一种边缘环境下面向交互的服务实体放置方法技术

本发明专利技术公开了一种边缘环境下面向交互的服务实体放置方法及设备，能够实现边缘环境下面向交互的服务实体的高效放置，方法包括：建立系统模型，包括时延模型、放置代价模型、服务实体关联模型；根据上述模型为面向交互的服务实体放置问题建立目标函数，将其描述为优化问题；采用贪心的启发式算法解决上述优化问题，得到服务实体的放置方案。

【技术实现步骤摘要】
一种边缘环境下面向交互的服务实体放置方法
本专利技术涉及边缘计算领域，具体是一种边缘环境下面向交互的服务实体放置方法及设备。
技术介绍
分布式交互应用(DistributedInteractiveApplications，DIAs)，例如多人在线游戏、虚拟或增强现实应用，允许多个地域上离散分布的多个用户交互通信，进而达到协同或竞争效果。一个DIA通常包括两个组件，服务实体和客户端。服务实体保存DIA的元信息(例如，用户账户信息、用户当前状态、应用状态)，而客户端则负责向服务实体发出用户指令或者接受来自服务实体的指令和更新。一个服务实体通常能够同时服务多个用户。服务实体可放置在边缘服务器。客户端则可以是用户的智能手机、平板电脑或笔记本电脑等。一个DIA中的交互包含以下三个阶段：首先，用户A的客户端向A的服务实体发出一个指定，其次，用户A的服务实体经过必要的计算后，向用户B的服务实体发出对应的指令，最后，用户B的服务实体经过必要的计算后，向用户B的客户端发出对应的信息。DIA关注的是用户与用户的交互，因此优化交互时延十分重要。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种边缘环境下面向交互的服务实体放置方法及设备，能够实现边缘环境下面向交互的服务实体的高效放置。技术方案：根据本专利技术的第一方面，提供一种边缘环境下面向交互的服务实体放置方法，包括如下步骤：S1、建立系统模型，包括时延模型、放置代价模型、服务实体关联模型。S2、根据上述模型为面向交互的服务实体放置问题建立目标函数，将其描述为优化问题。S3、采用贪心的启发式算法解决上述优化问题，得到服务实体的放置方案。根据本专利技术的第二方面，提供一种计算机设备，所述设备包括：一个或多个处理器、存储器、以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的步骤。有益效果：本专利技术面向边缘计算环境中的分布式交互应用提供了一种以最小化加权用户交互时延为目标的服务实体放置方法，通过构建边缘计算环境下的时延模型、放置代价模型、服务实体关联模型，结合放置代价约束和交互频率约束，将服务实体放置问题转化为最优化问题，通过设计基于贪心的启发式算法，得到面向交互的服务实体放置方案。附图说明图1是边缘环境下面向交互的服务实体放置方法的流程图图2是一个具体的算法运行示例具体实施方式下面结合实例对本专利技术做进一步的详细说明，本实例对本专利技术不构成限定。分布式交互应用允许多个地域上离散分布的多个用户交互通信，进而达到协同或竞争效果。一个DIA通常包括两个组件，服务实体和客户端。服务实体保存DIA的元信息(例如，用户账户信息、用户当前状态、应用状态)，而客户端则负责向服务实体发出用户指令或者接受来自服务实体的指令和更新。一个服务实体通常能够同时服务多个用户。服务实体可放置在边缘服务器。客户端则可以是用户的智能手机、平板电脑或笔记本电脑等。一个DIA中的交互包含以下三个阶段：首先，用户A的客户端向A的服务实体发出一个指定，其次，用户A的服务实体经过必要的计算后，向用户B的服务实体发出对应的指令，最后，用户B的服务实体经过必要的计算后，向用户B的客户端发出对应的信息。DIA关注的是用户与用户的交互，因此优化交互时延十分重要。参照图1，本专利技术提出一种边缘环境下面向交互的服务实体放置方法，包括以下步骤：步骤S1、建立系统模型，包括时延模型、放置代价模型、服务实体关联模型。边缘计算环境的网络模型中包括n个边缘服务器和m个用户，其中边缘服务器集合S＝{s1，s2，...，sn}，用户集合U＝{u1，u2，...，um}这些服务器和用户通过访问接入点、基站、城域网路由器等网络设备连接。本专利技术用d(，)表示两个用户或服务器之间的时延，例如d(u4，s3)表示用户u4和服务器s3之间的时延。特别地，本专利技术用d(u4，C)表示用户u4和云数据中心C的时延。在边缘服务器si上放置一个服务实体的代价为wi，同时，在任意一个边缘服务器上放置一个服务实体需要消耗边缘服务器一定数量的物理资源，记为b。每个服务实体可最多同时服务K个用户，K也可看作服务实体的服务能力。当没有合适服务实体或服务实体的服务能力不足以为所有用户提供服务时，可用云数据中心C来为用户服务。由于云数据中心物理资源较为充裕，本专利技术假设云数据中心可同时服务任意多的用户。当边缘计算环境中放置了不止一个的服务实体时，每一个用户都需要选择一个合适的服务实体来服务自己的应用需求。用户可根据多种指标来选择合适的服务实体，但在本方法中，本专利技术令任意用户都选择距离其时延最小的且服务能力尚未用完的服务实体来服务自己的应用需求。步骤S2、根据上述模型为面向交互的服务实体放置问题建立目标函数，将其描述为优化问题。令xi表示放置在边缘服务器si上的服务实体的数量，本专利技术有如下约束其中Q表示服务实体放置代价的上限。令Bi表示边缘服务器si的物理资源上限，本专利技术有本专利技术用X＝[x1，x2，...，xn]表示任意一种服务实体放置方案，用s(ui，X)表示用户ui的服务实体。那么当两个用户ui和uj交互时，由于交互需要使用他们各自的服务实体，因此这两个用户交互时延D(ui，uj，X)可表示为D(ui，uj，X)＝p(ui，s(ui，X))+p(s(ui，X)，s(uj，X))+p(uj，s(uj，X))令用户ui和uj交互频率为fij，表示这2个用户在单位时间里交互的次数。一般而言，交互频率满足以下条件。首先，fij＝fji；其次，fii＝0；最后，不失一般性，本专利技术试图最小化m个用户的加权平均交互时延E(X)，定义如下：所述约束条件包括：以及步骤S3、采用贪心的启发式算法解决上述优化问题，得到服务实体的放置方案。S3-1、算法初始化：所有m个用户的服务实体都初始化为云数据中心C；当前服务实体放置方案记为X。S3-2、增加新服务实体：对每一个边缘服务器si，如果它的物理资源还有剩余，则尝试在si上增加一个服务实体，新服务实体放置方案记为X′。S3-3、计算新加权平均交互时延：计算新服务实体放置方案X′下的加权平均交互时延E(X′)，如果E(X′)小于E(X)，则将当前服务实体布置方案X更新为X′。S3-4、循环：重复S3-2和S3-3步骤直到遍历所有边缘服务器。S3-5、输出：输出当前服务实体布置方案X为最终的服务实体放置方案。本实施例同时提供了一种边缘计算设备，其包括：处理器、以及存储有计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被处理器执行时实现本实施例提供的如上任一方法的步骤。本实施例同时提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种边缘环境下面向交互的服务实体放置方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、建立系统模型，包括时延模型、放置代价模型、服务实体关联模型。/nS2、根据上述模型为面向交互的服务实体放置问题建立目标函数，将其描述为优化问题。/nS3、采用贪心的启发式算法解决上述优化问题，得到服务实体的放置方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种边缘环境下面向交互的服务实体放置方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立系统模型，包括时延模型、放置代价模型、服务实体关联模型。
S2、根据上述模型为面向交互的服务实体放置问题建立目标函数，将其描述为优化问题。
S3、采用贪心的启发式算法解决上述优化问题，得到服务实体的放置方案。


