[發明專利]一種海上邊緣計算低開銷云邊智能協同盟員發現方法

有效

• 申請號: 202011075338.5
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112235385B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 樂光學;戴亞盛;陳麗萍;馬柏林
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: H04L67/10
• 分類號: H04L67/10;H04L67/51
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 童世鋒

1.一種海上邊緣計算低開銷云邊智能協同盟員發現方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)假設海上邊緣計算網絡規模為n，in，jn，邊緣節點連接矩陣N＝{a_ij}，a_ij∈{0，1}，若節點j是節點i的協同服務推薦節點，則a_ij＝1，否則a_ij＝0；邊緣計算服務關系矩陣B＝{b_ij}，b_ij∈{0，1}，若節點i可向節點j請求邊緣計算服務，則b_ij＝1，否則b_ij＝0；節點信任關系矩陣T＝{t_ij^(s)}，t_ij^(s)∈{0，1}，s為當前觀察周期數；邊緣計算服務節點綜合性能評價關系矩陣G＝{g_ij}，g_ij∈{0，1}；

假設觀察周期為T，節點i在第s觀察周期對節點j的信任度t_ij^(s)滿足下述公式(1)：

其中f_ij,succ^(s)表示第s觀察周期節點i與節點j的成功交互次數，f_ij,fail^(s)表示第s觀察周期節點i與節點j的失敗交互次數；ε^(s)為第s周期的不誠信行為懲罰因子；f_j,succ^(s)表示第s周期節點j在局域網內的成功交互次數，f_j,fail^(s)表示第s周期節點j在局域網內的失敗交互次數；α表示網絡節點在觀察周期時間內的基準有效交互次數；f_j為節點j在周期時間內的平均交互次數；τ_j表示節點j在觀察周期時間內的平均在線時長；lev_j表示節點j在觀察周期時間內的平均離線次數；Jac(i，j)是節點i與節點j的jaccard系數，表征兩個節點的協同服務節點集的重合度，重合度越高則其推薦更具意義；Rtt(i，j)表示節點i與節點j網絡延遲；表示周期衰減常數因子，u∈(0，1)；

構建節點i對節點j服務能力綜合評價g_ij如下公式(2)：

其中h_j、w_j和m_j分別表示邊緣計算服務節點j可對外提供共享的計算能力、帶寬和內存大小；

2)根據自主融合和就近服務原則，利用邊緣網絡感知協同服務節點計算能力、存儲空間、網絡性能特征，以協同節點服務質量綜合評價為依據，基于信任模型過濾評價結果，推薦可信協同服務節點，基于分布式索引構建協同服務特征信息庫；當有協同服務任務調度需求時，快速索引抽取可信服務節點，構建可信協同服務集；

3)根據邊緣計算服務節點的服務能力、鄰居節點的服務質量評價和信任關系，構建計算協同服務節點的優先級，根據節點服務性能優先級評價分級進入優、良、中和一般四級隊列；

4)當節點請求邊緣計算協同服務時，將從四級隊列中選擇適宜的邊緣計算服務節點發起任務協同計算遷移請求；以自適應協同盟員發現算法訪問優和一般隊列，以重載規避協同盟員發現算法訪問良隊列，優先級重載規避協同盟員發現算法搜索中隊列，實現低開銷的可信可靠、服務均衡、快速高效發現協同盟員；

5)當協同服務節點響應計算任務遷移請求后，同時將計算任務、執行規則和其相關依賴資源遷移至協同服務節點，實現快速耦合、映射和高效協同，返回執行結果；

6)協同服務完成后，節點根據其協同服務質量做出綜合評價，更新協同服務特征信息庫，按規則向其鄰居節點周期公布；

所述步驟2)，具體包括如下步驟：

2-1)采用信任過濾機制獲取協同節點推薦信息，設第s觀察周期獲取服務節點k的評價r_ik＝{r_1k，r_2k，…，r_nk}，節點j向節點i推薦節點k的協同服務評價r_ik如下公式(3)所示；

r_ik＝t_ijt_jk (3)

根據均方差過濾計算節點評分得推薦信任度R_ik如下公式(4)所示；

其中為推薦異常閾值；

2-2)融合節點i與服務節點k在觀察期內已進行評價，計算節點i對服務節點k的綜合評價如下公式(5)所示：

u_ik＝β^mR_ik+(1-β^m)t_ik (5)

