[发明专利]一种边缘计算场景下通过休眠降低系统功耗的调度方法

说明书

本发明提出了一种在边缘场景下的节省功耗的调度算法，优化了边缘场景下的设备的续航。本发明区别于其他边缘计算资源调度的特征是加入了边缘服务器的休眠机制，通过任务调度进一步降低边缘服务器的功耗。本方法将边缘计算服务器分为主服务器和从服务器，主服务器用来接收数据和处理数据，从服务器用来处理数据，当从服务器无数据处理时，进入休眠状态。方法提出了两种策略：激进的策略：用于在优先保障计算能力的情况下防止延迟增长；保守的策略，用于实现可容忍延迟状态下的最低功耗。最终，通过多个服务器的负载均衡实现了优化延迟和功耗的目标。

技术领域

本发明属于边缘计算领域，以在不显著增加任务延迟的情况下显著降低边缘服务器能耗为目的。

背景技术

边缘计算是目前最有前途的低延迟计算解决方案。传统云计算利用集中式大容量的集群的设备集中处理海量的信息，这种方式的优点非常明显，所有的计算过程都在云端集中处理，方便数据的收集与共享，催生出一系列的大数据应用。云计算虽然有着近乎无限的运算能力，但是为了运用云计算的算力，需要承担许多的通讯成本，不可避免的造成了延迟。集中式处理的方式必然决定了用户的数据需要上传至云端再进行处理，导致延迟很难降低。但是随着时代的发展，实时应用出现了井喷，延迟要求越来越高。边缘计算架构就是为了解决云计算延迟大的问题而提出的。具体说来，边缘计算在近用户端处理那些对延迟要求高的任务，将原本只能在云计算平台运算的服务放到了边缘服务器中。但是边缘服务器相对于云计算来说，有限的计算能力，受限的能耗是其最大的瓶颈。

在边缘计算领域主要是以优化延迟和功耗这两个数值为目标。

发明内容

本专利主要目标是降低边缘计算的功耗。本专利的区别于其他边缘计算资源调度的特征是加入了边缘服务器的休眠机制，并根据这一参数进行资源调度，通过任务调度进一步降低边缘服务器的功耗。

本专利主要面向边缘计算中的4个对象间调度。如图1所示，这是完整的边缘计算框架，包含了云端，代理服务器，边缘节点，传感器这4个对象。任务由传感器发出，可以在云端或边缘节点内的边缘服务器被处理，代理服务器用于在边缘服务器和云服务器之间传输数据。

传统的任务调度方法依次判断从用户端到云端传输链路上每一台计算设备可否处理该任务，若可以处理该任务则处理，若不可以，则将任务上传至下一计算设备，直到最终上传至云端结束。

与传统的任务调度方法不同的是我们将每一个边缘节点从一台服务器分成主从模式下的两个服务器，主服务器负责调度任务，和执行任务，从服务器负责执行任务，当不需要执行任务时进入休眠状态(这就是功耗降低的根本)，且当主服务器处于空闲状态，从服务器处于繁忙状态时，则主从服务器切换角色。休眠状态是一种非常低功耗的电源状态，处于此状态的计算设备通常只保留内存及相关可供唤醒所需的设备供电，常用的唤醒设备有网卡，鼠标，键盘，电源按钮，屏幕开合器等。

综上，我们要做的事就是尽量少增加延迟的情况下降低功耗。

下面我们来具体介绍方法的实现原理。

首先介绍边缘服务器的功耗模型。如公式1所示。P_j为服务器实时的功耗，P_a为活动功耗，P_s为休眠功耗。

我们使用线性函数来拟合功耗与负载的关系。如公式2所示，活跃状态的功耗为一个线性函数，其中k和b由设备满载功耗和空载功耗共同决定。

P_a＝kM_c+b (2)

然后是延迟模型，因为延迟是另一个在边缘计算中十分看中的指标。

T_a代表一次延迟的情况，包括传输延迟T_t和计算延迟T_c。如公式3所示。