2.根据权利要求1所述的边缘环境下面向交互的服务实体放置方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S1-1、建立时延模型：边缘计算环境的网络模型中包括n个边缘服务器和m个用户，其中边缘服务器集合S＝{s1，s2，...，sn}，用户集合U＝{u1，u2，...，um}这些服务器和用户通过访问接入点、基站、城域网路由器等网络设备连接。本发明用d(，)表示两个用户或服务器之间的时延，例如d(u4，s3)表示用户u4和服务器s3之间的时延。特别地，本发明用d(u4，C)表示用户u4和云数据中心C的时延。
S1-2、建立放置代价模型：在边缘服务器si上放置一个服务实体的代价为wi，同时，在任意一个边缘服务器上放置一个服务实体需要消耗边缘服务器一定数量的物理资源，记为b。每个服务实体可最多同时服务K个用户，K也可看作服务实体的服务能力。当没有合适服务实体或服务实体的服务能力不足以为所有用户提供服务时，可用云数据中心C来为用户服务。由于云数据中心物理资源较为充裕，本发明假设云数据中心可同时服务任意多的用户。
S1-3、建立服务实体关联模型：当边缘计算环境中放置了不止一个的服务实体时，每一个用户都需要选择一个合适的服务实体来服务自己的应用需求。用户可根据多种指标来选择合适的服务实体，但在本发明中，令任意用户都选择距离其时延最小的且服务能力尚未用完的服务实体来服务自己的应用需求。


3.根据权利要求2所述的边缘环境下面向交互的时延模型、放置代价模型、和服务实体关联模型，可构建相应的优化问题，其特征在于，所述步骤S2包括：
S2-1、放置代价约束：令xi表示放置在边缘服务器si上的服务实体的数量，本发明有如下约束



其中Q表示服务实体放置代价的上限。令Bi表示边缘服务器s...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛季栋，梁瑜，张胜，潘凌伟，张腾飞，骆斌，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32