其中，β為評價稀疏性系數，β∈(0，1)，m為節點i對服務節點k的評價次數；若節點i對服務節點k已有足夠的評價次數，即(1-1/β^m)0.1時，忽略鄰居節點對服務節點k的推薦評價；

所述步驟3)，具體包括如下步驟：

3-1)計算節點i對節點j的服務優先級評價η_j如下公式(6)所示；

其中，Q_j為邊緣計算服務節點k的負載評價函數，p_j為內存占用率，ρ_j為計算能力，d_j為帶寬占用率，p、ρ、d分別為內存負載閾值、計算負載閾值、帶寬負載閾值；

3-2)根據節點服務性能優先級評價η_j，以四分位法分級進入優、良、中和一般的四級隊列，入隊規則如下公式(7)所示：

四分位法分級進入優、良、中和一般的四級隊列具體包括如下步驟：

3-2-1)設在第s觀察周期節點i對節點j服務性能優先級評價η_j＝{η₁，η₂，…，η_n}，b_ij≠0；對優先級評價η_j進行修正，剔除無效或冗余的η_j＝0的元素；

3-2-2)根據公式(7)設置四分位點；

3-2-3)節點i通過信任度加權平均獲取服務節點k的推薦評價u_k,i，若節點i、k已進行過協同服務且節點i對節點k的協同服務質量進行了評價；

所述步驟4)，具體包括如下步驟：

4-1)設計自適應輕量級協同盟員發現算法掃描優和一般隊列，通過對隊列節點按2的指數次冪分段選擇，以保證訪問稀疏性，選取協同服務節點時，捎帶其前驅和后繼節點，實現局部均衡性，若節點均被占用，則重新選擇.選取協同服務節點隊列指針函數D如下公式(8)所示：

其中，n為放大因子，l為隊列長度；MCECS-MEC自適應協同盟員發現適配模型如下公式(9)所示：

自適應輕量級協同盟員發現算法，具體包括如下步驟：

4-1-1)對于非空服務隊列，設k＝0，當kk_max，轉4-1-2)；

4-1-2)根據公式(7)依次生成映射值f_i＝j；若節點P_ij C_ij＝0，則執行調度，否則，根據公式(7)重新生成；對應節點調度次數Req_ij++，若Req_ij≥M，則C_ij＝1；

4-1-3)節點發起協同服務請求，若接收協同服務請求轉步驟4-1-4)，P_ij＝1；否則k++，轉步驟4-1-1)，若k≥k_max，結束；

4-1-4)執行協同服務；當節點完成協同服務后，標記其服務狀態為空閑，P_ij＝0，并對此次協同做出評價；

4-1-5)更新節點狀態信息表和協同特性信息表；

4-1-6)判斷測試周期是否結束，若為否，則轉步驟4-1-1)；若為是，則重置Req_ij＝0，C_ij＝0結束；

4-2)構建MCECS-MEC重載規避協同盟員發現算法和基于優先級MCECS-MEC重載規避協同盟員發現算法掃描良和中隊列，選取協同服務節點隊列指針函數D如下公式(10)所示：

其中，Head(L)為返回隊列L的頭節點指針函數；重載規避協同盟員發現算法適配模型為下述公式(11)所示：

設協同次數最大值為M，重載規避協同盟員發現算法與基于優先級重載規避協同盟員發現算法，具體包括如下步驟：

4-2-1)將非空隊列L按優先級降序排序，令指針f＝Head；

4-2-2)若f映射的節點j被占用，則隊列滿載，結束；否則發起協同請求；

4-2-3)按公式(10)順序掃描隊列，若存在滿足適配模型(11)要求的f_i映射的節點j，則*Head＝f_i；

4-2-4)執行協同服務；

當節點完成協同服務后，標記其服務狀態為空閑，P_ij＝0，并對此次協同做出評價；若當前隊列執行優先級順序，且η_Headη_j，則*Head＝f，結束；

4-2-5)更新節點狀態信息表和協同特性信息表；

判斷測試周期是否結束，若為否，則轉步驟4-2-1)；若為是，則重置Req_ij＝0，C_ij＝0結束。