[发明专利]基于演化博弈的边缘计算服务放置和请求分配方法及系统

说明书

本发明涉及移动边缘计算领域，为边缘计算服务放置和请求分配方法及系统，包括步骤：云计算中心收集用户设备和边缘服务器节点关于服务请求和计算资源状态的信息；云计算中心根据收集的信息构建联合优化请求平均时延和边缘服务器使用成本的演化博弈模型；云计算中心执行种群博弈的迭代算法对构建的博弈模型进行求解，得到演化均衡策略作为最佳服务放置和请求分配决策；云计算中心将最佳请求分配和服务放置决策下发给各个边缘服务器节点；边缘服务器节点执行最佳服务放置和请求分配决策配置并将配置记录返回云计算中心。本发明优化服务放置和用户请求分配决策，在保证用户体验质量与服务质量的同时降低边缘服务器节点使用成本。

技术领域

本发明涉及移动边缘计算领域，具体涉及边缘计算服务系统的服务放置和用户请求分配方法及系统。

背景技术

近年来，随着移动互联网的高速发展，移动用户设备的数量也不断激增，例如智能手机、平板电脑、智能家居设备、物联网设备、车载智能终端等。这些设备的应用场景也越来越丰富，产生了很多计算密集型的使用场景，如虚拟现实、增强现实、人脸识别、驾驶路径规划等。但移动用户设备因其便携性的特点，受到计算能力以及续航能力等问题的制约。而随着云计算技术的发展，利用云计算能力赋予移动设备更强大的算力以满足应用需求成为了新的突破口。但一般云计算集群距离移动用户设备较远，造成其通信时延较大。这样的集群很难保证移动用户的服务质量以及体验质量。

边缘计算这一新的计算模型的提出，就是为了解决上述问题。边缘计算将计算节点部署在接近移动用户设备的边缘侧，从而为移动用户设备提供算力，以解决设备计算资源有限且容易受到能耗影响的问题。通过将原本部署在云计算集群上的应用程序服务部署在移动边缘节点上，从而为移动用户设备提供低通信时延的边缘计算服务。

传统的边缘计算系统，出于成本与服务质量的考虑，大都是分层级、分区域设定边缘节点的位置与服务对象。服务提供者一般在小区、教学园区、办公楼这类人口密集区域部署一个边缘计算节点来为该区域用户提供边缘计算服务。这类边缘计算系统，边缘节点之间的计算资源并不能相互使用，容易造成计算资源的闲置与浪费。而且，这类边缘节点的计算性能配置，需要考虑当前区域的业务峰值来设定，以保障服务质量要求，造成边缘节点在业务非繁忙时段有大量的空置计算资源，造成巨大的能源和资源浪费。

移动边缘计算系统则将边缘节点分散地部署在靠近移动用户终端的网络位置。这些边缘节点连接终端的网络接入点，如移动用户终端所连接的蜂窝网络基站、无线热点等。这些边缘节点与传统移动边缘计算系统相比，不会配置太多计算资源。因为邻近边缘节点之间地理位置相邻，且使用高速网络线路连接。所以邻近边缘节点之间可以互相利用计算资源以放置服务。移动用户终端设备使用邻近的边缘节点并不会带来太大额外的延迟。然而，由于其分布式部署的特性，大量的边缘计算节点集群如果没有一个合理、高效的服务放置和用户请求分配策略，同样会造成大量计算资源和能源的浪费，也很难保证移动用户的服务质量以及体验质量。

而在移动边缘计算中，因为无线网络区域中的应用程序服务需求会随着时间不同而发生剧烈变化，这些服务实例应该放置在哪些边缘节点执行是一个关键问题。如果服务实例放置过多或放置不合理，则会造成浪费，如果服务实例放置过少或放置不均衡，则会无法满足移动用户设备的服务需求。所以服务放置应该尽可能的在保证用户服务需求的前提下，均衡地将服务实例放置在边缘节点集群，以减少边缘服务器节点集群的使用成本。同样地，因为无线网络区域中的移动用户设备会随着时间不同而发生剧烈变化，当移动用户设备发出服务请求后，请求该由放置在哪个边缘节点中的服务实例来处理也是一个关键问题。如果服务请求全部由网络区域中的一个边缘节点中的某个服务实例来处理，很容易会出现请求峰值时服务实例超出负荷而无法提供服务的情况。所以，用户请求分配应尽可能地将请求在保证用户的使用体验要求的前提下，均衡地分配到可提供服务的边缘节点中去，使得边缘节点集群资源使用均衡。然而，现有移动边缘计算中，尚未能实现边缘节点资源的分配和使用的均衡。