用于多接入边缘计算网络的资源编排方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机通信领域，尤其涉及一种用于多接入边缘计算网络的资源编排方法及装置。

背景技术

如何将多个虚拟网络映射到实体网络，以实现实体网络资源利用率的优化，一直是网络虚拟化的主要挑战，这一问题通常称为虚拟网络映射(Virtual NetworkingEmbedding，简称VNE)问题。

大多数的VNE问题都是建立在数据中心环境中，亦或是着重于脱机解决方案，然而此类的VNE问题及其求解算法无法在多个分布式边缘服务器所组成的多接入边缘计算网络环境中执行。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种用于多接入边缘计算网络的资源编排方法及装置，能够求解出多接入边缘计算网络环境中的虚拟网络映射解决方案。

一种用于多接入边缘计算网络的资源编排方法，所述方法包括：接收虚拟网络请求；判断周期性资源编排的时间是否已届；当周期性资源编排的时间已届，根据所述虚拟网络请求的资源需求、所述多接入边缘计算网络的资源使用现况、实体节点的属性以及实体链接的属性，计算求解所述虚拟网络请求的第一虚拟网络映射解决方案；判断所述第一虚拟网络映射解决方案是否存在；以及当判断所述第一虚拟网络映射解决方案存在时，交接所述第一虚拟网络映射解决方案给所述多接入边缘计算网络的至少一个控制节点，否则，拒绝所述虚拟网络请求。

一种用于多接入边缘计算网络的资源编排装置，其特征在于，所述装置包括:处理单元，以及计算机可读存储介质，用于存储至少一个计算机程序，其中，所述计算机程序包含由所述处理单元执行的指令，使得所述处理单元执行以下步骤:接收虚拟网络请求；判断周期性资源编排的时间是否已届；当周期性资源编排的时间已届，根据所述虚拟网络请求的资源需求、所述多接入边缘计算网络的资源使用现况、实体节点的属性以及实体链接的属性，计算求解所述虚拟网络请求的第一虚拟网络映射解决方案；判断所述第一虚拟网络映射解决方案是否存在；以及当判断所述第一虚拟网络映射解决方案存在时，交接所述第一虚拟网络映射解决方案给所述多接入边缘计算网络的至少一个控制节点，否则，拒绝所述虚拟网络请求。

本发明中多接入边缘计算网络的资源编排装置，在接收到虚拟网络请求后，根据所述虚拟网络请求的资源需求、所述多接入边缘计算网络的资源使用现况、实体节点的属性以及实体链接的属性，计算求解所述虚拟网络请求的第一虚拟网络映射解决方案，并将所述解决方案交接给所述多接入边缘计算网络的至少一个控制节点实现，从而解决多个分布式边缘区域的多接入边缘计算网络环境的虚拟网络映射需求。

附图说明

图1为本发明一实施方式中多接入边缘计算网络的架构图。

图2为本发明一实施方式中消息交换的示意图。

图3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H及3I为本发明一实施方式中虚拟网络映射的示意图。

图4为本发明一实施方式中资源编排方法的流程图。

图5为本发明另一实施方式中资源编排方法的流程图。

图6为本发明一实施方式中资源编排装置的方块图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参考图1，所示为本发明一实施方式中多接入边缘计算网络100的架构图。所述多接入边缘计算网络100包括编排器(Orchestrator)102、多个控制节点(Control Node)104A、104B及104C、多个计算节点(Computing Node)A1-A6、B1-B7及C1-C6以及多个边缘区域(Edge Area)110A、110B及110C。

所述编排器102用于提供实时资源编排，包括虚拟和实体网络功能的配置。所述编排器102包括允许用户和第三方访问以便订阅应用程序或部署服务器的访问点。当所述编排器102接收到虚拟网络请求(Virtual Network Request，简称VNR)时，所述编排器102根据资源使用信息来计算求解虚拟网络映射(Virtual Network Embedding，简称VNE)解决方案，然后将VNE解决方案交接给104A～104C中的至少一个控制节点以执行该VNE解决方案。

