业务调度方法、装置、系统和边缘计算节点与流程

1.本公开涉及信息技术领域，尤其涉及一种业务调度方法、装置、系统和边缘计算节点。


背景技术：

2.在工业互联网、物联网、车联网以及高清视频类业务等应用领域中，mec(multi-access edge computing，多接入边缘计算)作为新型计算模型，发挥着越来越重要的作用。边缘计算平台部署在网络边缘，为各类应用提供低时延、高流量的服务，同时也是云端间的数据与业务枢纽。
3.边缘计算节点由于环境限制、建设以及运营成本等因素，自身的计算能力、存储能力、网络吞吐是有限的，当单点的边缘计算节点承受的业务量过大，会造成网络拥塞、数据包丢失或存储、计算资源匮乏而导致业务失效，因此，在各边缘计算节点间进行业务调度是个必然选择。传统的全局业务调度模式是建立一个业务调度平台，采集各边缘节点的负载情况及业务流量，根据一定的优化算法进行业务的调度。这种方案建设成本较高，也增加了运维的成本与负担，同时在中心平台汇聚计算，很可能产生计算延时，影响整体业务的时效。


技术实现要素：

4.本公开要解决的一个技术问题是，提供一种业务调度方法、装置、系统和边缘计算节点，能够实现去中心化的、高效的边缘计算节点的业务全局调度。
5.根据本公开一方面，提出一种业务调度方法，包括：加入到区块链的边缘计算节点接收到业务请求，在确定无法承载业务的情况下，扫描资源区块链账本，确定当前每个边缘计算节点的可用资源情况以及节点地址位置信息；选择距离自身最近的能够满足业务承载需求的边缘计算节点，作为服务节点；以及向业务发起端发送将业务请求重定向到服务节点的响应。
6.在一些实施例中，区块链中作为主节点的边缘计算节点，在接收到各边缘计算节点发送的资源变动记录后，生成区块，并将区块发送至各边缘计算节点；以及各边缘计算节点将接收到的区块写入资源区块链账本。
7.在一些实施例中，各边缘计算节点扫描资源区块链账本，基于各边缘计算节点的可用资源值，选举出主节点。
8.在一些实施例中，选举出主节点包括：各边缘计算节点扫描资源区块链账本，提取各边缘计算节点的资源区块模型中的资源数据，其中，资源数据包括计算资源、存储资源、用户面功能upf容量资源、网络资源和图形处理器gpu资源中的一项或多项；计算各类资源的消耗比率；根据各类资源的消耗比率，确定各类资源在业务承载中的权重；根据各类资源在业务承载中的权重，计算各边缘计算节点的可用资源值；以及将具有最大可用资源值的边缘计算节点，作为主节点。
9.在一些实施例中，资源区块模型包括边缘计算节点标识、边缘计算节点的地址位置信息、以及各类资源的存量资源和可用资源。
10.在一些实施例中，各边缘计算节点在接收到区块后，重新选举出主节点。
11.在一些实施例中，各边缘计算节点若确定自身发生可用资源变动，则生成资源变动记录，并将资源变动记录发送至作为主节点的边缘计算节点。
12.在一些实施例中，各边缘计算节点获取各个边缘计算节点的密钥，利用密钥对接收到的区块进行校验，在校验通过后，将区块写入资源区块链账本。
13.根据本公开的另一方面，还提出一种业务调度装置，包括：业务接口模块，被配置为接收业务请求；资源感知模块，被配置为判断节点资源是否能够承载业务；以及业务调度模块，被配置为在确定无法承载业务的情况下，扫描资源区块链账本，确定当前每个边缘计算节点的可用资源情况以及节点地址位置信息，选择距离自身最近的能够满足业务承载需求的边缘计算节点，作为服务节点，以及向业务发起端发送将业务请求重定向到服务节点的响应。
14.在一些实施例中，控制器，被配置为接收到各边缘计算节点发送的资源变动记录后，生成区块，并将区块发送至各边缘计算节点；以及账本读写模块，被配置为将接收到的区块写入资源区块链账本。
15.在一些实施例中，控制器，被配置为扫描资源区块链账本，基于各边缘计算节点的可用资源值，选举出主节点。
16.在一些实施例中，秘钥管理模块，被配置为存储各个边缘计算节点的密钥；以及校验模块，被配置为获取各个边缘计算节点的密钥，利用密钥对接收到的区块进行校验。
17.根据本公开的另一方面，还提出一种业务调度装置，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行如上述的业务调度方法。
