[發明專利]一種基于NDN的邊緣計算路由表建立與使用方法

有效

• 申請號: 202110051493.1
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112910785B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 刁文瀾;安建平;李彤;張宇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04L12/751
• 分類號: H04L12/751;H04L12/741;H04L29/08
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

1.一種基于NDN的邊緣計算路由表建立與使用方法，其特征在于：所述方法依托的命名數據網絡包含若干節點；其中，節點包括邊緣計算服務器、用戶、路由器以及中心服務器；

所述邊緣計算路由表建立與使用方法，包括：1)設置中心服務器并通告全網；2)各路由器建立本地鏈路狀態數據庫并告知中心服務器；3)中心服務器建立全網拓撲結構圖并分發給所有路由器；4)每個路由器建立一個邊緣計算路由表；5)邊緣計算服務器廣播計算通告興趣包聲明本服務器能夠運行函數計算的名稱和計算代價；6)路由器計算向邊緣計算服務器卸載計算任務的轉發代價并向邊緣計算路由表中添加條目；7)用戶發送計算任務興趣包、路由器接收并查詢邊緣計算路由表以及選擇最優服務器卸載計算任務；8)邊緣計算服務器獲取運行函數計算所需的參數文件；9)邊緣計算服務器運行函數計算并將計算結果數據包回傳給用戶，具體包括以下步驟：

步驟1、設置中心服務器并通告全網，具體包括如下子步驟：

步驟1.1在網絡中心區域選定中心服務器；

步驟1.2中心服務器向全網廣播認證興趣包，所有收到認證興趣包的節點在其FIB表中添加一條關于中心服務器的路由條目，該路由條目的轉發接口為收到認證興趣包的接口；

步驟2、各路由器建立本地鏈路狀態數據庫并告知中心服務器；

步驟2，具體包括如下子步驟：

步驟2.1網絡中每兩個相鄰路由器互相向對方發送一次問候興趣包；

其中，所述問候興趣包中的內容是“本路由器的名稱以及向本路由器發送數據的路由代價”；

所述步驟2.1用來確定網絡中相鄰路由器的名稱及鏈路狀態；

步驟2.2各路由器根據收到的所有問候興趣包，記錄本路由器的所有相鄰路由器的名稱以及對應鏈路的路由代價，形成本路由器的鏈路狀態數據庫；

步驟2.3網絡中除中心服務器以外的所有路由器向中心服務器發送定位興趣包；

其中，定位興趣包的內容是“本路由器名稱、本路由器的所有相鄰路由器名稱以及對應鏈路的路由代價”即本地路由器的鏈路狀態數據庫的所有信息；

步驟3、中心服務器建立全網拓撲結構圖并分發給所有路由器，具體包括如下子步驟：

步驟3.1中心服務器匯總收到的所有定位興趣包，建立全網拓撲結構圖；

其中，全網拓撲結構圖的內容包括“本網絡中所有路由器的名稱及路由器之間的連接關系和對應鏈路的路由代價”；

步驟3.2中心服務器以“全網拓撲結構圖”為內容封裝拓撲數據包，并向所有路由器廣播發送封裝好的拓撲數據包；

步驟3.3各路由器收到拓撲數據包后，獲取全網拓撲結構圖并保存；

步驟4、每個路由器建立一個邊緣計算路由表；

其中，“邊緣計算路由表”，包括“函數名稱、能運行該函數的邊緣計算服務器名稱、到達該邊緣計算服務器的本地轉發接口和相應轉發代價”；

步驟5、邊緣計算服務器廣播計算通告興趣包聲明本服務器能夠運行函數計算的名稱和計算代價，具體為：邊緣計算服務器針對本服務器可運行的每項函數計算，向網絡中所有的路由器廣播發送一個或多個“計算通告興趣包”，即：若邊緣計算服務器能夠運行多項函數計算，則該服務器發送多個“計算通告興趣包”，否則邊緣計算服務器只能運行一項函數計算，則該服務器發送一個“計算通告興趣包”；

其中，“計算通告興趣包”的內容包括“本邊緣計算服務器的名稱、本邊緣計算服務器能運行計算的函數名稱以及運行該函數的計算代價C_c”；

其中，C_c取值范圍為1～1000；

步驟6、路由器計算向邊緣計算服務器卸載計算任務的轉發代價并向邊緣計算路由表中添加條目，具體包括如下子步驟：

步驟6.1路由器從計算通告興趣包中獲取函數名稱及對應的邊緣計算服務器名稱，結合本路由器中存儲的全網拓撲結構圖，確定本路由器和邊緣計算服務器的位置，計算從本路由器出發，轉發函數請求到達邊緣計算服務器的轉發接口及對應轉發代價；

