CN111835849B - 增强接入网服务能力的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强接入网服务能力的方法，包括：向接入网中的各转发节点获取网络拓扑信息，向接入网中的各边缘计算服务器获取资源状态信息，向接入网中的各用户终端获取业务特征信息；根据网络拓扑信息、资源状态信息和业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器。本发明所提供的方法，能够根据网络拓扑信息、资源状态信息以及业务特征信息等影响因素，综合考虑各业务处理及传输的时延以及各边缘计算服务器的资源利用情况，从而选择最适合卸载业务的边缘计算服务器，能够降低边缘业务时延并均衡边缘计算服务器的资源利用率，从而实现增强接入网的服务能力。本发明还提供一种接入网服务能力增强装置。

Description

增强接入网服务能力的方法和装置

技术领域

本发明涉及边缘计算技术领域，具体涉及一种增强接入网服务能力的方法和装置。

背景技术

新兴的时延敏感型业务对时延的要求越来越严格，要求业务能够在接入网侧低时延访问和处理。并且，由于边缘计算服务器是分布式部署，计算和存储能力有限，同时处理多个计算密集型任务比较困难。且用户业务需求是非均匀且时变的，与均匀分布的边缘计算资源不匹配，从而导致部分边缘计算服务器的资源过载，而另一部分边缘计算资源由于用户请求极少而空闲，造成资源浪费。通常情况下，当一个边缘业务的卸载请求计算资源或内容请求数据量过大时，通常的方案是将请求定向到远端数据中心进行处理，增加了业务时延。由于边缘计算服务器资源的浪费以及业务时延的增加，从而限制了接入网对边缘业务的服务能力。

发明内容

为此，本发明提供一种增强接入网服务能力的方法和装置，以解决现有技术中由于边缘计算服务器资源的浪费以及业务时延的增加而导致的接入网对边缘业务的服务能力被限制的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种增强接入网服务能力的方法，应用于接入网服务能力增强装置，所述方法包括：

向接入网中的各转发节点获取网络拓扑信息，向接入网中的各边缘计算服务器获取资源状态信息，向接入网中的各用户终端获取业务特征信息；

根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器。

在一些实施例中，所述根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器，包括：

根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息分别确定各业务的传输时延和处理时延；

根据所述业务特征信息和所述各业务的传输时延和处理时延确定业务的平均时延；

根据所述网络拓扑信息和所述业务特征信息确定边缘计算服务器的资源占用比例；

根据所述业务的平均时延和所述边缘计算服务器的资源占用比例确定卸载业务的边缘计算服务器。

在一些实施例中，所述根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息分别确定各业务的传输时延和处理时延，包括：

根据公式(1)分别确定各业务的传输时延：

其中，M表示M_i的数量之和，M_i表示第i个边缘计算服务器；x_ij∈{0，1}表示第j个业务R_j是否选择M_i卸载，当x_ij＝1时表示业务R_j在M_i卸载，当x_ij＝0时表示业务R_j不在M_i卸载；R_j＝{D_j，W_j}表示业务，D_j表示卸载业务R_j需要传输的数据流量，W_j表示卸载业务R_j需要的计算资源；h_ij表示业务R_j对应的用户终端到M_i的节点对之间的最短距离，单位为跳数；B_l为业务R_j对应的用户终端到M_i之间的链路可用带宽；i、j、l均为大于0的自然数；

根据公式(2)分别确定各业务的处理时延：

其中，f_ij＝f_iy_ij表示M_i可以分配给业务R_j的计算资源，y_ij∈[0，1]表示M_i分配给业务R_j的计算资源的比例，f_i表示M_i的计算能力；

所述网络拓扑信息包括所述h_ij和所述M，所述资源状态信息包括所述B_l、所述f_i和所述y_ij，所述业务特征信息包括所述D_j和所述W_j。

在一些实施例中，所述根据所述业务特征信息和所述各业务的传输时延和处理时延确定业务的平均时延，包括：

根据公式(3)确定业务的平均时延：

其中，|R|为所述业务R_j的数量之和；所述业务特征信息包括所述|R|。

在一些实施例中，所述根据所述网络拓扑信息和所述业务特征信息确定边缘计算服务器的资源占用比例，包括：

根据公式(4)确定边缘计算服务器的资源占用比例：

在一些实施例中，所述根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器，包括：

根据所述T和所述U确定所述x_ij的取值矩阵；

从所述x_ij的取值矩阵中确定同时满足第一约束和第二约束的x_ij的取值；其中，所述第一约束为：∑_jy_ij≤1，表示所有业务从M_i得到的计算资源之和不超过M_i的最大计算资源；所述第二约束为：∑_ix_ij≤1，表示每个业务只能由一个M_i卸载；