18.根据本公开的另一方面，还提出一种边缘计算节点，包括：上述的业务调度装置。
19.根据本公开的另一方面，还提出一种业务调度系统，包括：多个如上述的边缘计算节点。
20.根据本公开的另一方面，还提出一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述的业务调度方法。
21.本公开实施例中，基于区块链技术进行业务调度，无需建立业务调度平台，能够实现去中心化的、高效的边缘计算节点的业务全局调度。
22.通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
23.构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
24.参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
25.图1为本公开的业务调度方法的一些实施例的流程示意图。
26.图2为本公开的业务调度方法的另一些实施例的流程示意图。
27.图3为本公开的业务调度方法的另一些实施例的流程示意图。
28.图4为本公开的资源区块模型示意图。
29.图5为本公开的业务调度装置的一些实施例的结构示意图。
30.图6为本公开的业务调度装置的另一些实施例的结构示意图。
31.图7为本公开的业务调度装置的另一些实施例的结构示意图。
32.图8为本公开的业务调度系统的一些实施例的结构示意图。
具体实施方式
33.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
34.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
35.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
36.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
37.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
39.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
40.图1为本公开的业务调度方法的一些实施例的流程示意图。
41.在步骤110，加入到区块链的边缘计算节点接收到业务请求，在确定无法承载业务的情况下，扫描资源区块链账本，确定当前每个边缘计算节点的可用资源情况以及节点地址位置信息。
42.区块链技术是一种去中心化的分布式数据管理框架，已应用于许多分布式系统场景。区块链通过去中心化、不可伪造的计算模型，可以高效、低成本的实现分布式可信计算、交易等，目前在金融、物流、工业制造、医疗、物联网等领域广泛应用。该实施例中，在进行业务调度时，采用了区块链技术。
43.在一些实施例中，区块链中作为主节点的边缘计算节点，在接收到各边缘计算节点发送的资源变动记录后，生成区块，并将区块发送至各边缘计算节点；各边缘计算节点将接收到的区块写入资源区块链账本。资源区块链账本存储着节点资源区块链数据，即存储所有边缘计算节点的资源交易(即资源变动)情况。
44.边缘计算节点在接收到业务请求后，读取区块链数据，由于每个边缘计算节点存储信息相同，因此，可以计算各个边缘计算节点的可用资源情况，以及获取每个边缘计算节点的地址位置信息。
45.在步骤120，选择距离自身最近的能够满足业务承载需求的边缘计算节点，作为服务节点。
46.在一些实施例中，根据地理位置，基于就近原则，选择临近的可用资源满足业务需要的节点作为替代节点，便于替代节点快速响应，减少执行业务调度的时延。
47.在步骤130，向业务发起端发送将业务请求重定向到服务节点的响应。
48.上述实施例中，基于区块链技术进行业务调度，无需建立业务调度平台，能够实现去中心化的、高效的边缘计算节点的业务全局调度。
49.图2为本公开的业务调度方法的另一些实施例的流程示意图。
50.在步骤210，各边缘计算节点扫描资源区块链账本，基于各边缘计算节点的可用资源值，选举出主节点。