每一个控制节点104A、104B及104C用于准备虚拟化网络及回报资源使用信息。每一个控制节点104A、104B及104C分别被配置为管理计算节点A1-A6、B1-B7及C1-C6的资源以及其边缘区域110A、110B及110C中的实体链接资源，例如资源分配与电力管理。每一个控制节点104A、104B及104C被配置为管理特定地理位置中的计算节点A1-A6、B1-B7及C1-C6。由于管理效率和安全性问题，通常不允许控制节点访问不同边缘区域中的计算节点。从所述编排器102接收到VNE解决方案后，所述控制节点104A-104C会针对所管理的边缘区域110A-110C执行VNE。本实施方式中，所述控制节点104A-104C可以是任何类型的虚拟化基础设施管理器(Virtualized Infrastructure Manager，简称VIM)，例如OpenStack、Kubernetes或ONAP等，用于在基础设施提供者的运营商的允许下，控制和管理支持虚拟化的基础设施。

每一个边缘区域110A、110B及110C可以通过实体链接相互通信连接，但是传播迟延会比相同边缘区域内的传播迟延高得多。每一个边缘区域由控制节点管理，控制节点在其所管理的边缘区域(例如，所述边缘区域110A和所述控制节点104A)中执行VNE资源分配。

在一实施方式中，当所述编排器102从一个边缘区域，例如，所述边缘区域110A，接收到VNR时，所述编排器102计算求VNE解决方案，然后将VNE解决方案交接给最接近该VNR来源的控制节点。例如，对应所述边缘区域110A为所述控制节点104A，所述控制节点104A可以在其控制、管理的所述边缘区域110A内执行VNE解决方案。在一实施方式中，如果所述编排器102的VNE解决方案涉及多个边缘区域，则所述编排器102可以将该VNE解决方案交接给多个相应的控制节点执行。

请参考图2，所示为本发明一实施方式中服务提供者200、所述编排器102、所述控制节点104A和所述计算节点A1之间消息交换时序的示意图。所述编排器102从所述服务提供者200接收VNR输入，并基于该VNR的处理要求和资源使用信息计算求解VNE解决方案。如果没有合适的VNE解决方案，则所述编排器102将拒绝该VNR。如果有合适的VNE解决方案，则所述编排器102将该VNE解决方案交接给一个或多个控制节点，例如所述控制节点104A。所述控制节点104A执行该VNE解决方案。在处理完该VNR后，由所述控制节点104A管理的所有计算节点将资源使用信息回报给所述控制节点104A，之后，再经由所述控制节点104A转发资源使用信息给所述编排器102，以便所述编排器102可以根据接收到的资源使用信息更新资源使用现况，继续求解新的VNE解决方案。

在一实施方式中，边缘区域中的计算节点和网络分别代表着实体节点和实体网络。每个实体网络由实体节点和实体链接所组成。每一个实体节点包括节点属性，所述节点属性包括处理能力和地理区域。在一实施方式中，所述处理能力为每单位时间可以完成的指令数量。地理区域包括该实体节点所在的边缘区域信息。在一实施方式中，每一个实体节点还包括多个内核，以及每一个实体节点可以被配置为标准模式和非对称模式两者之一。当实体节点被配置为标准模式时，该实体节点的多个内核皆运转于相同的标准工作速度；当实体节点被配置为非对称模式时，该实体节点的多个内核可以运转于不同的工作速度。在一实施方式中，当实体节点被配置为非对称模式时，多个内核中的部分内核可以运转于高于标准工作速度的第一工作速度，其余内核则运转于低于标准工作速度的第二工作速度。在一实施方式中，当实体节点被配置为非对称模式时，该实体节点可以动态降低低优先级任务的处理速度，从而提高高优先级任务的处理速度。

在一实施方式中，实体节点间的实体链接包括链接属性，所述链接属性包括处理能力和迟延时间，所述处理能力包括带宽。

在一实施方式中，虚拟网络被建模为顶点活动(Activity on Vertex)拓扑，MEC应用程序被建模为服务链(Service Chain)拓扑。在一实施方式中，具体的MEC应用程序可以抽象为多个进程，所述MEC应用程序的流量以预先定义的顺序经过所述多个进程。