根据所述同时满足第一约束和第二约束的x_ij值分别确定卸载业务的边缘计算服务器。

在一些实施例中，所述根据所述T和所述U确定所述x_ij的取值矩阵，包括：

根据公式(5)确定成本值：

其中，α、β∈(0，1)；

根据所述成本值确定所述x_ij的取值矩阵。

本发明还提供一种接入网服务能力增强装置，包括：

获取模块，用于向接入网中的各转发节点获取网络拓扑信息，向接入网中的各边缘计算服务器获取资源状态信息，向接入网中的各用户终端获取业务特征信息；

确定模块，用于根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器。

在一些实施例中，所述确定模块包括：

第一确定单元，用于根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息分别确定各业务的传输时延和处理时延；

第二确定单元，用于根据所述业务特征信息和所述各业务的传输时延和处理时延确定业务的平均时延；

第三确定单元，用于根据所述网络拓扑信息和所述业务特征信息确定边缘计算服务器的资源占用比例；

第四确定单元，用于根据所述业务的平均时延和所述边缘计算服务器的资源占用比例确定卸载业务的边缘计算服务器。

在一些实施例中，所述第一确定单元具体用于，根据公式(1)分别确定各业务的传输时延：

其中，M表示M_i的数量之和，M_i表示第i个边缘计算服务器；x_ij∈{0，1}表示第j个业务R_j是否选择M_i卸载，当x_ij＝1时表示业务R_j在M_i卸载，当x_ij＝0时表示业务R_j不在M_i卸载；R_j＝{D_j，W_j}表示业务，D_j表示卸载业务R_j需要传输的数据流量，W_j表示卸载业务R_j需要的计算资源；h_ij表示业务R_j对应的用户终端到M_i的节点对之间的最短距离，单位为跳数；B_l为业务R_j对应的用户终端到M_i之间的链路可用带宽；i、j、l均为大于0的自然数；

根据公式(2)分别确定各业务的处理时延：

其中，f_ij＝f_iy_ij表示M_i可以分配给业务R_j的计算资源，y_ij∈[0，1]表示M_i分配给业务R_j的计算资源的比例，f_i表示M_i的计算能力；

所述网络拓扑信息包括所述h_ij和所述M，所述资源状态信息包括所述B_l、所述f_i和所述y_ij，所述业务特征信息包括所述D_j和所述W_j。

本发明具有如下优点：

在本发明实施例提供的增强接入网服务能力的方法中，根据获取到的接入网中各转发节点的网络拓扑信息、接入网中各边缘计算服务器的资源状态信息以及接入网中各用户终端的业务特征信息等影响因素，综合考虑各业务处理及传输过程中的时延以及各边缘计算服务器的资源利用情况，从而选择最适合卸载业务的边缘计算服务器，能够降低边缘业务时延并均衡边缘计算服务器的资源利用率，从而实现增强接入网的服务能力。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明实施例1提供的增强接入网服务能力的方法的流程示意图一；

图2为本发明实施例2提供的增强接入网服务能力的方法的流程示意图二；

图3为本发明实施例3提供的增强接入网服务能力的方法的流程示意图三；

图4为本发明实施例4提供的接入网服务能力增强装置的结构示意图；

图5为本发明实施例5提供的接入网服务能力增强装置的处理模块的结构示意图；

图6为本发明实施例6提供的转发节点的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明实施例提供的增强接入网服务能力的方法，应用于接入网服务能力增强装置，可以包括以下步骤：

步骤1，向接入网中的各转发节点获取网络拓扑信息，向接入网中的各边缘计算服务器获取资源状态信息，向接入网中的各用户终端获取业务特征信息。

接入网服务能力增强装置位于软件定义网络(Software Defined Network，SDN)架构中的应用层，可以通过北向接口API与SDN架构控制层中的SDN控制器和网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization，NFV)编排器进行消息交互，不位于接入网中。接入网包括边缘计算服务器、用户终端、交换机、路由器以及在接入网范围内按特定规则直接转发边缘计算服务器之间的东西向流量的网络设备等。接入网可以为所有包括无线和光纤接入网的网络，例如5G接入网和FiWi接入网。本发明实施例中“转发节点”即为该在接入网范围内按特定规则直接转发边缘计算服务器之间的东西向流量的网络设备。