51.在一些实施例中，选取出主节点的步骤如图3所示，在步骤310，各边缘计算节点扫描资源区块链账本，提取各边缘计算节点的资源区块模型中的资源数据，其中，资源数据包括计算资源c、存储资源s、upf(user plane function，用户面功能)容量资源u、网络资源n和gpu(graphics processing unit，图形处理器)资源g中的一项或多项。
52.在一些实施例中，如图4所示，资源区块模型包括边缘计算节点标识mec_id、边缘计算节点的地址位置信息mec_loc、以及各类资源的存量资源和可用资源。该资源区块模型有很强的可扩展性，可根据边缘计算节点的特点和需求增加资源类型加入统计，适应不断变化的边缘计算节点需求和业务特点。
53.存量资源即已用资源和可用资源的总和。边缘计算节点通常构建为虚拟化平台，可以方便快速响应业务需求，同时也便于生命周期管理，如nfvi架构。边缘计算平台虚拟化后，节点的各资源会分布于各虚拟机、容器中，或者专门的基础设施中，因此节点存量资源的统计为所有单元的总和。其中，vi为单个虚机、容器或其它单元中的计算资源，c为n个单元的计算资源之和；pi为单元upf的容量资源，u为q个upf的容量资源之和；di为单条链路的网络资源，n为t条链路的网络资源之和；si为每个存储单元的存储资源，s为m个存储单元的存储资源之和；wi为单个虚拟机的gpu资源，g为p个虚拟机的gpu资源之和；r为该边缘计算节点的存量资源的集合。
54.δvi为单个虚机、容器或其它单元中的可用计算资源，δc为n个单元的可用计算资源之和；δpi为单元upf的可用容量资源，δu为q个upf的可用容量资源之和；δdi为单条链路的可用网络资源，δn为t条链路的可用网络资源之和；δsi为每个存储单元的可用存储资源，δs为m个存储单元的可用存储资源之和；δwi为单个虚拟机的可用gpu资源，δg为p个虚拟机的可用gpu资源之和；δr为该边缘计算节点的当前可用资源的集合。
55.在步骤320，计算各类资源的消耗比率。
56.在一些实施例中，分别计算计算资源c的占用比例α1、存储资源s的占用比例α2、upf容量资源u的占用比例α3、网络资源n的占用比例α4和gpu资源g的占用比例α5。upf容量资源u的占用比例α3、网络资源n的占用比例α4和gpu资源g的占用比例α5。m为边缘计算节点上链的数量。
57.在步骤330，根据各类资源的消耗比率，确定各类资源在业务承载中的权重。
58.在一些实施例中，分别计算计算资源c在业务承载中的权重β1、存储资源s在业务
承载中的权重β2、upf容量资源u在业务承载中的权重β3、网络资源n在业务承载中的权重β4和gpu资源g在业务承载中的权重β5。和gpu资源g在业务承载中的权重β5。
59.在步骤340，根据各类资源在业务承载中的权重，计算各边缘计算节点的可用资源值。
60.每个边缘计算节点的可用资源值δr＝β1
×
δc+β2
×
δs+β3
×
δu+β4
×
δg。
61.在步骤350，将具有最大可用资源值的边缘计算节点，作为主节点。主节点即区块生产节点，该节点拥有记账权，其他节点为普通节点。
62.在该步骤中，通过选择主节点，能够让当前资源最富裕的节点计算生成区块。
63.在步骤220，各边缘计算节点若确定自身发生可用资源变动，则生成资源变动记录，并将资源变动记录发送至作为主节点的边缘计算节点。
64.在一些实施例中，边缘计算节点接收了新业务或结束某业务，会引起自身可用资源的变化，或者，边缘计算节点扩容后，存量资源与可用资源也都会发生变化，这时，边缘计算节点立刻生成资源区块模型的一条资源变动记录，发送给当前主节点。
65.在步骤230，作为主节点的边缘计算节点，在接收到各边缘计算节点发送的资源变动记录后，生成区块，并将区块发送至各边缘计算节点。
66.每一个区块存储着一定时间段内各边缘计算节点资源变动的数据，每一条交易即为一个边缘计算节点的资源数据模型，区块按照时间顺序成链。
67.在一些实施例中，主节点在接收到第一条资源变动记录后，开始定时，当定时到，则将搜集到的所有记录计算生成新的区块，发送给其它边缘计算节点。
68.在步骤240，各边缘计算节点获取各个边缘计算节点的密钥，利用密钥对接收到的区块进行校验，在校验通过后，将区块写入资源区块链账本。
