点的问题。这显然只考虑垂直方向上的任务卸载，没有涉及任何边缘节点之间相互协作的水平卸载。有研究考虑边缘节点之间的水平协作，但它们不涉及将请求直接卸载到云计算中心或在云计算中心的协助下卸载的操作。faas(函数即服务)是无服务器技术发展的主流方向，但很少有研究在边缘场景下将函数与任务卸载相结合。
技术实现思路
1、本专利技术正是针对现有技术中并未真正将无服务器函数应用于边缘的问题，提供一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载系统及方法，包括任务排序阶段、卸载决策阶段、路径选择阶段和函数置换阶段，在每一时隙开始时对前一时隙内累积的任务依据其截止期字段进行排序；为每个到达边缘节点的函数请求提供四种可选的卸载方式，并选择延迟时间最小的方式对其进行调度；当任务需要从当前边缘节点卸载到另一节点时，在边缘节点网络拓扑无向图中选择跳数最短的路径；当边缘节点的缓存已满时，根据相应的函数置换策略丢弃旧函数从而为新函数预留出缓存空间。本专利技术旨在最小化在线系统中所有任务的平均延迟时间，在边缘计算任务卸载和无服务器计算领域有广泛的应用价值和使用前景。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载系统，至少包括一个云边端相互协作的三层系统模型，所述模型自上到下依次包括云计算中心层、边缘节点层和终端设备层；
3、所述云计算中心层：实现计算、缓存和网络存储资源，同时作为函数注册中心，处理所有的函数请求，并将某个函数的配置和依赖文件发送到基站中，帮助基站具有处理该函数请求的能力；
4、所述边缘节点层：包括配备在基站中的单台或多台边缘服务器作为边缘节点，每个边缘节点只能缓存有限数量的函数，且只能处理缓存中已存在函数的函数请求；所述边缘节点可以从云计算中心层中拉取函数并将函数请求卸载到云计算中心或其它边缘节点；
5、所述终端设备层：终端设备可以向周围的边缘节点发出函数请求，请求特定的函数实例；
6、所述系统中，每个边缘节点的请求到达服从泊松分布，请求之间彼此相互独立，并且每个请求都存在相应的软截止期约束；每个边缘节点的时间序列被划分为一个个相同的时隙，在每个时隙内请求被累积，并在下一个时隙开始时被调度。
7、为了实现上述目的，本专利技术还采取的技术方案是：一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载方法，至少包括任务排序阶段、卸载决策阶段、路径选择阶段和函数置换阶段；
8、a.任务排序阶段：在每一时隙开始时对前一时隙内累积的任务依据某个属性字段进行排序，依据排序结果将任务从等待队列依次调度到执行队列中进行处理，并在处理完成后向终端设备返回响应；
9、b.卸载决策阶段：在每个时隙开始时，针对前一个时隙内新到达的所有请求，系统会对到达边缘节点的每个函数请求做出卸载决策，以确定该请求最佳的卸载方式和实际的处理位置，所述最佳的卸载方式为延迟时间最小；
10、c.路径选择阶段：当边缘节点决定将任务卸载到另一边缘节点进行处理时，需要在边缘节点网络拓扑图中选择两个节点之间跳数最短的路径将该任务卸载出去；
11、d.函数置换阶段：当边缘节点的缓存已满时，如果某个任务请求一个缓存中不存在的函数并触发相应的冷启动流程，发生函数替换。
12、作为本专利技术的一种改进，所述任务排序阶段中，当某个函数请求到达边缘节点后，首先进行卸载决策，如果需要将该请求卸载到其它边缘节点，就会进入传输队列，并在路径选择后传输到指定的目标边缘节点；否则，则在本地节点直接处理，进入等待队列；所述排序依据的属性字段为任务的截止期字段，辅以任务的预期执行时间及预期执行时间与数据量的比值作为对比。
13、作为本专利技术的另一种改进，所述卸载决策阶段中，每个请求都有四种可选的卸载方式，具体为：
14、b1.本地处理：对于请求函数的任务，如果它到达的边缘节点的缓存中存在该函数，并且该边缘节点此时的计算能力充足，处于空闲状态，那么该任务直接在本地处理；
15、b2.卸载到其它边缘节点处理：对于请求函数的任务，即使当前边缘节点的缓存中存在请求函数，可以处理该函数请求，但计算能力不足，所以将该任务卸载到其它存在函数且处于空闲状态的边缘节点进行处理；
16、b3.卸载到云计算中心处理：由边缘节点决定将请求函数的任务卸载到云计算中心进行处理；
17、b4.冷启动流程：当边缘节点的计算能力充足，只是因为所请求的函数不存在于该边缘节点的缓存中时，除了卸载方式b2和b3之外，还可以从云计算中心拉取函数的配置和依赖文件，使该边缘节点具备可以处理此种函数请求的能力。
18、作为本专利技术的又一种改进，所述路径选择阶段使用dijkstra或floyd算法求解两个边缘节点间跳数最短的路径。
19、作为本专利技术的又一种改进，所述函数置换阶段，采用lru和lfu函数置换算法完成。
20、与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术公开了一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载系统及方法，提出了一个即考虑终端设备、边缘节点和云计算中心之间的垂直卸载，又考虑边缘节点之间相互协作的水平卸载的混合卸载方法；同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载系统，其特征在于：至少包括一个云边端相互协作的三层系统模型，所述模型自上到下依次包括云计算中心层、边缘节点层和终端设备层；
2.使用如权利要求1所述系统的一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载方法，其特征在于：至少包括任务排序阶段、卸载决策阶段、路径选择阶段和函数置换阶段；
3.如权利要求2所述的一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载方法，其特征在于：所述任务排序阶段中，当某个函数请求到达边缘节点后，首先进行卸载决策，如果需要将该请求卸载到其它边缘节点，就会进入传输队列，并在路径选择后传输到指定的目标边缘节点；否则，则在本地节点直接处理，进入等待队列；所述排序依据的属性字段为任务的截止期字段，辅以任务的预期执行时间及预期执行时间与数据量的比值作为对比。
4.如权利要求2所述的一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载方法，其特征在于：所述卸载决策阶段中，每个请求都有四种可选的卸载方式，具体为：
5.如权利要求2所述一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载方法，其特征在于：所述路径选择阶段使用Dij
6.如权利要求2所述的一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载方法，其特征在于：所述函数置换阶段，采用LRU和LFU函数置换算法完成。
...【技术特征摘要】
1.一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载系统，其特征在于：至少包括一个云边端相互协作的三层系统模型，所述模型自上到下依次包括云计算中心层、边缘节点层和终端设备层；
2.使用如权利要求1所述系统的一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载方法，其特征在于：至少包括任务排序阶段、卸载决策阶段、路径选择阶段和函数置换阶段；
3.如权利要求2所述的一种基于函数的云边端场景下任务快速卸载方法，其特征在于：所述任务排序阶段中，当某个函数请求到达边缘节点后，首先进行卸载决策，如果需要将该请求卸载到其它边缘节点，就会进入传输队列，并在路径选择后传输到指定的目标边缘节点；否则，则在本地节点...
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