接入网服务能力增强装置中的获取模块，即资源监测模块和业务特征收集模块，能够从接入网中的转发节点、边缘计算服务器和用户终端获取各种类型的信息，用以增强接入网的服务能力。

具体的，资源监测模块周期性地向接入网中的各转发节点和各边缘计算服务器发送请求消息，从各转发节点获取端口及链路可用带宽等网络拓扑信息，从各边缘计算服务器获取计算可用资源等资源状态信息。资源监测模块对收集到的各种信息进行识别和管理，并将信息及时更新到网络状态数据库中。业务特征收集模块收集和分析各用户终端发出的业务请求以及相关的流量特征，最终得到卸载业务所需的计算量和优先级等业务特征信息，把需要通过边缘计算服务器提供计算或存储资源的业务需求进行汇总，后续还可以对流量特征的概率分布从时间和空间角度进行分析总结以获得诸如移动性等有效数据。

步骤2，根据网络拓扑信息、资源状态信息和业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器。

接入网服务能力增强装置的处理模块，即连接创建模块，可以根据网络拓扑信息、边缘计算服务器的资源状态信息和业务特征信息等影响因素，综合考虑各业务处理及传输过程中的时延以及各边缘计算服务器的资源利用情况，从而选择最适合卸载业务的边缘计算服务器，然后SDN控制器配置SDN交换机和相应的的转发节点流条目以创建虚拟网络，NFV编排器则下发命令创建满足业务需求的虚拟机VM。

在本发明实施例提供的增强接入网服务能力的方法中，根据获取到的接入网中各转发节点的网络拓扑信息、接入网中各边缘计算服务器的资源状态信息以及接入网中各用户终端的业务特征信息等影响因素，综合考虑各业务处理及传输过程中的时延以及各边缘计算服务器的资源利用情况，从而选择最适合卸载业务的边缘计算服务器，能够降低边缘业务时延并均衡边缘计算服务器的资源利用率，从而实现增强接入网的服务能力。

在一些实施例中，如图2所示，所述根据网络拓扑信息、资源状态信息和业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器(即步骤2)，可以包括以下步骤：

步骤21，根据网络拓扑信息、资源状态信息和业务特征信息分别确定各业务的传输时延和处理时延。

接入网服务能力增强装置的处理模块中的第一处理单元可以根据获取到的网络拓扑信息、资源状态信息和业务特征信息分别确定各业务的传输时延和处理时延，其中，业务特征信息包括描述各业务的信息。

步骤22，根据业务特征信息和各业务的传输时延和处理时延确定业务的平均时延。

接入网服务能力增强装置的处理模块中的第二处理单元可以根据业务特征信息和各业务的传输时延和处理时延确定所有业务的平均时延。

步骤23，根据网络拓扑信息和业务特征信息确定边缘计算服务器的资源占用比例。

接入网服务能力增强装置的处理模块中的第三处理单元可以根据网络拓扑信息和业务特征信息确定所有边缘计算服务器的资源占用比例。

步骤24，根据业务的平均时延和边缘计算服务器的资源占用比例确定卸载业务的边缘计算服务器。

接入网服务能力增强装置的处理模块中的第四处理单元可以根据所有业务的平均时延和所有边缘计算服务器的资源占用比例分别确定卸载各业务的边缘计算服务器。

在一些实施例中，所述根据网络拓扑信息、资源状态信息和业务特征信息分别确定各业务的传输时延和处理时延(即步骤21)，可以包括：

根据公式(1)分别确定各业务的传输时延：

根据公式(2)分别确定各业务的处理时延：

在本发明实施例提供的增强接入网服务能力的方法中，可以令无向图G＝{N，E}表示物理网络，N表示网络中的节点，包括边缘计算服务器N_c和交换节点N_s，N＝N_c∪N_s。用E表示网络中的链路，包括光链路E_o和E_w无线链路，E＝E_o∪E_w。B_l＝B_ol∪B_wl表示链路带宽，B_ol和B_wl分别表示光链路e_ol和无线链路e_wl的带宽，l为索引。

