移動邊緣計算環境下邊緣服務器放置方法研究

閱讀材料來自:趙亞莉. 移動邊緣計算環境下的邊緣服務器放置方法研究[D].北京郵電大學,2018.

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        這段時間我一直在閱讀邊緣計算方面的論文,心裏一直有這個疑惑,這個邊緣計算的服務器承載了雲端下沉的雲計算能力,但不明白這個邊緣計算服務器該放在哪個環節,如何放置。這篇論文讓我對於這個問題有了個大概的認知和理解,但這篇文章也存在些不足,它說的有些不清不楚,開頭講的技術知識還好,後面的解決方案不知所云,有點強行解釋的感覺。但總的來說還是有很多可以學習的地方。

        首先衆所周知隨着互聯網的快速發展,如今每天網絡上海量的數據,如果這些數據都交由雲計算平臺處理的話,無論如何優化雲計算平臺本身都是承載的,勢必會難以滿足一些用戶對於實時性和低延遲的要求。而且這種情況只會越來越多。那麼邊緣計算的出現就是爲了解決以上的挑戰,通過將雲計算平臺的計算和存儲能力下沉到網絡邊緣(基站)來減少大量請求對雲計算平臺網絡、計算和存儲的壓力。而且由於邊緣計算服務器距離用戶比較近,可以及時的爲用戶的終端應用提供提供信息技術和雲計算能力。按照歐洲電信標準協會的定義,邊緣計算的目的是提供計算和存儲資源來降低核心網到邊緣網絡的訪問延遲、提高業務傳送能力、提高網絡運營效率、優化終端用戶體驗。可見邊緣計算的採用和實施是與如今雲計算平臺是相輔相成的,而且一些論文中提到目前5G的發展對於邊緣計算來說又是一個機會。

        本片文章主要介紹的是移動邊緣計算技術。目前主要的關鍵技術分別爲邊緣雲放置、計算卸載、服務遷移、羣智協同四個技術。這篇文章研究的就是其中的邊緣雲放置問題。按照這篇論文介紹,目前邊緣服務器到底放在哪些位置並沒有明確的規定,論文中邊緣服務器是放置在蜂窩基站附近,與蜂窩基站配合使用。邊緣服務器放置問題是在一定的地理位置範圍內,考慮用戶和資源等的約束限制,在滿足用戶需求和目標的前提下,按照一定的策略爲邊緣服務器選擇合適的地理位置來達到資源利用率高、網絡時延小的目的。通俗點說就是邊緣服務器肯定要放置在離用戶不遠的地方(蜂窩基站),然後一座城市內的所有邊緣服務器在給用戶提供高效的計算存儲能力的同時這些緣服務器之間還要能夠負載均衡,不會造成資源的浪費。

                               

        如圖2-1,下面從移動通訊網絡的角度解釋移動邊緣計算的概念。移動通信網絡主要分爲三部分,無線接入網、移動核心網、應用網絡,即雲數據中心。無線接入網由無線基站組成,主要負責將移動終端設備接入網絡。通俗的說,不管是智能手機、平板電腦,在移動通信網絡中,只有先接入基站才能上網。移動核心網由大量的高性能路由器和服務器組成,負載將無線基站連接到外部網絡,同時負責計費服務。應用網絡即各種服務器工作的地方,是由大量的數據中心、服務器甚至PC組成。這三種網絡在移動終端設備和應用服務器之間交替傳遞數據,完成移動用戶的各種需求。然而隨着各種新型業務的不斷涌現,比如增強現實AR、虛擬現實VR、車聯網等,對網絡的高帶寬和低時延的要求越來越高,這種傳統的網絡結構已經無法滿足日益增長的用戶需求,移動邊緣計算技術開始出現了。從圖2-1可以發現,移動邊緣技術即將數據中心的密集型網絡業務"下沉"到更接近移動用戶的無線接入網邊緣,在基站附近部署移動邊緣服務器。傳統的雲數據中心是集中式的大數據處理模式,邊緣雲是邊緣式的大數據處理模式。由於移動邊緣計算位於無線接入網內並接近移動用戶,因此可以滿足高帶寬、低時延的需求來提高服務質量和用戶體驗。同時,移動邊緣計算通過在網絡邊緣部署服務和緩存,中心網絡不僅可以減少網絡擁塞,還能高效的響應移動用戶的請求。

                                           

        下面簡單介紹下移動邊緣計算的架構。如圖2-2,移動邊緣計算架構包括三個部分,分別是邊緣移動終端設備(如智能手機、物聯網設備、智能車等)、邊緣雲和遠端雲(或大規模雲計算中心、大雲)。其中,邊緣設備可以連接到網絡;邊緣雲是部署在移動基站上小規模的雲計算中心,負責網絡流量控制(轉發和過濾)和管控各種移動邊緣服務和應用,其也可以看作是在互聯網上託管的雲基礎設施;當邊緣設備的處理能力不能滿足自身需求時,可以通過無線網絡將計算密集型任務和海量數據遷移至邊緣雲處理,而當邊緣雲不能滿足邊緣設備的請求時,可以將部分任務和數據迀移至遠端雲處理。這裏剛好解釋了遠端雲和邊緣雲的關係,兩者是相輔相成的關係,雲計算和邊緣雲計算的結合可以更好的解決這個萬物互聯時代的海量數據處理問題。

        還有關於移動邊緣計算的特點、應用場景和實際案例介紹感興趣的可以下載論文看看。

        下面就是重點了,邊緣服務器如何放置。論文裏提供了兩種算法K-means聚類算法和混合整數規劃算法。然後大概就是網絡中延遲是按照距離比例來算的,距離邊緣服務器遠的延遲大,距離近的延遲小,同時考慮邊緣服務器之間的負載均衡。同時考慮兩個約束。

  1. 任意兩個邊緣服務器負責的基站沒有交叉,並且所有邊緣服務器負責的基站是全部基站的集合。
  2. 每一個基站都有一個所屬的邊緣服務器,並且該邊緣服務器負責處理它覆蓋基站下所有移動用戶的網絡訪問請求。

         具體方法我不知道怎麼總結,具體的看論文吧。如果不方便下來的留言,我給你百度雲盤的鏈接。

       

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