在一实施方式中，针对MEC应用程序的VNR可以格式化为AOV网络请求的格式，其中，以AOV网络来表示虚拟节点的先后服务顺序限制，顶点表示虚拟节点，以边表示虚拟节点间的先后服务关系。任一虚拟节点只有在其先前顺序的虚拟节点及虚拟链接都完成处理进程，才能开始处理该虚拟节点的指令。当虚拟节点及/或虚拟链接完成其进程时，资源才被释放。

在一实施方式中，VNR的资源需求包括优先级、迟延需求、虚拟节点的资源需求及虚拟链接的资源需求。

在一实施方式中，将虚拟网络映射到给定的实体网络过程中，还可以设置有一个或多个约束条件。在一实施方式中，所述约束条件包含第一约束条件:具有高优先级或低迟延需求的VNR(例如，视频应用程序或车对车通信)只能映射到高速或标准速度的内核上，以满足用户体验的质量(Quality of Experience，简称QoE)，以及第二约束条件:具有低优先级或是对迟延不敏感的VNR(例如，特定物联网应用程序)只有在第一个虚拟节点首次映射时，可以映射到标准速度或低速的内核上。控制节点在其所控制管理的边缘区域监控计算资源，并回报给编排器。一旦实体节点的高速内核具有可用的计算资源时，编排器可以实时将已映射但尚未完成进程的虚拟节点切换到该高速内核，以提高进程的处理速度。

在一实施方式中，VNR的虚拟节点的资源需求包括需要执行的指令数，VNR的虚拟链接的资源需求包括带宽。

请参考图3A至图3I，所示为本发明一实施方式中虚拟网络映射的示意图。

图3A所示为包括多个实体节点的实体网络300的示例，其中所述多个实体节点分别被标示为A、B、C及D，所述多个实体节点A、B、C及D经由实体链接互相连接。所述实体网络300由基础设施提供者管理，并且虚拟网络可以由基础设施提供者代表服务提供者建立。

在本例中，每一个实体节点A、B、C及D被配置为非对称模式，高速内核的处理能力为10以及低速内核的处理能力为4。服务提供者为用户提供各种服务，并可以创建虚拟网络，每一个虚拟网络用于在特定场景下提供定制服务。虚拟网络包括多个虚拟网络功能，称为虚拟节点，所述虚拟节点经由虚拟链接连接，所述虚拟链接需要带宽资源。服务提供者以VNR将每个虚拟网络建立需求传送给基础设施提供者。在本实施方式中，虚拟网络的映射起始于基础设施提供者的编排器从服务提供者处接收到具有低优先级要求的VNR310。在本例中，所述VNR310请求的虚拟网络具有AOV拓扑。所述VNR310请求的虚拟网络包括三个虚拟节点(标示为a、b及c)，所述三个虚拟节点具有先后服务顺序限制，亦即必须先映射虚拟节点a、其次为虚拟节点b以及最后为虚拟节点c。此外，出现在虚拟节点a、b和c上方的方块中的数字分别代表该虚拟节点的资源需求，以及出现在虚拟链接旁的数字代表该虚拟链接的资源需求。在本实施方式中，基础设施提供者的编排器在一个时间窗口中收集所有输入的VNR请求，接着在下一个时间窗口开始分配资源以满足资源需求。在本例中，所述时间窗口被配置为一个时槽，所述VNR310在t＝T0处接收(t为当前时间)，并且将由编排器在下一个时槽(t＝1T)进行处理。编排器维护有关于整个实体网络300的资源使用现况，将计算所述VNR310的解决方案并为其保留资源。图3B至图3H分别示出了编排器在每个时槽的时间点，将所述VNR310映射到所述实体网络310时的保留资源。

图3B所示为t＝2T期间，为所述VNR310保留的资源示意。如前所述，若存在可用资源，低优先级VNR的第一虚拟节点在第一次映射时可以映射到高速或标准速度的内核上。在本例中，虚拟节点a被映射到实体节点D的高速内核上并且占用6个单位的资源。

图3C所示为t＝3T期间，为所述VNR310保留的资源示意。在本实施方式中，考虑了经由虚拟链接的服务的传输迟延。具体的，经过处理的指令在经由连接两个实体节点的实体链接传输时会遇到迟延。传输迟延可用时槽表示。虚拟链接映射到实体链接时，必须为该虚拟链接保留带宽和时槽。传输迟延可以根据指令处理后产生的兆字节数和映射虚拟链接的实体链接的处理能力加以计算。在本例中，假设传输迟延为1个时槽，并且虚拟链接(a，b)映射到实体链接(D，A)，则所述实体链接(D，A)将为所述虚拟链接(a，b)保留时长为1个时槽、带宽为1个单位的资源。