69.在一些实施例中，各边缘计算节点在接收到区块后，重新选举出主节点。即重新计算各边缘计算节点的可用资源值，将具有最大可用资源值的边缘计算节点，作为主节点，以保证当前主节点为资源最富裕节点。
70.在步骤250，边缘计算节点接收到业务请求，在确定无法承载业务的情况下，扫描资源区块链账本，确定当前每个边缘计算节点的可用资源情况以及节点地址位置信息。
71.在一些实施例中，边缘计算节点接收到业务请求时，获取当前节点空闲资源的情况，判断当前可用资源是否可以为业务提供承载，如果判断无法提供承载，则扫描资源区块链账本，确定当前每个边缘计算节点的可用资源情况以及节点地址位置信息。
72.在步骤260，边缘计算节点根据业务需求，选择距离自身最近的能够满足业务承载需求的边缘计算节点，作为服务节点。
73.在步骤270，边缘计算节点向业务发起端发送将业务请求重定向到服务节点的响应。
74.在上述实施例中，各边缘计算节点通过计算可用资源，选举拥有记账权的主节点，由主节点收集各入链边缘计算节点资源信息，定时生产区块入链，各边缘计算节点在接收
到业务请求后，在自身资源紧张时，扫描区块链中各边缘计算节点资源状态，根据其它边缘计算节点的资源现状，快速实现业务的全局调度，并且，本公开无需建立业务调度平台，能够减少运维成本与负担。
75.图5为本公开的业务调度装置的一些实施例的结构示意图。该业务调度装置包括业务接口模块510、资源感知模块520和业务调度模块530。
76.业务接口模块510被配置为接收业务请求。
77.在一些实施例中，边缘业务终端发起业务请求，业务接口模块510接收该业务请求，并调用资源感知模块520。
78.资源感知模块520被配置为判断节点资源是否能够承载业务。
79.在一些实施例中，资源感知模块520获取当前节点空闲资源的情况，判断当前可用资源是否可以为业务提供承载，如果判断无法提供承载，则会调用业务调度模块530。
80.在一些实施例中，资源感知模块520为探针模块，当边缘计算节点因为接收业务或释放业务产生的可用资源的变动，资源感知模块520实时采集感知，统计节点可用资源，并组装成资源区块模型，将该资源区块模型发送至控制器的资源采集模块。
81.业务调度模块530被配置为在确定无法承载业务的情况下，扫描资源区块链账本，确定当前每个边缘计算节点的可用资源情况以及节点地址位置信息，选择距离自身最近的能够满足业务承载需求的边缘计算节点，作为服务节点，以及向业务发起端发送将业务请求重定向到服务节点的响应。
82.上述实施例中，基于区块链技术进行业务调度，无需建立业务调度平台，能够实现去中心化的、高效的边缘计算节点的业务全局调度。
83.图6为本公开的业务调度装置的另一些实施例的结构示意图。该业务调度装置除了包括上述的业务接口模块510、资源感知模块520和业务调度模块530外，还包括控制器610和账本读写模块620。
84.控制器610被配置为在设置在主节点时，接收到各边缘计算节点发送的资源变动记录后，生成区块，并将区块发送至各边缘计算节点。
85.在一些实施例中，控制器610还被配置为扫描资源区块链账本，基于各边缘计算节点的可用资源值，选举出主节点。例如，扫描资源区块链账本，提取各边缘计算节点的资源区块模型中的资源数据，其中，资源数据包括计算资源、存储资源、upf容量资源、网络资源和gpu资源中的一项或多项；计算各类资源的消耗比率；根据各类资源的消耗比率，确定各类资源在业务承载中的权重；根据各类资源在业务承载中的权重，计算各边缘计算节点的可用资源值；将具有最大可用资源值的边缘计算节点，作为主节点。其中，资源区块链账本630存储着节点资源区块链数据，即存储所有边缘计算节点的资源交易情况。每一个区块存储着一定时间段内各边缘计算节点资源变动的数据，每一条交易即为一个边缘计算节点的资源数据模型，区块按照时间顺序成链。
86.控制器610是节点区块链的核心功能模块，是整个系统的关键模块，控制整个系统的运行。在一些实施例中，控制器610包括区块链交互接口611、区块生产模块612、区块链控制模块613和资源采集模块614。
87.区块链交互接口611位于非主节点时，为读取区块的出入口以及接收主节点发送的区块，区块链交互接口611位于主节点时，为发送区块的出入口，以及资源数据的发送端
口。
