[发明专利]一种针对边缘网络应用环境的计算任务副本分发方法

说明书

一种针对边缘网络应用环境的计算任务副本分发方法，属于物联网领域。首先，该方法将云服务中心的用户任务划分为多个子任务，将这些子任务通过轮盘赌算法分发给网络中的边缘节点，使邻居节点较多的节点承担较多的子任务，而那些邻居节点较少的节点承担的子任务则少一些。每个边缘节点将承担的子任务复制多个副本，在这个过程中，实现了副本资源的最优分配。同时，该方法也考虑了边缘计算网络的负载均衡，提出一种新的负载均衡策略，尽可能保证任务副本能够得到及时的响应。最后通过采用模拟数据流和真实数据流进行实验测试，实验结果表明本发明所提出的处理策略相比于其它的计算模式在效率上有显著的提高。

技术领域

本发明属于物联网领域，具体涉及一种针对边缘网络应用环境的计算任务副本分发方法。

背景技术

目前，对于边缘网络的资源分配问题，各种研究考虑了不同类型的资源分配从而实现不同的优化目标，但最终这些目标都是使得边缘计算网络实现更高的可靠性，更优秀的性能，更高质量的计算服务。通过边缘网络资源约束条件和优化目标构建整数规划模型实现对资源的优化分配，还有对边缘网络任务的负载均衡的研究。这类研究大多采用balls-into-bins理论，将边缘计算任务作为理论模型中的球，将边缘节点作为理论模型中的箱子，通过balls-into-bins理论实现边缘计算任务的负载均衡,在边缘任务分发时综合考虑多个因素，实现整个移动云计算网络的均衡负载。除了构建整数规划问题模型，将问题分解或者采用启发式算法求解之外，还有一种比较普遍的方法就是采用深度强化学习实现对边缘计算网络的资源最优分配和计算任务的负载均衡。

物联网已经作为基础设施出现在生产生活的方方面面，例如智慧城市、智慧校园、智能家居等，它提供了非常丰富的功能。通过和物联网设备进行交互来使用它提供的一些计算服务。一种面向边缘计算网络负载均衡的计算任务副本分发方法,考虑了边缘节点资源有限情况下资源的最优分配问题以及边缘计算网络的负载均衡问题。通过对边缘节点资源的充分利用，将子任务复制多个副本，分发给节点通信范围内的其它节点，采用最先响应的副本的结果，从而提高任务的计算效率。

发明内容

本发明的目的是解决传统的中心化的计算模式云服务中心的负载压力过大的问题，提出一种面向边缘计算网络负载均衡的计算任务副本分发方法。本发明考虑了基于传统的中心化的计算模式云服务面对大量计算任务时计算效率下降导致延时增大，用户等待时间过长的问题，解决了包括边缘节点资源有限情况下资源的最优分配问题以及边缘计算网络的负载均衡问题。通过对边缘节点资源的充分利用，将子任务复制多个副本，分发给节点通信范围内的其它节点，采用最先响应的副本的结果，从而提高任务的计算效率。最后采用模拟数据集和真实数据集对算法性能进行实验测试，实验结果表明，本发明所提出的物联网任务处理策略相比于传统的任务计算模式在效率上有显著的提高，同时和采用随机策略、贪心策略、按比例分配策略、FairEdge的副本分发相比也具有一定的优势。

本发明采用的技术方案是：

一种针对边缘网络应用环境的计算任务副本分发方法，主要包括如下关键步骤：

第1、边缘计算网络任务模型的构建：

第1.1、采用轮盘赌算法来选择负载子任务的边缘节点；

第1.2、采用复制策略降低子任务的响应时间；

第2、边缘节点资源最优分配策略的设计：

第2.1、分两种情况来讨论边缘节点对子任务副本数目的分配；

第2.2、采用牛顿法获得每个子任务最优的副本数；

第2.3、采用粒子群优化算法获得每个子任务最优的副本数；

第3、网络负载均衡的副本分发策略的设计：

第3.1、采用一种改进的balls-into-bins过程；