在公式(1)中，M表示M_i的数量之和，M_i表示第i个边缘计算服务器，i为索引；二进制变量x_ij∈{0，1}表示第j个业务R_j是否选择M_i卸载，当x_ij＝1时表示业务R_j在M_i卸载，当x_ij＝0时表示业务R_j不在M_i卸载；R_j＝{D_j，W_j}表示业务，D_j表示卸载业务R_j需要传输的数据流量，即R_j卸载到边缘计算服务器的输入数据，W_j表示卸载业务R_j需要的计算资源；h_ij表示业务R_j对应的用户终端到M_i的节点对之间的最短距离，单位为跳数；B_l为业务R_i对应的用户终端到M_i之间的链路可用带宽；i、j、l均为大于0的自然数。

任务传输时延与需要传输的数据流量、链路可用带宽以及用户终端与所选的边缘计算服务器之间的路径跳数有关，因此可以根据公式(1)表示出R_j的传输时延。

在公式(2)中，f_ij＝f_iy_ij表示M_i可以分配给业务R_j的计算资源，y_ij∈[0，1]表示M_i分配给业务R_j的计算资源的比例，f_i表示M_i的计算能力，可以根据CPU(central processingunit，中央处理器)每秒可运行的周期进行量化。

需要说明的是，y_ij∈[0，1]表示M_i分配给业务R_j的计算资源的比例，与前述卸载业务的优先级有关，优先级越高，y_ij越大，在本发明实施例提供的增强接入网服务能力的方法中，为便于计算将所有优先级设为取值相同的常数，但并不限于此。

在公式(1)和公式(2)中，h_ij和M为获取模块从各转发节点获取的网络拓扑信息，B_l、f_i和y_ij为获取模块从各边缘计算服务器获取的资源状态信息，D_j和W_j为获取模块从各用户终端获取的业务特征信息。

在一些实施例中，所述根据业务特征信息和各业务的传输时延和处理时延确定业务的平均时延(即步骤22)，可以包括：

根据公式(3)确定业务的平均时延：

在公式(3)中，|R|为业务R_j的数量之和，为获取模块从各用户终端获取的业务特征信息。

完成一个任务的总时延包括传输时延和处理时延，因此可以根据公式(3)表示出所有业务的平均时延。

在一些实施例中，所述根据网络拓扑信息和业务特征信息确定边缘计算服务器的资源占用比例(即步骤23)，可以包括：

根据公式(4)确定边缘计算服务器的资源占用比例：

在公式(4)中，各参数所表征的含义已在上述实施例中作详细说明，这里不再赘述。

U表示所有边缘计算服务器的资源占用比例，即所有边缘计算服务器中最大负载量与平均负载的比率，因此可以根据公式(4)表示出所有边缘计算服务器的资源占用比例。需要说明的是，U越小表示所有边缘计算服务器的负载均衡程度越好。

在一些实施例中，如图3所示，所述根据网络拓扑信息、资源状态信息和业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器(即步骤24)，可以包括以下步骤：

步骤241，根据T和U确定x_ij的取值矩阵。

优化目标为降低所有任务的时延和资源占用比例，即降低T和U，因此可以为(T，U)取值预设一个理想条件，T和U中的未知数仅为x_ij，因此可以确定出所有使得(T，U)取值满足理想条件的x_ij取值，即x_ij的取值矩阵。

步骤242，从x_ij的取值矩阵中确定同时满足第一约束和第二约束的x_ij的取值；其中，第一约束为：∑_jy_ij≤1，表示所有业务从M_i得到的计算资源之和不超过M_i的最大计算资源；第二约束为：∑_ix_ij≤1，表示每个业务只能由一个M_i卸载。

确定出所有使得(T，U)取值满足理想条件的x_ij取值后，还需确定这些x_ij取值是否同时满足第一约束和第二约束，即是否满足每个业务只选择一个边缘计算服务器卸载，且每个边缘计算服务器虽然可以卸载多个业务但是分配给所有业务的计算资源之和不得超过本服务器的最大计算资源。

步骤243，根据同时满足第一约束和第二约束的x_ij值分别确定卸载业务的边缘计算服务器。

x_ij为二进制变量，x_ij∈{0，1}，当x_ij＝1时表示业务R_j在M_i卸载，当x_ij＝0时表示业务R_j不在M_i卸载，因此，可以根据步骤242确定出的x_ij的取值分别确定每个业务选择哪个边缘计算服务器卸载。

