[發(fā)明專(zhuān)利]一種異構(gòu)邊緣環(huán)境中的負(fù)載平衡感知數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011278212.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112565345A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭得科;陳錚;陳寶超;陳勝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04L29/08
• 分類(lèi)號(hào): H04L29/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 韓帥

本發(fā)明公開(kāi)了一種異構(gòu)邊緣環(huán)境中的負(fù)載平衡感知數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，步驟1：將系統(tǒng)中的各個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)和進(jìn)入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)坐標(biāo)化，并映射到SDN的虛擬空間中；步驟2：度量系統(tǒng)中的邊緣節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)性，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和節(jié)點(diǎn)帶寬計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重；步驟3：根據(jù)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，利用加權(quán)voronoi圖的結(jié)構(gòu)劃分整個(gè)命名空間，平衡負(fù)載；步驟4：進(jìn)入邊緣側(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)根據(jù)自身的坐標(biāo)和節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)以及節(jié)點(diǎn)的權(quán)重計(jì)算加權(quán)距離進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索；本發(fā)明將SDN與邊緣網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相結(jié)合，運(yùn)用加權(quán)voronoi圖結(jié)構(gòu)分割存儲(chǔ)命名空間，達(dá)到邊緣節(jié)點(diǎn)間的負(fù)載均衡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及SDN、分布式存儲(chǔ)負(fù)載均衡以及邊緣計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種異構(gòu)邊緣環(huán)境中的負(fù)載平衡感知數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)。

背景技術(shù)

為了支持計(jì)算密集型和延遲敏感型的應(yīng)用程序，將計(jì)算和存儲(chǔ)資源卸載到網(wǎng)絡(luò)邊緣已經(jīng)成為了一種流行趨勢(shì)。我們將這種把存儲(chǔ)能力和計(jì)算能力從遠(yuǎn)程云轉(zhuǎn)移到接近移動(dòng)設(shè)備、傳感器和終端用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)邊緣的技術(shù)稱(chēng)為邊緣計(jì)算。邊緣計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)可以顯著降低網(wǎng)絡(luò)延遲和通信量，有效應(yīng)對(duì)5G愿景的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

邊緣計(jì)算的職責(zé)主要用來(lái)承載來(lái)自云端下行以及終端上行的數(shù)據(jù)在edge側(cè)進(jìn)行很好的組織，并且后續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)分析處理。這就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，來(lái)自終端上行以及云端下行的數(shù)據(jù)在edge到底怎么組織，怎么存的下以及怎樣檢索。這是后續(xù)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)。針對(duì)這個(gè)需求，目前已經(jīng)有一些工作提出了結(jié)構(gòu)化，非結(jié)構(gòu)化以及混合結(jié)構(gòu)化的三種不同架構(gòu)。也提出了一些設(shè)計(jì)來(lái)解決在edge側(cè)如何構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及檢索這樣一個(gè)服務(wù)。但是這些工作中都是針對(duì)同構(gòu)的edge環(huán)境來(lái)做的，沒(méi)有考慮這些數(shù)據(jù)在edge側(cè)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)的時(shí)候一個(gè)重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則-負(fù)載均衡。

以往的工作認(rèn)為在邊緣網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力都是相同的。但是實(shí)際上，在邊緣網(wǎng)絡(luò)中，這些由一個(gè)或多個(gè)邊緣服務(wù)器組成的邊緣節(jié)點(diǎn)，具有不同的存儲(chǔ)和計(jì)算能力。如果按照節(jié)點(diǎn)能力相同的設(shè)定來(lái)分配負(fù)載，那么將導(dǎo)致邊緣環(huán)境的負(fù)載不均衡，從而導(dǎo)致邊緣環(huán)境的服務(wù)無(wú)法達(dá)到要求。并且不同于傳統(tǒng)的云數(shù)據(jù)中心，邊緣節(jié)點(diǎn)通常在地理上分布不均，這種節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)性會(huì)使負(fù)載的分配變得更加困難。

針對(duì)這些問(wèn)題，本發(fā)明提出了一個(gè)在異構(gòu)邊緣環(huán)境種的負(fù)載平衡感知的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)邊緣網(wǎng)絡(luò)環(huán)境需要承載大量的云端下行數(shù)據(jù)和終端上行數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種邊緣環(huán)境的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組織方法，使得邊緣環(huán)境的負(fù)載可以在邊緣節(jié)點(diǎn)間按節(jié)點(diǎn)能力進(jìn)行均勻的分配，本發(fā)明將SDN與邊緣網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相結(jié)合，運(yùn)用加權(quán)voronoi圖結(jié)構(gòu)分割存儲(chǔ)命名空間，達(dá)到邊緣節(jié)點(diǎn)間的負(fù)載均衡。

本發(fā)明提出一種異構(gòu)邊緣環(huán)境中的負(fù)載平衡感知數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由控制層，轉(zhuǎn)發(fā)層，邊緣層和用戶(hù)層組成；其中：

--所述用戶(hù)層包括移動(dòng)用戶(hù)和各種邊緣設(shè)備；

--所述邊緣層在SDEN網(wǎng)絡(luò)中，用戶(hù)通過(guò)無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)(AP)訪問(wèn)SDEN網(wǎng)絡(luò)，所述

無(wú)線訪問(wèn)點(diǎn)AP通過(guò)邊緣層中服務(wù)器連接到轉(zhuǎn)發(fā)層的交換機(jī)；

--所述控制層通過(guò)SDN虛擬空間對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)層輸出的邊緣節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行數(shù)據(jù)坐標(biāo)化處理并映射到在SDN虛擬空間中實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)負(fù)載均衡；對(duì)映射在SDN虛擬空間邊緣節(jié)點(diǎn)通過(guò)加權(quán)處理構(gòu)建具有voronoi圖結(jié)構(gòu)分割存儲(chǔ)命名空間。

本發(fā)明還可以采用如下方法予以實(shí)施：

步驟1：對(duì)在邊緣層節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)化處理，并映射到SDN的虛擬空間中；

步驟2：對(duì)映射到SDN的邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行異構(gòu)性處理獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)權(quán)重分布；

步驟3：采用加權(quán)voronoi圖的結(jié)構(gòu)對(duì)分布SDN的虛擬空間的每個(gè)節(jié)點(diǎn)權(quán)重進(jìn)行命名空間劃分獲得加權(quán)的SDN的虛擬空間；

其中：加權(quán)voronoi圖的定義為