图3D及图3E分别示出了在t＝4T及5T期间，为所述VNR310保留的资源示意。如前所述，低优先级的VNR的其它虚拟节点第一次映射只能映射在低速或标准速度的内核上。然而，在实体节点上执行虚拟节点的指令将产生处理迟延，具体的，处理迟延可以根据虚拟节点的资源需求和该虚拟节点所映射的实体节点的处理能力加以计算。在本例中，虚拟节点b只能映射至实体节点A的低速内核上。在本例中，由于实体节点A的低速内核的处理能力仅为4，虚拟节点的资源需求为5，因此虚拟节点b映射到实体节点A的低速内核时，处理迟延为2个时槽，实体节点A需要为虚拟节点b在2个时槽期间内保留低速内核的资源以完成虚拟节点b的进程。

图3F所示为在t＝6T及t＝7T期间，为所述VNR310保留的资源示意。在本例中，虚拟链接(b，c)的迟延传输假设为2个时槽，因此，虚拟链接映射到实体链接(A，B)时，所述实体链接(A，B)将为所述虚拟链接(b，c)保留时长为2个时槽(分别示6T和7T)、带宽为2个单位的资源。

图3G及图3H分别示出了在t＝8T及9T期间，为所述VNR310保留的资源示意。在本例中，虚拟节点c只能映射至实体节点B的低速内核上。在本例中，由于实体节点B的低速内核的处理能力仅为4，虚拟节点c的资源需求为5，因此虚拟节点c映射到实体节点B的低速内核时，处理迟延为2个时槽，实体节点B需要为虚拟节点c在2个时槽期间内保留低速内核的资源以完成虚拟节点c的进程。

图3I所示为，当有可用资源时，由编排器为VNR310执行的资源编排。

如前所述，编排器接收由控制节点所转发计算节点回报的资源使用信息，编排器接收后根据资源使用信息更新资源使用现况，因此，编排器具有实体网络的资源使用现况，可以在每一个时槽根据资源使用现况重新资源分配。在本例中，假设所述实体网络300当前仅服务所述VNR310，编排器根据资源使用现况，在t＝4T期间发现实体节点A的高速内核有可用资源，因此，为所述VNR310计算新的解决方案，并通知管理实体节点A的控制节点新的解决方案，将映射到实体节点A的低速内核的虚拟节点b所执行的指令迁徙到实体节点A的高速内核。根据新的解决方案，虚拟节点b的处理迟延将因为高速内核的处理能力足够而减少至一个时槽，并且原本保留的低速内核的资源将被同时释出。因此，编排器可以使用释出的资源，在相同的时间内，映射其它低优先级的VNR，从长远运作来看，可以增加服务提供者的营收，也进而有机会增加基础设施提供者的营收。

除了处理迟延和传输迟延外，传播迟延也是MEC网络环境中的关键问题。在一实施方式中，假设两个边缘区域之间的地理距离很远，例如，在不同的城市。因此，经过跨边缘区域的实体链接传输的数据将经历传播迟延。两个边缘区域之间的传播迟延将远高于相同边缘区域中的任何迟延。在一实施方式中，传播迟延可以根据与边缘区域相连接的实体链接的地理距离以及实体链接的波传输速度计算，并且可以转换为时槽单位。在另一实施方式中，可以经由查表的简易方法来获取传播迟延。编排器在求解VNR解决方案的主要目标，除了有效利用实体网络资源外，还要使每一个VNR的总处理时间最小化，以便基础设施提供者可以在相同的时间内接受更多的VNR。在一实施方式中，可以根据处理迟延、传输迟延以及传播迟延计算VNR的总处理时间。

请参考图4，所示为本发明一实施方式中资源编排方法的流程图，所述资源编排方法可由所述编排器102执行。

步骤S402，所述编排器102接收到虚拟网络请求(VNR)。所述VNR请求的虚拟网络具有顶点活动(AOV)拓扑，所述拓扑包括多个经由虚拟链接连接的虚拟节点。在接收到VNR后，所述编排器102将所述VNR存储在队列中。