在一些实施例中，所述根据T和U确定x_ij的取值矩阵(即步骤241)，可以包括：

根据公式(5)确定成本值：

在公式(5)中，α、β∈(0，1)；

根据成本值确定x_ij的取值矩阵。

在本发明实施例提供的增强接入网服务能力的方法中，可以用成本函数表示业务平均时延和边缘计算服务器资源占用比例的加权和，成本值是时延代价和负载均衡程度的综合指标，与时延和资源占用比例成正比关系，是一个无量纲数值。通过为T和U预设一组理想的权重α、β并预设一个理想的成本阈值(即为(T，U)取值预设一个理想条件)，由于T和U中的未知数仅为x_ij，因此可以确定出所有使得成本值小于或等于理想的成本阈值的x_ij取值，即x_ij的取值矩阵。

基于相同的技术构思，如图4所示，本发明实施例还提供一种接入网服务能力增强装置，可以包括：

获取模块101，用于向接入网中的各转发节点获取网络拓扑信息，向接入网中的各边缘计算服务器获取资源状态信息，向接入网中的各用户终端获取业务特征信息。

处理模块102，用于根据网络拓扑信息、资源状态信息和业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器。

在一些实施例中，如图5所示，所述处理模块102可以包括：

第一处理单元1021，用于根据网络拓扑信息、资源状态信息和业务特征信息分别确定各业务的传输时延和处理时延。

第二处理单元1022，用于根据业务特征信息和各业务的传输时延和处理时延确定业务的平均时延。

第三处理单元1023，用于根据网络拓扑信息和业务特征信息确定边缘计算服务器的资源占用比例。

第四处理单元1024，用于根据业务的平均时延和边缘计算服务器的资源占用比例确定卸载业务的边缘计算服务器。

在一些实施例中，所述第一确定单元1021具体用于，根据公式(1)分别确定各业务的传输时延：

其中，M表示M_i的数量之和，M_i表示第i个边缘计算服务器；x_ij∈{0，1}表示第j个业务R_j是否选择M_i卸载，当x_ij＝1时表示业务R_j在M_i卸载，当x_ij＝0时表示业务R_j不在M_i卸载；R_j＝{D_j，W_j}表示业务，D_j表示卸载业务R_j需要传输的数据流量，W_j表示卸载业务R_j需要的计算资源；h_ij表示业务R_j对应的用户终端到M_i的节点对之间的最短距离，单位为跳数；B_l为业务R_j对应的用户终端到M_i之间的链路可用带宽；i、j、l均为大于0的自然数；

根据公式(2)分别确定各业务的处理时延：

其中，f_ij＝f_iy_ij表示M_i可以分配给业务R_j的计算资源，y_ij∈[0，1]表示M_i分配给业务R_j的计算资源的比例，f_i表示M_i的计算能力；

网络拓扑信息包括h_ij和M，资源状态信息包括B_l、f_i和y_ij，业务特征信息包括D_j和W_j。

在一些实施例中，所述第二处理单元1022具体用于，根据公式(3)确定业务的平均时延：

其中，|R|为业务R_j的数量之和；业务特征信息包括|R|。

在一些实施例中，所述第三处理单元1023具体用于，根据公式(4)确定边缘计算服务器的资源占用比例：

在一些实施例中，所述第四处理单元1024具体用于，根据T和U确定x_ij的取值矩阵；从x_ij的取值矩阵中确定同时满足第一约束和第二约束的x_ij的取值；其中，第一约束为：∑_jy_ij≤1，表示所有业务从M_i得到的计算资源之和不超过M_i的最大计算资源；第二约束为：∑_ix_ij≤1，表示每个业务只能由一个M_i卸载；根据同时满足第一约束和第二约束的x_ij值分别确定卸载业务的边缘计算服务器。

在一些实施例中，所述第四处理单元1024具体用于，根据公式(5)确定成本值：

其中，α、β∈(0，1)；

根据成本值确定x_ij的取值矩阵。

即使目的地址与源地址在同一接入网内，数据流也需要经过核心网转发，但目前的有线接入网内部不具有转发能力，因此接入网的服务能力受限。为了提高接入网承载边缘业务的服务能力，如图6所示，本发明实施例还提供了一种网络设备，即前述在接入网范围内按特定规则直接转发边缘计算服务器之间的东西向流量的网络设备(转发节点)。

