边缘数据中心光网络中计算资源部署与任务调度策略研究
发布时间：2021-10-18 12:39
随着边缘计算的快速发展,边缘数据中心作为提供存储和计算能力的基础设施得到广泛关注,而光网络凭借其低时延大容量传输能力在边缘数据中心互联网络中扮演着重要的角色。融合边缘计算和光网络技术的边缘数据中心光网络已成为未来网络的重要应用场景之一。边缘数据中心光网络呈现“边随网动”和“密集型边互联”两个发展趋势。围绕不同趋势,出现了计算资源部署和多个具有关联子任务相关流任务调度问题。针对上述问题,重点研究了边缘数据中心部署、相关流任务分配和分布式数据处理,形成以下三项创新成果。（1）提出一种面向差异化需求的边缘数据中心分层部署和负载分配机制。针对“边随网动”趋势下的计算资源部署问题,提出边缘数据中心分层部署和负载分配策略。首先,通过分析5G无线接入网（RAN）架构中分布式处理单元（DU）和集中式处理单元（CU）节点处时延、带宽和部署成本特性,建立了成本模型、网络时延模型和处理时延模型。其次,在考虑计算和网络资源受限的前提下,将边缘数据中心部署和负载分配问题描述成一个以最小化部署成本和时延为目标的混合整数非线性规划（MINLP）问题,并设计基于递归算法和基于熵权法和TOPSIS方法的边缘数据中心分层...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１数据中心光网络（ａ）云数据中心光网络，（ｂ）边緣数据中心光网络??边缘计算作为一种新型计算模式逐渐受到关注［４］
北京邮电大学工学博士学位论文????表１－１边缘计算和云计算的区别???出六?ＳＭ?网络中?撕旦￣选取??＾?范围?能力?＾?位置?位置??云计算?广强大?核心网?少?固定??边缘计算?有限?弱?小?边缘网?多?灵活??根据边缘计算的思想［５１，图１－２为边缘计算架构。该架构主要包括终端设备、??边缘数据中心和云数据中心。其中，终端设备包括连接到网络的所有类型的设备；??边缘数据中心部署在终端设备与云数据中心之间，服务各种边缘应用（边缘医疗、??智能跟踪等云数据中心是托管在核心网上的云基础设施。??Ｍ?Ｊ??．?Ｃｏｒｅ?Ｄａｔａｃｅｎｔｅｒ?．??／?＼??＾ｄｇｅＤａｔａｃｅｎｔｅｒ?＾－＾Ｅｄｇｅ?Ｍｔａｃｅｎｔｅ．??ｒ?＼??Ｘ＾Ｓｈｏｐｐｉｎｇ?Ｃｅｎｔｅｒ＾／?Ｓｃｈｏｏｌ?’??图１－２边缘计算架构图ｌ４】??１．２．１．１边缘计算的范例??在边缘计算的发展过程中，出现了各种旨在网络边缘工作的新技术，这些技??术的原理相同但侧重点不同，如微云｜６］、边缘／微数据中心［７】、雾计算｜８＇９］和移动??边缘计算Ｗ?（即多接入边缘计算＠］）。然而，边缘计算界尚未就边缘计算的标准??化定义、体系结构和协议达成共识｜１１］。对于这一组新兴技术，使用一个通用术语??“边缘计算”。在小本节中，将介绍并区分不同的边缘计算概念。??（１）微云和边缘／微数据中心??微云被定义为计算机集群，为附近的移动设备提供计算能力，其可以看作是??一个“盒子里的数据中心”，运行虚拟机，其核心思想是使云接近用户端。与微??４??
