[發明專利]一種移動邊緣計算環境下面向工作流的容錯調度方法

有效

• 申請號: 201910851811.5
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110780974B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 李忠金
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發明公開了一種移動邊緣計算環境下面向工作流調度的容錯方法。本發明步驟：構建移動邊緣環境下容錯調度框架；建立故障模型；計算復制延遲執行機制和檢查點延遲執行機制所需的計算資源；當服務工作流任務到達時，首先將任務放在工作流隊列中并且按照先到先服務策略執行，容器調度器判斷工作流是否執行執行；選擇最佳的容錯策略，如果找不到任何調度方案來滿足任務的子完工時間，則拒絕執行整個工作流應用；6、如果步驟5沒有足夠虛擬機執行任務，則采用資源擴展策略新開虛擬機滿足資源要求；步驟7、當工作流完成時，則通過資源縮減策略提高資源利用率。本發明在滿足工作流的時間約束和存在VM故障情況下使得MEC的資源利用率最大化。

技術領域

本發明涉及移動邊緣計算領域，具體涉及一種移動邊緣計算環境下面向工作流調度的容錯方法。

背景技術

隨著通信、網絡和智能產品的發展，如手機、平板和筆記本等移動便攜式的用戶設備(User Equipment，UE)越來越受歡迎。新型移動應用如人臉識別、自然語言處理、增強現實等不斷涌出，引起了人們的廣泛關注。這些移動應用的執行需要較高的計算資源，并消耗較大的電力能源。然而移動設備由于物理尺寸的限制，通常只具有有限的計算能力和電量。因此，如何在資源受限的移動設備上高效地運行新型移動應用是當前移動網絡環境下的一個挑戰。

移動邊緣計算(Mobile Edge Computing，MEC)的出現為該問題的解決提供了新的平臺和機遇。MEC通過與內容提供商和應用開發商深度合作，在靠近移動用戶側就近提供內容存儲計算及分發服務，使應用、服務和內容部署在高度分布的環境中，以更好地滿足低延時的需要。所以在MEC環境中，執行計算和存儲的服務器都部署在網絡邊緣，MEC服務器通過網絡功能虛擬化(Network Functions Virtualization，NFV)技術產生多個虛擬機(Virtual Machines，VM)來并行執行不同的計算任務。用戶設備通過將移動應用的一部分任務卸載到虛擬機上執行，來提高移動應用的服務質量以及減少UE的能源消耗。一個移動應用一般包括多個任務，任務之間存在先序和數據依賴關系，這些任務可以建模成一個工作流。與并行任務相比，MEC環境下的工作流應用調度問題更具有復雜性和挑戰性，比如任務的執行順序以及執行位置都會對移動應用的完成時間和能耗產生重大影響。

可靠性需求是最重要的服務質量(Quality ofService，QoS)評價標準之一，在MEC下工作流調度應該滿足可靠性需求。隨著MEC的功能和系統復雜度增加，MEC在可靠性方面存在挑戰。這是因為通過NFV技術虛擬化的VM會以一定的概率發生故障，這種故障是一種可以在短時間內恢復的軟件故障。服務工作流應用如網頁加速、人臉識別和虛擬現實，不僅需要執行準確還要保證較低的時延。如果執行任務時發生了VM故障，則需要重新執行該任務，這不可避免推遲了任務的完成時間，影響了服務質量。容錯技術可以滿足系統的可靠性需求，然而不合理的容錯策略將會使用較多的資源，這不僅影響了服務質量而且會增加MEC服務器的負載。然而，現有的容錯方法只考慮主機故障忽略了VM故障

發明內容

本發明針對現有方法的不足，提出了一種移動邊緣計算環境下面向工作流的容錯調度算法。

本發明所提出一種移動邊緣計算環境下面向工作流的容錯調度方法，其實現過程中使用有故障模型、容錯機制和資源動態調整策略。

故障模型測量了虛擬機的可靠性，構建了任務的服務時間和虛擬機故障的到達率計算的關系。

容錯機制包括了兩種容錯機制：復制延遲執行機制和檢查點延遲執行機制。復制延遲執行機制是指通過復制方法產生多個任務副本然后并行執行任務副本。檢查點延遲執行機制是指將任務任意地分割成獨立的塊，每個塊成功執行后記錄執行狀態。與檢查點延遲執行容錯機制相比，復制延遲執行需要較多的計算資源較少執行時間。