[發(fā)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

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• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112910785B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)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

本發(fā)明涉及一種基于NDN的邊緣計算路由表建立與使用方法，屬于計算機網(wǎng)絡中的邊緣計算技術領域。所述方法依托的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡包含若干節(jié)點；其中，節(jié)點包括邊緣計算服務器、用戶、路由器以及中心服務器。該方法在路由器中設計了一個邊緣計算路由表，建立函數(shù)計算與多個可承載計算的邊緣計算服務器間的路由映射；針對分布式邊緣計算服務器，實現(xiàn)計算資源的主動通告；針對用戶計算請求，路由器查詢邊緣計算路由表，選擇最合適的邊緣計算服務器卸載計算任務。所述方法進一步優(yōu)化了計算資源發(fā)現(xiàn)機制，在路由器中建立邊緣計算路由表，實現(xiàn)用戶計算任務的最優(yōu)卸載，進一步降低數(shù)據(jù)獲取時延，實現(xiàn)高效、快速的邊緣計算服務。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于NDN的邊緣計算路由表建立與使用方法，屬于計算機網(wǎng)絡中的邊緣計算技術領域。

背景技術

邊緣計算，是在靠近用戶或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡邊緣側，采用融合網(wǎng)絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開發(fā)平臺，就近為用戶提供邊緣化智能服務，滿足數(shù)字行業(yè)在敏捷聯(lián)接、實時業(yè)務、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。由于靠近用戶，邊緣計算服務器可以直接提供服務從而保證較低的延遲；同時廣泛分布的邊緣服務器在一定程度上降低了云服務器能耗，讓應用程序可以更加高效、快速地運行。

目前邊緣計算的實現(xiàn)方式大多是依托邊緣計算服務器，用戶向邊緣計算服務器卸載計算任務時，需要首先確定相應計算資源所在的服務器位置，然后將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)椒掌鳎煞掌鬟\行相關函數(shù)計算并返回結果。目前邊緣計算在計算資源發(fā)現(xiàn)和計算任務卸載方面存在的不足之處如下：

(1)在計算資源發(fā)現(xiàn)方面，計算資源與邊緣計算服務器的映射關系由網(wǎng)絡管理，終端用戶僅解析查詢計算任務，確定與之對應的邊緣計算服務器地址并發(fā)送計算任務。路由器及用戶無法自主發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中可用的計算資源；

(2)在計算任務卸載方面，由于計算資源與邊緣計算服務器的對應關系被綁定，用戶根據(jù)計算任務向特定的服務器卸載計算任務，在此機制下，對應每次計算任務的目標服務器單一，用戶無法在多個邊緣計算服務器中選擇最合適的節(jié)點運行計算任務卸載。

上述不足的根源是目前邊緣計算采用基于TCP/IP的網(wǎng)絡架構，使用基于IP地址的尋址模式和端到端的數(shù)據(jù)推送方式，即以服務器為中心的通信模式。這種以終端為中心、位置為尋址的通信模式不能支撐以服務為中心的邊緣計算業(yè)務需求，無法實現(xiàn)計算資源檢索以及面向多服務器的計算任務規(guī)劃調度。

相比以服務器為中心的通信模式，命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(Named Data Networking，NDN)以數(shù)據(jù)內容為中心，設置內容名稱為尋址方式，并基于內容名稱建立路由表進行通信，解耦了數(shù)據(jù)內容與位置的關系。NDN轉發(fā)路由表的建立是通過內容生產者向網(wǎng)絡中路由器通告本節(jié)點持有數(shù)據(jù)內容的名稱，路由器根據(jù)數(shù)據(jù)內容名稱以及接收通告信息的接口，在轉發(fā)信息庫FIB(Forwarding Information Base)中建立內容名稱路由條目，為后續(xù)的數(shù)據(jù)內容請求提供轉發(fā)依據(jù)。FIB路由條目遵循內容名稱與轉發(fā)接口的“一對多”映射，若路由器從多個接口收到相同名稱的內容通告，表明有多個節(jié)點能夠提供該內容名稱的數(shù)據(jù)，則向該內容名稱所對應的路由條目中添加多個轉發(fā)接口，從而使NDN網(wǎng)絡具有多徑路由的功能。

NDN網(wǎng)絡的傳輸機制是通過用戶發(fā)送興趣包驅動內容生產者回復數(shù)據(jù)包的方式進行數(shù)據(jù)通信，且興趣包和數(shù)據(jù)包中都含有一個內容名稱來標識用戶需要獲取的數(shù)據(jù)內容。當路由器轉發(fā)來自用戶的興趣包時，首先查詢對應名稱的路由條目，并從該條目下的多個轉發(fā)接口中選擇最合適的接口轉發(fā)數(shù)據(jù)請求。NDN將興趣包流入的接口稱為“下游接口”，興趣包流出的接口稱為“上游接口”，NDN節(jié)點的待定興趣表PIT(Pending Interest Table)記錄當前節(jié)點轉發(fā)的興趣包的內容名稱及其對應的“下游接口”，保證接收數(shù)據(jù)包能按原路返回到用戶；

這種由生產者發(fā)布內容名稱，路由器建立路由表包含指向多個內容源的多條轉發(fā)路由的方式可以用于邊緣計算的計算資源發(fā)現(xiàn)和計算任務卸載。能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡中計算資源主動發(fā)現(xiàn)以及計算任務最優(yōu)卸載。