网络虚拟化是将所有物理网络资源(如无线频谱、光链路带宽、光接口和无线接口等)抽象成虚拟的网络资源，然后根据业务需求将这些虚拟资源进行统一的分片、共享和隔离。因此，网络虚拟化屏蔽了光和无线接入的具体技术细节差异性。光接入网包括时分、波分等无源光网络，无线接入网也具有多种多样的接入形式，该网络设备通过利用虚拟接口进行转发和传输，物理的光接口和无线接口无需进行调整，并不影响与不同接入系统的兼容性。

边缘存储资源池和边缘计算资源池，均与转发模块之间通过虚拟接口相连。边缘存储资源池负责对进入该网络设备的数据流进行缓存。通过存储虚拟接口调度存储池中的资源。计算资源池负责为承载边缘业务的虚拟网络功能提供计算资源，以实现不同的网络功能。

虚拟网络功能和容器是部署在该网络设备虚拟化的基础上软件模块，利用网络设备的虚拟边缘计算和存储资源实现边缘业务所需的网络功能。其中，为了增强接入网的服务能力，利用边缘计算能力增强接入网的组网功能，通过网络功能虚拟化在该设备上部署不同的VNF来实现转发和计算的网络功能。通过桥接和网络虚拟化使用OVS(OpenvSwitch，虚拟交换)技术实现光、无线和铜缆的无缝访问和转发。OVS根据控制器下发的流表来转发数据流，以提供网络互连和转发所需的网络资源。虚拟接口和转发模块通过虚拟化提供网络互连、带宽和转发所需的网络资源。存储和计算资源池为应用提供虚拟化的计算和存储资源。

外部控制器即为SDN网络架构控制层的SDN控制器和NFV编排器。

该网络设备支持SDN和NFV对其虚拟化的网络、计算和存储资源进行协同控制和编排。可以通过支持网络功能虚拟化的通用工业服务器实现，也可以通过支持轻量级虚拟化的单板微型计算机(例如树莓派等、ODROID和瑞星微等)实现。硬件包括光和无线网卡，用以提供网络资源，CPU和内存为转发提供所需的计算和存储资源。

作为一种实施方式，该网络设备可以在基于轻量级虚拟化在单板机上实现。首先安装Linux操作系统，然后安装Docker容器引擎，容器可以快速实例化应用或业务。在容器引擎的基础上，创建容器实例并安装OVS交换机，基于网络虚拟化实现光与无线的交换。控制器将流表发送到OVS以调度和控制数据流。此外，应用数据平面开发套件(DPDK,DataPlane Development Kit)虚拟技术来提高转发速度，根据实验测试结果，转发速度与物理SDN交换机相近。还使用具有旁路功能的网卡，如果OVS发生故障，光纤和无线网卡可以直接连接并转发数据流，从而不会影响服务连续性。

该网络设备不仅可以为用户提供边缘计算和存储资源，也可以作为接入网中的交换设备通过光链路与其他设备通信。每个边缘计算服务器都可以通过接入网光链路的交换能力互相连接起来形成具有弹性计算、存储资源的边缘云，每个边缘计算服务器都可以为其他服务器提供可用的资源。例如，当用户接入的当前边缘计算服务器没有足够的计算资源以卸载业务，请求会根据控制器下发的流表重定向到其他合适的边缘计算服务器，相应的服务器则根据编排器的命令创建VM来承载该业务。

本发明实施例通过利用SDN与NFV技术，设计一种可虚拟化的具有光和无线转发、计算和存储功能的网络设备，在物理基础设施平面实现转发功能。该设备在接入网中充当有效的汇聚节点，可以在接入网范围内按特定规则直接转发边缘计算服务器之间的东西向流量，在接入网范围内将所有边缘计算服务器互连，对分布的边缘计算服务器空闲资源进行动态和统一的调度和分配，流量无需遍历核心网，从而实现增强接入网的服务能力。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种增强接入网服务能力的方法，其特征在于，应用于接入网服务能力增强装置，所述方法包括：