步骤S404，所述编排器102判断是否周期性资源编排的时间已届。如果所述编排器102判断周期性资源编排的时间已届，则所述协调器从队列中依序读取VNR(如果不只一个VNR存储在队列中)，并针对每一个VNR执行步骤S405；如果所述编排器102判断周期性资源编排的时间未届，则所述编排器102继续等待。

步骤S406，所述编排器102根据VNR的资源需求、资源使用现况以及实体节点和实体链接的属性，为所述VNR计算求解第一虚拟网络映射射(VNE)解决方案。所述VNR的资源需求包括优先级、迟延需求、虚拟节点的资源需求以及虚拟链接的资源需求。资源使用现况包括实体节点的可用处理能力和实体链接的可用处理能力。

步骤S408，所述编排器102判断是否存在所述VNR的第一VNE解决方案。当计算求解结果显示没有合适的VNE解决方案时，所述编排器102判断所述第一VNE解决方案不存在，执行步骤S410，拒绝所述VNR。反之，当计算求解结果显示存在一个VNE解决方案，则所述编排器102判断所述第一VNE解决方案存在，执行步骤S412。在一实施方式中，若所述编排器102计算求解出多个VNR解决方案，则从中选取VNR的总处理时间最短者，作为所述第一VNE解决方案。

步骤S412，所述编排器102将所述第一VNE解决方案交接给至少一个控制节点。具体的，如果第一VNE解决方案映射的实体节点位于不同的边缘区域，则所述编排器102将所述第一VNE解决方案交接给不同边缘区域对应的不同控制节点；如果第一VNE解决方案映射的实体节点位于同一边缘区域，则所述编排器102将所述第一VNE解决方案交接给该边缘区域对应的控制节点。

请参考图5，所示为本发明另一实施方式中资源编排方法的流程图，所述资源编排方法可由所述编排器102接着图4的方法步骤后执行。在本实施方式中，实体网络中的每一个实体节点将关于资源使用的信息周期性地回报给相应的控制节点，再由所述控制节点转发给所述编排器102。

步骤S502，所述编排器102接收到资源使用信息，所述信息由控制节点转发。所述资源使用信息包括实体节点的可用处理能力和实体链接的可用处理能力。

步骤S504，所述编排器102根据接收到的资源使用信息更新资源使用现况。

步骤S506，所述编排器102基于VNR的资源需求和更新后的资源使用现况计算求解第二VNE解决方案，判断是否存在第二VNE解决方案，其中，所述第二VNE解决方案的VNR的总处理时间比所述第一VNE解决方案的VNR的总处理时间短。如果判断存在第二VNE解决方案，则所述编排器102执行步骤S508；否则，所述编排器102执行步骤S510。

步骤S508，所述编排器102将所述第二VNE解决方案交接给至少一个控制节点。

步骤S510，所述编排器102判断所述VNR的进程是否已完成。如果所述编排器102判断所述VNR的进程尚未完成，则所述编排器102继续执行步骤S502；否则，所述编排器102结束该方法的流程。

请参考图6，所示为本发明一实施方式中资源编排装置600的示意图。所述装置600可以是所述编排器102。所述装置600包括处理单元610和计算机可读存储介质620。所述处理单元610电性连接至所述计算机可读存储介质620。所述处理单元610包括微控制器、微处理器或具有计算处理能力的其它电路，并执行或处理存储在所述计算机可读存储介质620中的指令、数据和计算机程序。所述计算机可读存储介质620包括只读存储器(Read-onlyMemory，简称ROM)、随机存取存储器(Random-access Memory，简称RAM)、磁盘存储介质设备、光存储介质设备、闪存设备、以及电、光或其他物理/有形的(例如，非暂时性的)存储设备等。所述计算机可读存储介质620用于存储一个或多个控制所述装置600的操作并由所述处理单元610执行的计算机程序。在本实施方式中，所述计算机可读存储介质620存储或编码有一个或多个计算机程序，并存储、配置参数及数据，用于供所述处理单元610执行图4至图5所示的方法步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。