第一章绪论??＇?■?Ｙ?／Ｉ??ｒ?ｉｆｙ??图１－４协同计算操作示意图（ａ）?“互补型”协同计算（ｂ）?“协作型”协同计算??１．２．２光网络技术??由于边缘数据中心部署数量多，且单个容量有限，某些特殊业务请求下无法??单独为用户提供服务，多边缘数据中心协作是边缘数据中心网络的典型工作场景??之一。并且，在边缘数据中心协作场景下，由于单个边缘数据中心的处理和存储??能力有限，原有云数据中心内的数据交互也变为了边缘数据中心间的通信，需要??确保边缘数据中心互联基础设施的传输能力。因此，边缘数据中心间通过光网络??互联显得尤为重要。??光网络以光纤为传输介质，具有传输速度快、传输距离长、容量大等特点｜｜５］。??近年来，国内外研宄学者为了提高频谱利用率和增加通道数量致力于复用技术的??研究。其中基于波分复用（ＷＤＭ）技术的光网络和基于正交频分复用（ＯＦＤＭ）??技术的光网络受到广泛关注。??１．２．２．１?ＷＤＭ?光网络??（１）?ＷＤＭ光网络简介??ＷＤＭ技术是指一根光纤中存在多个不同的波长，ＷＤＭ的本质是：在网络??发送端，将多种波长利用光复用器汇集并耦合到一根光纤上；在网络接收端，不??同波长的光信号通过解复用器进行分散｜１６］。其中，为了避免相邻波长之间信号干??扰，各个波长之间需要设定一定的距离。在ＷＤＭ网络中，源节点和目的节点之??间的链路被称为光路，每个光路由一条或者多条链路组成。不同链路之间通过光??交叉互联器连接。光交叉互联器可以保证光路选择光域路径，数据在链路上传播??时，不需要经过任何的电处理，减少了电层设备的使用，提高了网络数据的吞吐??量。??ＷＤＭ技术的优点有｜｜７｜：?１）超大容
【参考文献】：
期刊论文
[1]On Cost Aware Cloudlet Placement for Mobile Edge Computing[J]. Qiang Fan,Nirwan Ansari. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2019(04)
本文编号：3442815
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１数据中心光网络（ａ）云数据中心光网络，（ｂ）边緣数据中心光网络??边缘计算作为一种新型计算模式逐渐受到关注［４］
北京邮电大学工学博士学位论文????表１－１边缘计算和云计算的区别???出六?ＳＭ?网络中?撕旦￣选取??＾?范围?能力?＾?位置?位置??云计算?广强大?核心网?少?固定??边缘计算?有限?弱?小?边缘网?多?灵活??根据边缘计算的思想［５１，图１－２为边缘计算架构。该架构主要包括终端设备、??边缘数据中心和云数据中心。其中，终端设备包括连接到网络的所有类型的设备；??边缘数据中心部署在终端设备与云数据中心之间，服务各种边缘应用（边缘医疗、??智能跟踪等云数据中心是托管在核心网上的云基础设施。??Ｍ?Ｊ??．?Ｃｏｒｅ?Ｄａｔａｃｅｎｔｅｒ?．??／?＼??＾ｄｇｅＤａｔａｃｅｎｔｅｒ?＾－＾Ｅｄｇｅ?Ｍｔａｃｅｎｔｅ．??ｒ?＼??Ｘ＾Ｓｈｏｐｐｉｎｇ?Ｃｅｎｔｅｒ＾／?Ｓｃｈｏｏｌ?’??图１－２边缘计算架构图ｌ４】??１．２．１．１边缘计算的范例??在边缘计算的发展过程中，出现了各种旨在网络边缘工作的新技术，这些技??术的原理相同但侧重点不同，如微云｜６］、边缘／微数据中心［７】、雾计算｜８＇９］和移动??边缘计算Ｗ?（即多接入边缘计算＠］）。然而，边缘计算界尚未就边缘计算的标准??化定义、体系结构和协议达成共识｜１１］。对于这一组新兴技术，使用一个通用术语??“边缘计算”。在小本节中，将介绍并区分不同的边缘计算概念。??（１）微云和边缘／微数据中心??微云被定义为计算机集群，为附近的移动设备提供计算能力，其可以看作是??一个“盒子里的数据中心”，运行虚拟机，其核心思想是使云接近用户端。与微??４??
第一章绪论??＇?■?Ｙ?／Ｉ??ｒ?ｉｆｙ??图１－４协同计算操作示意图（ａ）?“互补型”协同计算（ｂ）?“协作型”协同计算??１．２．２光网络技术??由于边缘数据中心部署数量多，且单个容量有限，某些特殊业务请求下无法??单独为用户提供服务，多边缘数据中心协作是边缘数据中心网络的典型工作场景??之一。并且，在边缘数据中心协作场景下，由于单个边缘数据中心的处理和存储??能力有限，原有云数据中心内的数据交互也变为了边缘数据中心间的通信，需要??确保边缘数据中心互联基础设施的传输能力。因此，边缘数据中心间通过光网络??互联显得尤为重要。??光网络以光纤为传输介质，具有传输速度快、传输距离长、容量大等特点｜｜５］。??近年来，国内外研宄学者为了提高频谱利用率和增加通道数量致力于复用技术的??研究。其中基于波分复用（ＷＤＭ）技术的光网络和基于正交频分复用（ＯＦＤＭ）??技术的光网络受到广泛关注。??１．２．２．１?ＷＤＭ?光网络??（１）?ＷＤＭ光网络简介??ＷＤＭ技术是指一根光纤中存在多个不同的波长，ＷＤＭ的本质是：在网络??发送端，将多种波长利用光复用器汇集并耦合到一根光纤上；在网络接收端，不??同波长的光信号通过解复用器进行分散｜１６］。其中，为了避免相邻波长之间信号干??扰，各个波长之间需要设定一定的距离。在ＷＤＭ网络中，源节点和目的节点之??间的链路被称为光路，每个光路由一条或者多条链路组成。不同链路之间通过光??交叉互联器连接。光交叉互联器可以保证光路选择光域路径，数据在链路上传播??时，不需要经过任何的电处理，减少了电层设备的使用，提高了网络数据的吞吐??量。??ＷＤＭ技术的优点有｜｜７｜：?１）超大容
【参考文献】：
期刊论文
[1]On Cost Aware Cloudlet Placement for Mobile Edge Computing[J]. Qiang Fan,Nirwan Ansari. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2019(04)
本文编号：3442815
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