88.当前边缘计算节点为主节点时，区块生产模块612接收其他边缘计算节点上报的资源数据，定时生成一个区块。
89.区块链控制模块613是控制器的核心模块，主要的功能一是协同整个控制器的运行，二是当有新的区块入链，扫描资源区块链账本630，计算所有节点的可用资源值，将具有最大可用资源值的边缘计算节点，作为主节点；该模块还内建一个定时器，当本节点为主节点时，该定时器启动区块生产模块612来生产区块。
90.资源采集模块614接收资源感知模块520发送的资源变动的数据，通过区块链交互接口611发送给主节点。
91.账本读写模块620将接收到的区块写入资源区块链账本。
92.在一些实施例中，账本读写模块620还可以将区块数据读出。
93.在上述实施例中，由主节点收集各入链边缘计算节点资源信息，定时生产区块入链，各边缘计算节点在接收到业务请求后，在自身资源紧张时，可以及时确定替代节点，便于快速实现业务的全局调度。
94.在本公开的另一些实施例中，该业务调度装置还包括秘钥管理模块640和校验模块650。秘钥管理模块640被配置为存储各个边缘计算节点的密钥，校验模块650被配置为获取各个边缘计算节点的密钥，利用密钥对接收到的区块进行校验。
95.在一些实施例中，控制器从链上获取区块数据，需要经过完整性校验模块进行校验后，启动将区块写入资源区块链账本中。秘钥管理模块640存储着本边缘计算节点的公私钥及各个边缘计算节点的的公钥等，用于交易数据、区块数据的生成及验证等。校验模块650对区块进行数据有效性、完整性校验。
96.图7为本公开的业务调度装置的另一些实施例的结构示意图。该业务调度装置700包括存储器710和处理器720。其中：存储器710可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器用于存储图1-3所对应实施例中的指令。处理器720耦接至存储器710，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器720用于执行存储器中存储的指令。
97.在一些实施例中，处理器720通过bus总线730耦合至存储器710。该业务调度装置700还可以通过存储接口740连接至外部存储系统750以便调用外部数据，还可以通过网络接口760连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)。此处不再进行详细介绍。
98.在该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，能够实现去中心化的、高效的边缘计算节点的业务全局调度。
99.在本公开的另一些实施例中，保护一种边缘计算节点，边缘计算节点包括上述实施例中的业务调度装置。
100.在本公开的另一些实施例中，如图8所示，保护一种业务调度系统，该业务调度系统包括多个边缘计算节点。多个边缘计算节点构成去中心化的分布式系统，例如，组成私有的节点资源区块链。该实施例中，无需建立业务调度平台，即可实现低成本、高效率的边缘计算节点的业务调度。
101.本公开的方案具有普适性，通用性，跨平台性，可在基于各种平台边缘计算节点上实现，也可在基于实体设备或者虚拟机上部署运行，具有广泛的应用前景。
102.在另一些实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现图1-3所对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
103.本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
104.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
105.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
106.至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
107.虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。