【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到数字孪生，具体涉及一种基于边云协作的dts部署与资源分配方法。
技术介绍
1、构建dtn(数字孪生网络)的目的是为物理网络提供各种类型的dts(数字孪生服务)。一般而言，这些服务可分为专用服务和通用服务。通用dts表示此类服务可以被应用在多种场景。例如：有人基于dt(数字孪生)即服务的思路，提出一种边缘机器人dt系统，此系统支持4g、5g和无线局域网等不同接入方式的灵活部署与切换，为测试不同网络接入技术的性能提供了理想的场所。还有人设计了一个适用于跨行业应用的三维dt参考架构模型，并利用此模型在机电产品、医疗保健、建筑、交通、航天和能源领域的应用验证了模型的通用性，其次，通用dts还代表支持多应用类型的服务。也有人提出的模型中，一种随机卸载方案被用于降低系统的长期能量消耗，所提的卸载方案适用于多个视频分析、数据挖掘、智能算法训练等，另一方面，专用dts主要指应用在具体领域或针对某项具体应用的服务。另外还有人提出基于3d视频融合的内河航道dt重构与应用方法，基于此方法的dts可解决内河航道安全监测中视频碎片化、子系统数据分散、应急响应不及时等问题。值得注意的是，dts提供的服务并非都是新颖的服务。部分dts仍然用于解决一些传统问题，但是与原来的方案相比，dts能够有效提升性能。如有人利用dt解决了iov(车联网)领域中的交通流量预测问题。虽然其它文献也曾解决过此问题，但基于dtn的交通流预测方案在降低网络时延上的表现要好于传统解决方法。
2、总体而言，dts能提升网络运营效率，提高网络自治能力和智能水平
3、(1)dts云端和边缘差异化部署容易导致资源浪费，增加额外资源消耗。
4、dts一般在具备强大计算能力的cc(云计算中心)中生成，将dts部署在云端可有效降低骨干网的流量开销，但却忽视了边云协作和边边协作在支持小规模dts部署上的有效性，造成边缘系统的资源浪费。同时，cc与用户间的距离较为遥远，将dts部署在云端会增加用户获取服务的时长。另一方面，将dts部署在边缘能为用户提供快速的网络响应，提升用户满意度。但将dts从cc交付至边缘节点会造成额外流量开销，增加骨干网传输压力。
5、(2)dts部署与服务结果交付的联合优化加大资源管理难度。
6、dts的部署与服务结果交付之间存在紧密关系。dts的部署位置和部署方式对用户任务传输时间、计算时间、功率消耗均具有重要影响。因此，dts的部署必须综合考虑服务结果交付。在制定联合优化决策时，需要充分考虑dts所需的存储资源，结合边缘系统的通信资源和计算资源状态，以及服务类型、服务对象、用户时延要求等因素，对如何实现多维资源联合优化做出决策。制约因素数量的增加加剧了制定资源分配策略的难度
7、因此，亟需一种dts部署与资源分配方法，以解决dts在云端和边缘差异化部署造成的资源利用率低下，进而增加骨干网络流量开销和网络响应时长的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于边云协作的dts部署与资源分配方法，采用边云协同方式部署dts，对将dts部署在云端和边缘消耗的骨干网络流量开销和时延消耗进行数学建模，开展边云协作在部署dts上的有效性分析，联合dts服务交付及用户任务卸载，设计高效的通信资源和计算资源分配方案以提升系统资源利用率，能够dts在云端和边缘差异化部署造成的资源利用率低下，进而增加骨干网络流量开销和网络响应时长的技术问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种基于边云协作的dts部署与资源分配方法，其关键在于，包括如下步骤：
4、步骤1、获取物理通信网络的历史运营数据，在云计算中心构建该物理通信网络的基于边云协作的数字孪生网络系统模型，并生成各类型的数字孪生服务；
5、步骤2、根据所述基于边云协作的数字孪生网络系统模型的服务部署决策与资源分配决策，建立最小化流量开销及网络时延的目标函数；
6、步骤3、利用基于决策树和ddpg的智能算法，获得满足目标函数的数字孪生服务的分类部署策略并进行数字孪生服务分类部署，然后在接收到用户发送的任务求解请求时，获得当前状态下满足目标函数的通信资源与计算资源的最优分配策略，并进行通信资源分配、计算资源分配后求解任务，将求解结果反馈至用户。
7、进一步的，步骤2中所述目标函数的构建过程如下：
8、步骤2.1、对所述基于边云协作的数字孪生网络系统模型进行服务部署分析，获得数字孪生服务部署决策和任务求解决策；
9、步骤2.2、基于数字孪生服务部署决策，建立骨干网络流量开销模型；
10、步骤2.3、对所述基于边云协作的数字孪生网络系统模型进行资源分配分析，获得无线通信资源分配决策和协作系统计算资源分配决策；
11、步骤2.4、基于任务求解决策、无线通信资源分配决策和协作系统计算资源分配决策，建立任务求解消耗时长模型；
12、步骤2.5、根据所述骨干网络流量开销模型与任务求解消耗时长模型构成成本函数；
13、步骤2.6、基于成本函数构建所述目标函数。