向接入网中的各转发节点获取网络拓扑信息，向接入网中的各边缘计算服务器获取资源状态信息，向接入网中的各用户终端获取业务特征信息；

根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器；

所述根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器，包括：

根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息分别确定各业务的传输时延和处理时延；

根据所述业务特征信息和所述各业务的传输时延和处理时延确定业务的平均时延；

根据所述网络拓扑信息和所述业务特征信息确定边缘计算服务器的资源占用比例；

根据所述业务的平均时延和所述边缘计算服务器的资源占用比例确定卸载业务的边缘计算服务器；

所述根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息分别确定各业务的传输时延和处理时延，包括：

根据公式(1)分别确定各业务的传输时延：

其中，M表示M_i的数量之和，M_i表示第i个边缘计算服务器；x_ij∈{0，1}表示第j个业务R_j是否选择M_i卸载，当x_ij＝1时表示业务R_j在M_i卸载，当x_ij＝0时表示业务R_j不在M_i卸载；R_j＝{D_j，W_j}表示业务，D_j表示卸载业务R_i需要传输的数据流量，W_j表示卸载业务R_j需要的计算资源；h_ij表示业务R_j对应的用户终端到M_i的节点对之间的最短距离，单位为跳数；B_l为业务R_j对应的用户终端到M_i之间的链路可用带宽；i、j、l均为大于0的自然数；

根据公式(2)分别确定各业务的处理时延：

其中，f_ij＝f_iy_ij表示M_i可以分配给业务R_j的计算资源，y_ij∈[0，1]表示M_i分配给业务R_j的计算资源的比例，f_i表示M_i的计算能力；

所述网络拓扑信息包括所述h_ij和所述M，所述资源状态信息包括所述B_l、所述f_i和所述y_ij，所述业务特征信息包括所述D_j和所述W_j。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述业务特征信息和所述各业务的传输时延和处理时延确定业务的平均时延，包括：

根据公式(3)确定业务的平均时延：

其中，|R|为所述业务R_j的数量之和；所述业务特征信息包括所述|R|。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述网络拓扑信息和所述业务特征信息确定边缘计算服务器的资源占用比例，包括：

根据公式(4)确定边缘计算服务器的资源占用比例：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器，包括：

根据所述T和所述U确定所述x_ij的取值矩阵；

从所述x_ij的取值矩阵中确定同时满足第一约束和第二约束的x_ij的取值；其中，所述第一约束为：∑_jy_ij≤1，表示所有业务从M_i得到的计算资源之和不超过M_i的最大计算资源；所述第二约束为：∑_ix_ij≤1，表示每个业务只能由一个M_i卸载；

根据所述同时满足第一约束和第二约束的x_ij值分别确定卸载业务的边缘计算服务器。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述T和所述U确定所述x_ij的取值矩阵，包括：

根据公式(5)确定成本值：

其中，α、β∈(0，1)；

根据所述成本值确定所述x_ij的取值矩阵。

6.一种接入网服务能力增强装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于向接入网中的各转发节点获取网络拓扑信息，向接入网中的各边缘计算服务器获取资源状态信息，向接入网中的各用户终端获取业务特征信息；

确定模块，用于根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息确定卸载业务的边缘计算服务器；

所述确定模块包括：

第一确定单元，用于根据所述网络拓扑信息、所述资源状态信息和所述业务特征信息分别确定各业务的传输时延和处理时延；

第二确定单元，用于根据所述业务特征信息和所述各业务的传输时延和处理时延确定业务的平均时延；

第三确定单元，用于根据所述网络拓扑信息和所述业务特征信息确定边缘计算服务器的资源占用比例；

第四确定单元，用于根据所述业务的平均时延和所述边缘计算服务器的资源占用比例确定卸载业务的边缘计算服务器；

所述第一确定单元具体用于，根据公式(1)分别确定各业务的传输时延：

其中，M表示M_i的数量之和，M_i表示第i个边缘计算服务器；x_ij∈{0，1}表示第j个业务R_j是否选择M_i卸载，当x_ij＝1时表示业务R_j在M_i卸载，当x_ij＝0时表示业务R_j不在M_i卸载；R_j＝{D_j，W_j}表示业务，D_j表示卸载业务R_j需要传输的数据流量，W_j表示卸载业务R_j需要的计算资源；h_ij表示业务R_j对应的用户终端到M_i的节点对之间的最短距离，单位为跳数；B_l为业务R_j对应的用户终端到M_i之间的链路可用带宽；i、j、l均为大于0的自然数；

根据公式(2)分别确定各业务的处理时延：

其中，f_ij＝f_iy_ij表示M_i可以分配给业务R_j的计算资源，y_ij∈[0，1]表示M_i分配给业务R_j的计算资源的比例，f_i表示M_i的计算能力；

所述网络拓扑信息包括所述h_ij和所述M，所述资源状态信息包括所述B_l、所述f_i和所述y_ij，所述业务特征信息包括所述D_j和所述W_j。

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