[发明专利]面向边缘计算环境的基于博弈理论的微服务请求分发方法

说明书

本发明涉及一种面向边缘计算环境的基于博弈理论的微服务请求分发方法，包括以下步骤：将边缘服务器从时延最小化的角度进行的微服务请求分发决策问题转换为优化问题；将边缘协作空间内边缘服务器之间微服务请求分发决策问题抽象为一个非合作博弈模型；各个边缘服务器作为博弈参与者采用同步轮转的方式，不断更新自己的策略，经过多个轮次的迭代最终实现纳什均衡状态，即没有任何一个边缘服务器可以在该状态通过更新自己的微服务请求分发策略来进一步的提高自己的效益；根据最终得到的纳什均衡解，制定每个边缘服务器的微服务请求分发决策。

技术领域

本发明属于边缘计算技术领域，涉及博弈理论、排队理论和微服务架构技术，特别是网络边缘侧用户应用请求的任务分发与优化领域。

背景技术

传统的单体服务(Monolithic Service)受到架构的限制，在持续性、敏捷性、灵活性和可扩展性等方面，已经难以满足现代化软件服务的发展需求。在此背景下，微服务架构(Microservice Architecture)应运而生。微服务架构将复杂的软件服务拆分成细粒度的微服务，并对这些微服务采用分布式的方式进行开发、部署、管理和更新。相较于传统的单体服务，微服务架构具有高可扩展性、松散耦合、高弹性、易于部署和访问、敏捷开发等诸多优点。

边缘计算(Edge Computing)模式的提出，为微服务注入了新的活力，更进一步推动了微服务的发展与应用。边缘计算在网络的边缘增加了具有计算、存储、转发等功能的边缘设备，并以边缘设备为服务载体为用户提供服务，从而将服务从云服务中心迁移到距离用户更近的网络边缘。微服务小而自治的特点，使其正适合于独立部署在边缘设备上。如此一来，用户可以直接访问边缘设备上的微服务，而无需经过核心网与云服务中心进行交互，因此，与传统的云计算模式相比，极大地缩减了服务数据在核心网上传输所需的时间与能耗开销，提升了用户的服务体验质量；同时，还可以降低核心网的数据传输量，缓解核心网的数据传输压力；此外，由于服务数据直接在边缘设备上处理，故而降低了数据被窃听和篡改的风险，保护了用户的数据安全和隐私。

边缘计算环境中，网络边缘设备称为边缘服务器，如基站、增强型路由器等。边缘服务器可以为其覆盖范围内的用户提供微服务。然而，由于物理资源的限制，边缘服务器通常只能部署有限数量的微服务实例，处理有限种类的微服务请求，因此，不足以覆盖用户复杂多样的服务需求。当边缘服务器无法满足用户的微服务请求时，需要将服务请求转发给临近的可以满足该服务请求的边缘服务器，即边缘服务器之间组成一个协作空间，并在集群管理技术下，相互协作，资源共享。除此之外，一个基于微服务架构的应用程序是由几个逻辑上相关但功能上独立的微服务构建而成，一个微服务不会仅仅单独完成一个简单的任务，而是会按照一定的调用顺序，组成一个服务调用链，来共同完成更加复杂的应用请求。边缘协作空间内，在基于容器技术的帮助下，一个特定应用程序所包含的一组微服务实例可以很容易的部署在边缘服务器以及云服务器上，并且由于边缘服务器和云服务器具有不同的计算、存储和通信能力，微服务实例可以具有各种各样的部署方案(部署位置及个数)。对于一个微服务请求，可能会有多个边缘服务器或者云服务器提供所需的服务，因此，在已知微服务部署方案的前提下，如何为一个微服务调用链中不同微服务请求做出合理的分发决策以降低应用请求的响应时间成为亟待解决的关键问题。本发明将研究合理的微服务请求分发策略，达到最优化服务质量，即最小化应用响应时间的目的。

边缘计算环境中的微服务请求分发问题可以抽象为决策优化问题。在集中式的优化模型中，通常假定边缘计算系统中存在一个中心控制节点，该节点可以实时获取边缘计算系统中所有边缘服务器的实时服务执行状态、服务请求的到达速率以及边缘服务器之间的网络信息，从而基于这些信息制定微服务请求的分发决策。然而，这种模型对系统状态信息更新的实时性要求过高，在大规模的动态系统中，很难达到此要求；频繁的信息交互容易产生高昂的网络传输开销；此外，该模型过分依赖中心控制节点，单点故障瓶颈凸显，即中心控制节点一旦出现故障，会导致整个边缘计算系统的崩溃，因此，模型还存在易出错、难扩展、鲁棒性低等缺点。

发明内容