一种基于网络边缘系统的微服务部署和路由方法

技术特征：
1.一种基于网络边缘系统的微服务部署及路由方法，其特征在于，所述网络边缘系统包括多个移动边缘云，多个移动边缘云分布在不同的城市，移动边缘云之间借助光缆进行通信，每一个移动边缘云中部署多个边缘服务器，用于处理网络中用户的请求，多种微服务部署于边缘服务器上，通过不同微服务的组合构成不同功能的微服务链，每一个微服务链对应一种功能；所述微服务部署及路由方法包括：根据用户请求，基于深度强化学习算法得到微服务部署到边缘服务器的最优微服务部署方案和用户请求在网络边缘系统中依次被微服务处理的最优路由方案。2.根据权利要求1所述的微服务部署及路由方法，其特征在于，所述根据用户请求，基于深度强化学习算法得到微服务部署到边缘服务器的最优微服务部署方案和用户请求在网络边缘系统中依次被微服务处理的最优路由方案，包括：根据初始微服务部署矩阵p和用户请求集合，确定各用户请求的路由路径l
rout
；以网络边缘系统的总时延、消耗能量及占用带宽为状态空间，将微服务部署策略作为动作空间a；从所述动作空间a中选择动作a
t
，基于选择的动作a
t
，更新微服务部署矩阵p和路由路径l
rout
，并计算当前动作a
t
的代价以及执行动作a
t
的下一状态空间；将作为四元组，基于四元组样本对q网络进行训练；基于训练后的q网络，根据待处理用户请求，获取最优微服务部署方案以及每一个用户请求的最优路由方案。3.根据权利要求2所述的微服务部署及路由方法，其特征在于，通过如下方式获取初始微服务部署矩阵p：根据用户请求偏好，确定微服务的初始镜像个数，其中，对于微服务n的初始镜像个数，根据下式进行计算：其中，表示来自边缘云k的请求所申请的微服务链s中包含了微服务n；否则，；求得每种微服务的初始镜像数，将镜像集合记为i；将镜像集合i中的镜像随机部署到边缘服务器上，并更新对应的微服务部署矩阵p。4.根据权利要求2所述的微服务部署及路由方法，其特征在于，微服务部署后，网络边缘系统处理单个用户请求所消耗的能量为：其中，为边缘服务器cpu能效系数，为服务器为微服务链s中微服务n所分配的频率，为服务器处理请求所需的周期数，其中，网络边缘系统能耗约束定义为：
其中，e为网络边缘系统能耗的最大值；网络边缘系统总时延t包括服务器处理时延、请求在服务器中的排队时延、请求在单边缘云中的传递时延和请求跨边缘云的传输时延，表示如下：其中，为各时延的影响因子，s为微服务链的总数，k为边缘云个数。5.根据权利要求2所述的微服务部署及路由方法，其特征在于，所述微服务部署策略包括微服务的镜像个数改变与微服务具体部署位置改变，从所述动作空间a中选择动作a
t
，基于选择的动作a
t
，更新微服务部署矩阵p和路由路径l
rout
，包括：基于选择的动作a
t
，将微服务的镜像部署于边缘服务器上，更新对应的部署矩阵p：其中，来自边缘云k的请求所申请的微服务链m中包含了微服务n，在将微服务的镜像部署于边缘服务器上时，需满足约束条件：同一边缘服务器上镜像个数不超过服务器核心数，表示如下：其中，表示镜像i是否部署在了边缘云k的服务器p上，若已部署，则为1；否则为0，为边缘云k的服务器p的最大核数；以及同种微服务的多个镜像不能部署在同一服务器上，表示为：以及同种微服务的多个镜像不能部署在同一服务器上，表示为：以及同种微服务的多个镜像不能部署在同一服务器上，表示为：，n为微服务集合；基于更新的部署矩阵p，根据用户请求获取用户所申请的微服务链集合，按照微服务链集合中的微服务链的长短进行顺序处理；根据微服务链集合中的微服务链的构成，依次找到微服务对应镜像，选择空闲且距离请求当前位置最近的服务器进行访问，若所述服务器满足条件，则将镜像所属服务器添加到路径中；否则，在有剩余容量的服务器上随机增加对应镜像，并将此服务器
作为请求的下一访问点，对应的服务器加入路径；用符号*标记已被占用的服务器及镜像，从链中删除已规划访问路径的微服务；若微服务链已经规划访问节点完毕，则将添加到集合l
rout
中。6.根据权利要求5所述的微服务部署及路由方法，其特征在于，基于ucb策略从动作空间中选择动作a
t
，其选择依据为：其中，为当前状态下、对应动作a
t
对应的q值，即q网络的输出，为影响因子，为对动作a
t
不确定性的度量，其表达式为：其中，t为迭代轮次，为动作a
t
被选择的次数。7.根据权利要求4所述的微服务部署及路由方法，其特征在于，所述计算当前动作a
t
的代价，包括：其中，分别为影响因子，t为网络边缘系统总时延，为网络边缘系统在当前状态s
t
下的总能耗。8.根据权利要求2所述的微服务部署及路由方法，其特征在于，所述将作为四元组，基于四元组样本对q网络进行训练，包括：对于每一四元组样本，计算目标q值：其中，为目标q网络的权重，为影响因子，表示 对y值影响的重要程度，采用梯度下降法更新q网络的权重，q网络的损失函数为：每经过次迭代，将q网络复制到目标q网络，以更新目标q网络，将网络边缘系统更新到新的状态；基于损失函数迭代更新q网络的权重，若迭代达到t次，则结束迭代过程，获得训练后的q网络。

技术总结
本发明提供一种基于网络边缘系统的微服务部署及路由方法，网络边缘系统包括多个移动边缘云，每一个移动边缘云中部署多个边缘服务器，用于处理网络中用户的请求，多种微服务部署于边缘服务器上，通过不同微服务的组合构成不同功能的微服务链，每一个微服务链对应一种功能。基于该网络边缘系统采用一种联合优化的方式同时解决微服务部署问题和用户请求路由问题，提高网络部署方案与请求路由的相互适应性，以降低网络时延与能耗，能应对海量的移动用户请求。此外考虑了不同微服务之间的相互依赖性，通过有效解决各微服务之间的通信依赖关系，有效降低了系统的处理时延、运行能耗，提升了用户的体验感。了用户的体验感。了用户的体验感。


技术研发人员：彭凯 邹芷青 桂宾 邓天平 王德胜 魏岚
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/4/12