[发明专利]边缘计算中结合功能按需配置的有依赖关系任务的调度方法

说明书

本发明公开了一种边缘计算中结合功能按需配置的有依赖关系任务的调度方法，包括：步骤1，获取网络和任务的相关参数，选取一初始化边缘服务器；步骤2，用步骤1的相关参数对边缘服务器进行贪心初始配置得出服务器配置信息；步骤3，用有向无环图表示步骤1中具有依赖关系的任务，并对有向无环图中任务进行拓扑排序成拓扑序列；步骤4，用步骤2的服务器配置信息对步骤3的拓扑序列迭代，算出各任务在各边缘服务器上运行最早结束的完成时间，得到任务的分配和调度方案；步骤5，在边缘服务器实际容量约束下，按照步骤4的任务的分配和调度方案对各任务进行分配和调度。该方法能在边缘计算环境中最小化一个由多个依赖任务组成的应用的完成时间。

技术领域

本发明涉及边缘计算领域，尤其涉及一种边缘计算中结合功能按需配置的有依赖关系任务的调度方法。

背景技术

近年来，随着蜂窝网络和物联网(IOT)的快速发展，高速度、高可靠性的空中接口使得高复杂度、高能耗的应用被卸载至远程云数据中心运行，从而弥补移动终端计算能力的不足并降低其能耗。然而，长距离的传播不可避免地导致严重的通信延迟，这无法满足诸如增强现实(VR)、认知辅助、车联网等应用程序需实时响应的要求。为了缓解这一问题，移动计算领域出现了一个重要的范式转变，从集中式云计算转向边缘计算(Edge Computing，也叫雾计算，微云计算)。边缘计算的理念是在互联网的边缘(如Wi-Fi接入点或蜂窝基站)部署小型服务器，称为边缘服务器，这些服务器相比于移动设备具有更强大的计算和存储能力，且在地理上靠近移动用户，通常移动用户可以通过无线网络直接与边缘服务器相连，从而极大的降低了通信延迟，使移动用户能够在低延迟的情况下无缝地访问云服务。

然而由于移动应用的性能要求和资源需求正在急剧增加，边缘计算在实际应用中面临着许多挑战，如：

(1)容量限制及按需配置：与远程云计算相比，边缘服务器的计算和存储能力都相对有限，边缘服务器上只能配置有限数量的功能。边缘服务器为了运行某一个任务，需要进行相应的数据库缓存，镜像下载、安装和启动以及额外的环境配置等操作，这些系列操作可称为功能配置，因而一个任务只能在具有所需功能的边缘服务器上运行。若当前边缘服务器没有足够的容量去配置当前待调度任务对应的功能，则需要决策移除部分边缘服务器上已配置的功能。功能的按需配置将显著影响移动应用程序的性能和边缘服务器的利用率，因此如何提供智能的功能配置策略至关重要。

(2)任务依赖和并行执行：移动应用程序由多个有依赖关系的任务组成，通常用一个有向无环图(DAG)来表示。图中的点代表不同类型的任务，有向边上的值代表一个任务结束后需要传输一定的数据量作为箭头指向任务的输入，所以图中的边集也定义了任务执行的先后或并行关系。此外，不同的任务可能对边缘服务器有不同的偏好，比如一个Facebook的视频处理应用，编码操作是计算密集型任务，更适合放在运算性能更强大的边缘服务器上。为了尽可能的最小化应用的完成时间，如何设计合理的调度策略是需要解决的问题，包括决策DAG中各个任务分别放置到哪个边缘服务器以及各边缘服务器上任务执行的顺序。

目前的移动边缘计算领域，有大量研究任务调度和功能配置问题的工作，但是已有的算法没有考虑应用程序中任务的依赖关系，而是假定应用是一个独立且不可分的整体。随着移动应用日益复杂，将其中可并行的任务分配到不同的边缘服务器上运行能有效优化移动应用的性能。但在资源受限的边缘计算环境中，如何进行功能配置和对有依赖关系的任务调度是急需解决的问题。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种边缘计算中结合功能按需配置的有依赖关系任务的调度方法，能解决现有边缘计算中任务调度没有考虑应用程序中任务的依赖关系，导致边缘计算中应用运行效率不高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种边缘计算中结合功能按需配置的有依赖关系任务的调度方法，包括：