一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡方法及系统，包括以下步骤：建立路径保护策略；建立服务器保护策略；建立负载均衡保护策略：为用户业务提供保护时，分别计算并比较该业务进行路径保护策略和服务器保护策略的网络资源利用率，取其中网络资源利用率较小的策略为该用户业务提供服务。本发明专利技术能有效恢复MEC服务，同时减少MEC服务器的最大负载和网络保护带宽资源消耗，实现服务器资源负载和光纤链路流量负载的均衡。和光纤链路流量负载的均衡。和光纤链路流量负载的均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡方法及系统


[0001]本专利技术涉及通信
，具体涉及一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡方法及系统。

技术介绍

[0002]由于结合了光纤和无线通信技术的优势，光纤无线接入网络(FiWi)显示出巨大的优势。同时，移动边缘计算(MEC)，一个新兴5G关键技术，通过将IT服务环境与云计算能力在网络边缘相结合，将原本位于云数据中心的服务和网络功能推向移动网络的边缘，在移动网络的边缘提供计算、存储和通信资源，从而满足新兴应用的要求，提升用户体验，构建更加智能的移动网络。在不支持MEC服务的场景下，所有用户的数据请求和计算业务都需要在远端的大型数据中心中完成，这不仅增加了业务的传输时延，也增加了业务往返用户与大型数据中心间的传输带宽。而当我们在接入网节点上部署边缘数据中心后，所有用户的数据请求和计算资源需求可以从这些边缘数据中心获得，因此可以极大地节省业务反馈时延。同时由于不需要从遥远的大型数据中心获取数据或计算资源，从而可以避免由于往返传输而造成的带宽资源浪费，所以在改善用户体验的同时，可以极大地提升网络带宽资源的使用效率。
[0003]目前，MEC的研究集中在数据缓存、计算迁移和架构方面。支持MEC服务的FiWi网络的生存能力的研究还十分稀少，尤其是当无线基站发生故障时，用户便无法获得相应的MEC服务，从而影响用户体验，如何为用户恢复MEC服务成为一大问题；对于负载较大的服务器，当其本地业务的MEC资源需求量增加时，就无法提供足够的资源满足该部分需求，从导致业务的阻塞。因此，需要考虑均衡MEC服务器间的负载。同时，还应该避免因访问远程服务器而消耗太多的额外带宽，需要考虑使网络保护带宽最小化。传统的保护方案中虽然能够恢复用户的MEC服务，但是由于将用户的所有业务采用单一的保护方案，容易出现MEC服务器负载过大和网络保护带宽资源消耗过大等问题，难以上述两个指标的平衡。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡方法及系统，能有效恢复MEC服务，同时减少MEC服务器的最大负载和网络保护带宽资源消耗，实现服务器资源负载和光纤链路流量负载的均衡。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡方法，包括以下步骤：
[0006]建立路径保护策略：对于用户业务，寻找与其本地MEC服务器之间满足通信时延要求的候选保护路径，并在满足业务带宽的候选保护路径中选择延迟最低的路径为用户业务提供服务；
[0007]建立服务器保护策略：对于用户业务，将所有满足通信时延要求的非本地MEC服务器按照负载升序排序，删除无法提供足够MEC资源的MEC服务器后选择负载最小的MEC服务
器为用户业务提供服务；
[0008]定义网络资源利用率ρ：
[0009]ρ＝R
max
/R
total
+B
max
/B
total
[0010]其中，R
max
表示整个网络的最大MEC服务器负载，B
max
表示整个网络的最大使用链路带宽，R
total
表示每个MEC服务器的总容量，B
total
表示每条光纤链路的总容量；
[0011]建立负载均衡保护策略：为用户业务提供保护时，分别计算并比较该业务进行路径保护策略和服务器保护策略的网络资源利用率，取其中网络资源利用率较小的策略为该用户业务提供服务。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，建立路径保护策略具体包括以下步骤：
[0013]对于用户业务，采用最短路由算法寻找k条与其本地MEC服务器之间满足通信时延要求的候选保护路径，并保存在候选路径列表中；
[0014]判断所有候选路径是否具有足够的带宽，在候选路径列表中删除无法提供足够带宽的路径；
[0015]选择候选路径列表中延迟最低的路径作为保护路径向用户业务提供服务。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，建立服务器保护策略具体包括以下步骤：
[0017]对于用户业务，将所有满足通信时延要求的非本地MEC服务器按照负载升序排序，并保存在列表中；
[0018]从列表中删除无法提供足够MEC资源的MEC服务器；
[0019]选择列表中第一个服务器为用户业务提供服务。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，建立负载均衡保护策略具体包括以下步骤：