其中，轉發代價通過計算路由代價C_r以及C_f＝C_r+C_c實現；

C_f代表轉發代價，其取值范圍為0～2000，C_r代表將函數請求從本地路由器轉發到邊緣計算服務器的路由代價，其取值范圍為0～1000；

其中，計算路由代價C_r，根據全網拓撲結構圖中節點連接情況和鏈路路由代價，使用Dijkstra最優路徑算法計算得到；

所述C_c指的是計算通告興趣包中聲明的邊緣計算服務器運行該函數的計算代價；

步驟6.2路由器向本地的邊緣計算路由表中添加關于步驟6.1獲取的“函數名稱”對應的函數和邊緣計算服務器的路由條目；

其中，新增路由條目中“函數名稱”即為計算通告興趣包中聲明的函數名稱；“邊緣計算服務器名稱”即計算通告興趣包中聲明的邊緣計算服務器名稱；“本地轉發接口”即Dijkstra算法計算得到的轉發路徑在本路由器的轉發接口；“轉發代價”即步驟6.1中計算得到的轉發代價C_f；

特別注意的是，若路由器收到具有相同函數名稱但邊緣計算服務器名稱不同的多個計算通告興趣包，則需向該函數名稱代表的路由條目中添加多個邊緣計算服務器名稱，并計算相應的轉發代價，添加轉發接口；

步驟7、用戶發送計算任務興趣包、路由器接收并查詢邊緣計算路由表以及選擇最優服務器卸載計算任務，具體包括如下子步驟：

步驟7.1用戶發送計算任務興趣包，具體為：用戶向路由器發送計算任務興趣包，請求將計算任務卸載至邊緣計算服務器，并在用戶PIT表中記錄計算任務興趣包的相關條目；

其中，“計算任務興趣包”的內容包括“請求運行計算的函數名稱，參數文件，參數文件名稱及所在節點，隨機數”；用戶PIT表條目中記錄的內容是“計算任務興趣包中函數名稱、隨機數，以及接收計算任務興趣包的下游接口”；

所述“參數文件名稱及所在節點”包括參數文件的名稱以及持有參數文件的節點名稱，若用戶直接將運行函數計算所需的參數寫入計算任務興趣包的“參數文件”中，則“參數文件名稱及所在節點”內容為空；否則“參數文件”內容為空，用戶需要在計算任務興趣包中聲明“參數文件名稱及所在節點”；“隨機數”用于區分來自不同用戶發起的請求；

步驟7.2路由器接收并查詢邊緣計算路由表，具體為：路由器收到計算任務興趣包，根據其中的函數名稱查詢邊緣計算路由表，若不存在名稱匹配的路由條目，則丟棄計算任務興趣包，數據通信過程結束；若存在名稱匹配的路由條目，則執行步驟7.3；

步驟7.3選擇最優服務器卸載計算任務，具體包括如下子步驟：

步驟7.3A路由器查詢相應路由條目中記錄的所有邊緣計算服務器，選擇相應轉發接口的輸出隊列未滿載，鏈路連接正常且轉發代價最小的邊緣計算服務器作為轉發目標，將“目標邊緣計算服務器”的名稱寫入計算任務興趣包，然后將計算任務興趣包從相應轉發接口轉發，在路由器PIT表中記錄計算任務興趣包的相關條目；

其中，路由器PIT表中計算任務興趣包條目的內容是“計算任務興趣包中函數名稱、隨機數，以及接收計算任務興趣包的下游接口”；

步驟7.3B下一路由器收到計算任務興趣包，獲知其中的“函數名稱、目標邊緣計算服務器”，在邊緣計算路由表中查詢與該兩項信息均匹配的路由條目，若不存在與該兩項信息均匹配的路由條目，則丟棄計算任務興趣包，數據通信過程結束；否則，路由器將計算任務興趣包從匹配路由條目對應的轉發接口轉發出去，在路由器PIT表中記錄計算任務興趣包相關條目；經過多個路由器的轉發，計算任務興趣包最終到達邊緣計算服務器；

步驟8、邊緣計算服務器獲取運行函數計算所需的參數文件，具體包括如下子步驟：

步驟8.1邊緣計算服務器查看計算任務興趣包，若其中“參數文件名稱及所在節點”為空，則邊緣計算服務器直接從計算任務興趣包中獲取“參數文件”，跳至步驟9；否則繼續執行步驟8.2；

步驟8.2邊緣計算服務器查看“參數文件名稱及所在節點”，向參數文件所在的節點發送“參數請求興趣包”、目標節點接收參數請求興趣包，將相應的參數文件封裝為“參數內容數據包”并回復給邊緣計算服務器、邊緣計算服務器從“參數內容數據包”中獲取參數文件；

其中，參數請求興趣包的內容包括“參數文件所在節點名稱”以及“請求獲取的參數文件名稱”；所述“參數內容數據包”與“參數請求興趣包”的名稱相同，轉發路徑相反；

步驟9、邊緣計算服務器運行函數計算并將計算結果數據包回傳給用戶，具體包括如下子步驟：

步驟9.1邊緣計算服務器查看計算任務興趣包，根據函數名稱查詢找到對應函數源碼，針對步驟8中獲取的參數文件，運行用戶請求的函數計算，得到函數計算結果；

步驟9.2邊緣計算服務器將函數計算結果寫入計算結果數據包，計算結果數據包將按照計算任務興趣包轉發的反向路徑回傳到用戶；

其中，計算結果數據包的內容包括“計算任務興趣包中的函數名稱、隨機數以及函數運算的數據結果”。