[發(fā)明專利]一種SDN-FOG環(huán)境下工廠微服務體系的故障應對方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202211005627.7
• 申請日: 2022-08-22
• 公開（公告）號: CN115396495A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設計）人: 范書豪;楊博;劉宇翔;袁亞洲;鄭忠斌;陳彩蓮;關新平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L67/51
• 分類號: H04L67/51;H04L43/0876;H04L43/0817;H04L41/0823;H04L41/0654
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發(fā)明公開了一種SDN?FOG環(huán)境下工廠微服務體系的故障應對方法，涉及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術領域。本發(fā)明開發(fā)了一種SDN?FOG環(huán)境下信息物理智能工廠微服務體系的故障應對方案。建立了符合實際工廠運營場景的系統(tǒng)模型，搭建了基于SDN?FOG環(huán)境的微服務體系的故障處理框架，并構建了一個能夠同時考慮網(wǎng)絡資源約束、工作流響應時間、負載、能量消耗和故障應對的整數(shù)規(guī)劃問題，以此為基礎設計了應用層的故障應對程序的邏輯，提出的兩個自適應相關的優(yōu)化問題可以使用Gurobi求解器得到最優(yōu)響應策略。對故障處理響應時間要求嚴格的場景，又設計了一個次優(yōu)的啟發(fā)式算法來簡化流程，解決所提優(yōu)化問題的可擴展性，得到的解決方案是一個自適應的方法，適用于實際工廠場景的網(wǎng)絡。

技術領域

本發(fā)明涉及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術領域，尤其涉及一種SDN-FOG環(huán)境下工廠微服務體系的故障應對方法。

背景技術

近年來，工業(yè)4.0被認為是新一代工業(yè)革命的重要推動力，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)已經(jīng)引起了廣泛關注，它可以滿足各種實際工廠應用場景，如遠程適配和配置、智能操作和維護、設備協(xié)同控制等。IIoT將物理實體與基于互聯(lián)網(wǎng)技術標準的計算能力連接起來，通過工業(yè)數(shù)據(jù)建模、管理和分析，以信息和數(shù)據(jù)技術推動生產(chǎn)。IIoT一般有嚴格的服務質(zhì)量(QoS)要求，比如非常短的響應時間要求、負載平衡問題、能耗問題和可靠性問題。考慮到云計算服務器通常遠離現(xiàn)場設備，存在的延遲可能會使足夠短響應時間的過程復雜化，為了支持具有嚴格響應時間要求的應用程序，霧計算范式正在興起。霧計算將計算資源部署到更接近最終用戶的地方，邊緣的霧計算可以在本地快速計算和分析數(shù)據(jù)，并將相關的按需處理數(shù)據(jù)流從事件地理位置傳傳輸?shù)胶诵钠脚_，提高整體網(wǎng)絡效率。為了提高對邊緣霧計算設備的管理效率，可以引入軟件定義網(wǎng)絡(SDN)技術，這是一種允許通過SDN控制器對網(wǎng)絡進行編程的范式，允許進行可編程的路由優(yōu)化，當有新設備添加到基礎設施中時，這種延遲優(yōu)化可擴展且靈活。此外，SDN架構還允許網(wǎng)絡控制器監(jiān)控網(wǎng)絡和計算設備，從基礎設施收集性能信息。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的霧基礎設施中使用多個協(xié)調(diào)的SDN控制器，可以提高整體基礎設施的QoS。當在工廠中部署了基于SDN的霧基礎設施后，可以通過利用IIoT將其轉換為信息物理智能工廠，工廠環(huán)境的數(shù)字化有助于實現(xiàn)新的自動化范式，實現(xiàn)更加靈活和安全的運轉。

在SDN-FOG環(huán)境下，工廠的運營可以由微服務體系結構來實現(xiàn)，這是一種很有前途的架構，它將單個軟件分解為一組松散耦合的容器化微服務，支持分布式部署，并將它們關聯(lián)到多個微服務鏈以服務于請求，這樣可以顯著縮短更改系統(tǒng)和將更改應用到生產(chǎn)環(huán)境中的時間，降低開發(fā)和維護成本，并提高了靈活性。目前，在SDN-FOG環(huán)境下與微服務開發(fā)、部署、擴展和維護相關的優(yōu)化問題主要有三大類：一是分散計算分布問題，主要研究在霧計算環(huán)境中，微服務使用哪個節(jié)點以及節(jié)點應該承載應用程序的哪個部分。該類問題一般以平均響應時間為優(yōu)化目標，假定網(wǎng)絡是一個提供特定延遲的靜態(tài)實體，SDN設備負責從基礎設施收集信息，然后通過路由優(yōu)化等技術來最小化網(wǎng)絡延遲，但該類問題一般都是在設計架構時考慮優(yōu)化，很少考慮故障情況下的微服務重新部署。二是最優(yōu)控制器放置問題，SDN交換機和控制器之間的時延會影響SDN架構中任意兩臺設備之間的時延，該類問題一般假定流量不會根據(jù)網(wǎng)絡實現(xiàn)的延遲而改變，研究控制器的布置與網(wǎng)絡拓撲和網(wǎng)絡中流量引導方式的關系，然后優(yōu)化控制延遲和數(shù)據(jù)傳輸延遲，但該類問題一般也是在設計架構時考慮優(yōu)化，很少考慮故障情況下的實時控制流。三是路徑優(yōu)化問題，一般將系統(tǒng)的響應時間視為要優(yōu)化的服務質(zhì)量指標，響應時間是執(zhí)行時間和傳輸延遲的組合。該類問題一般通過建立多目標優(yōu)化問題，聯(lián)合考慮服務執(zhí)行時間和傳輸延遲，為工作流安排最合適的路徑，但該類問題的場景都是在正常運行時考慮路由優(yōu)化，缺少對故障情況下的重路由的考慮。