[0021]a、对于网络拓扑G＝(N，L)，用户集合C，用户c∈C的业务集合S
c
；
[0022]b、获得一个业务s∈S
c
；
[0023]c、对业务s尝试路径保护策略并得到相应的网络资源利用率ρ值，记为ρ
PP，s
；对业务s尝试服务器保护策略并得到相应的网络资源利用率ρ值，记为ρ
SP，s
；若ρ
PP，s
＜ρ
SP，s
，对业务s使用路径保护策略并记录ρ
PP，s
，否则使用服务器保护策略并记录ρ
SP，s
。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，建立负载均衡保护策略还包括以下步骤：
[0025]d、判断S
c
中的所有业务是否都被保护：若都被保护，则进行下一步骤，否则返回步骤b保护下一个业务；
[0026]e、判断c中的所有用户的全部业务是否都被保护；若都被保护，则终止进程，并找到最终网络资源利用率，否则返回步骤a保护下一个用户。
[0027]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤c中ρ值在应用路径保护策略或服务器保护策略后更新，最终应用ρ最小的策略为用户业务提供保护。。
[0028]一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡系统，包括：
[0029]路径保护策略模块，对于用户业务，寻找与其本地MEC服务器之间满足通信时延要求的候选保护路径，并在满足业务带宽的候选保护路径中选择延迟最低的路径为用户业务提供服务；
[0030]服务器保护策略模块，对于用户业务，将所有满足通信时延要求的非本地MEC服务器按照负载升序排序，删除无法提供足够MEC资源的MEC服务器后选择负载最小的MEC服务器为用户业务提供服务；
[0031]负载均衡保护策略模块，为用户业务提供保护时，分别计算并比较该业务选择路径保护策略模块和服务器保护策略模块的网络资源利用率，取其中网络资源利用率较小的策略模块为该用户业务提供服务；。
[0032]其中，网络资源利用率ρ：
[0033]ρ＝R
max
/R
total
+B
max
/B
total
，
[0034]R
max
表示整个网络的最大MEC服务器负载，R
max
表示整个网络的最大使用链路带宽，R
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡方法，其特征在于：包括以下步骤：建立路径保护策略：对于用户业务，寻找与其本地MEC服务器之间满足通信时延要求的候选保护路径，并在满足业务带宽的候选保护路径中选择延迟最低的路径为用户业务提供服务；建立服务器保护策略：对于用户业务，将所有满足通信时延要求的非本地MEC服务器按照负载升序排序，删除无法提供足够MEC资源的MEC服务器后选择负载最小的MEC服务器为用户业务提供服务；定义网络资源利用率ρ：ρ＝R
max
/R
total
+B
max
/B
total
其中，R
max
表示整个网络的最大MEC服务器负载，B
max
表示整个网络的最大使用链路带宽，R
total
表示每个MEC服务器的总容量，B
total
表示每条光纤链路的总容量；建立负载均衡保护策略：为用户业务提供保护时，分别计算并比较该业务进行路径保护策略和服务器保护策略的网络资源利用率，取其中网络资源利用率较小的策略为该用户业务提供服务。2.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡方法，其特征在于：建立路径保护策略具体包括以下步骤：对于用户业务，采用最短路由算法寻找k条与其本地MEC服务器之间满足通信时延要求的候选保护路径，并保存在候选路径列表中；判断所有候选路径是否具有足够的带宽，在候选路径列表中删除无法提供足够带宽的路径；选择候选路径列表中延迟最低的路径作为保护路径向用户业务提供服务。3.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡方法，其特征在于：建立服务器保护策略具体包括以下步骤：对于用户业务，将所有满足通信时延要求的非本地MEC服务器按照负载升序排序，并保存在列表中；从列表中删除无法提供足够MEC资源的MEC服务器；选择列表中第一个服务器为用户业务提供服务。4.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的FiWi网络负载均衡方法，其特征在于：建立负载均衡保护策略具体包括以下步骤：a、对于网络拓扑G＝(N，L)，用户集合C，用户c∈C的业务集合S
c
；b、获得一个业务s∈S
c
；c、对业务s尝试路径保护策略并得到相应的网络资源利用率ρ值，记为ρ
PP，s
；对业务s尝试服务器保护策略并得到相应的网络资源利用率ρ值，记为ρ
SP，s
；若ρ
PP，s
＜ρ
SP，s
，对业务s使用路径保护策略并记录ρ
PP，s
，否则使用服务器保护策略并记录ρ

【专利技术属性】
技术研发人员：沈纲祥，王新宇，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：