14、进一步的，所述基于决策树和ddpg的智能算法包括基于决策树的数字孪生服务分类部署算法模型、基于ddpg的无线通信资源分配算法模型、基于ddpg的计算资源分配算法模型。
15、进一步的，步骤3中基于决策树和ddpg的智能算法对任务进行求解的过程如下：
16、步骤3.1、利用基于决策树的数字孪生服务分类部署算法模型获得数字孪生服务的分类部署策略，并根据分类部署策略对数字孪生服务进行分类部署；
17、步骤3.2、获取用户发送的任务求解请求；
18、步骤3.3、输入用户与边缘计算服务器的信道状态，利用基于ddpg的无线通信资源分配算法模型获得当前状态下满足目标函数的通信资源的最优分配策略，并根据通信资源的最优分配策略分配通信资源；
19、步骤3.4、用户将任务卸载至基于边云协作的数字孪生网络系统模型；
20、步骤3.5、基于边云协作的数字孪生网络系统模型根据任务对求解该任务的数字孪生服务的部署情况进行判断，若部署在云端，则将任务卸载至云端，并在求解出任务后将求解结果反馈至用户，若部署在边缘节点则根据用户对计算资源的需求和边缘节点中每个边缘计算服务器能提供的计算资源，利用基于ddpg的计算资源分配算法模型获得当前状态下满足目标函数的边缘节点计算资源的最优分配策略，并根据计算资源的最优分配策略分配计算资源；
21、步骤3.6、边缘节点协作求解任务，并将求解结果反馈至用户。
22、本专利技术的显著效果是：
23、(1)提出了一种基于边云协作的联合dts部署与服务结果交付的方案ddras。此方案充分利用云计算和mec(移动边缘计算)的优势，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于边云协作的DTS部署与资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于边云协作的DTS部署与资源分配方法，其特征在于：所述物理通信网络由用户层、边缘层、骨干网和云层构成，其中边缘层由配对安装在同一位置且通过光纤连接的无线接入点和边缘计算服务器构成。
3.根据权利要求1所述的基于边云协作的DTS部署与资源分配方法，其特征在于：所述服务部署决策包括数字孪生服务部署决策和任务求解决策，所述资源分配决策包括无线通信资源分配决策与协作系统计算资源分配决策。
4.根据权利要求3所述的基于边云协作的DTS部署与资源分配方法，其特征在于：步骤2中所述目标函数的构建过程如下：
5.根据权利要求4所述的基于边云协作的DTS部署与资源分配方法，其特征在于：所述骨干网络流量开销模型的表达式为：
6.根据权利要求1所述的基于边云协作的DTS部署与资源分配方法，其特征在于：所述基于决策树和DDPG的智能算法包括基于决策树的数字孪生服务分类部署算法模型、基于DDPG的无线通信资源分配算法模型、基于DDPG的计算资源分
7.根据权利要求6所述的基于边云协作的DTS部署与资源分配方法，其特征在于：步骤3中基于决策树和DDPG的智能算法对任务进行求解的过程如下：
8.根据权利要求7所述的基于边云协作的DTS部署与资源分配方法，其特征在于：步骤3.1中利用基于决策树的数字孪生服务分类部署算法模型，获得当前状态下通信资源的最优分配策略的具体过程为：
9.根据权利要求7所述的基于边云协作的DTS部署与资源分配方法，其特征在于：步骤3.3利用基于DDPG的无线通信资源分配算法模型，获得当前状态下通信资源的最优分配策略并分配通信资源的过程如下：
10.根据权利要求7所述的基于边云协作的DTS部署与资源分配方法，其特征在于：步骤3.5中利用基于DDPG的计算资源分配算法模型获得当前状态下边缘层计算资源的最优分配策略，并分配计算资源的过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于边云协作的dts部署与资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于边云协作的dts部署与资源分配方法，其特征在于：所述物理通信网络由用户层、边缘层、骨干网和云层构成，其中边缘层由配对安装在同一位置且通过光纤连接的无线接入点和边缘计算服务器构成。
3.根据权利要求1所述的基于边云协作的dts部署与资源分配方法，其特征在于：所述服务部署决策包括数字孪生服务部署决策和任务求解决策，所述资源分配决策包括无线通信资源分配决策与协作系统计算资源分配决策。
4.根据权利要求3所述的基于边云协作的dts部署与资源分配方法，其特征在于：步骤2中所述目标函数的构建过程如下：
5.根据权利要求4所述的基于边云协作的dts部署与资源分配方法，其特征在于：所述骨干网络流量开销模型的表达式为：
6.根据权利要求1所述的基于边云协作的dts部署与资源分配方法，其特征在于：所述基于决策树和ddpg的智能算法包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘通，姜海涛，刘宇，
申请(专利权)人：重庆工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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