本技术涉及一种移动边缘计算服务器集群的自动扩展方法及其系统。该方法包括伸缩冷却时间与周期T的设定,旨在优化资源分配和响应速度。
背景技术
移动边缘计算(mobile edge computing,MEC)通过将计算和存储资源放置在网络边缘,实现低延迟和高带宽的数据传输,提供了更快的响应时间和优质用户体验。MEC服务器集群是指部署在网络边缘的一组服务器,其能够通过分布式计算与协同处理来提升计算性能与处理能力。集群中的服务器可以共同处理复杂任务,将计算负载分摊到多个节点上,从而提高整体计算效率与吞吐量。目前,基于容器虚拟化技术的MEC服务器集群具有部署高效、可扩展性强的优势,简化了应用的部署与运维流程。其中,常用的容器虚拟化技术为Kubernetes。在Kubernetes实现的MEC服务器集群中,每一个使用资源的实例称为Pod,每一个提供资源的节点称为Node。Kubernetes中计算资源主要为中央处理器(centralprocessing unit,CPU)和内存,Kubernetes在调度这两种计算资源时,主要是通过将申请该两种资源的Pod调度到最优的集群节点上。Kubernetes自动伸缩主要为水平自动伸缩(horizontalpod auto-scaler,HPA),HPA指根据环境变化动态调整Pod副本数量,是Kubernetes中动态资源管理的关键研究方向。此外,调度器是Kubernetes核心组件之一,调度器根据预设的调度策略和条件,将Pod分配到合适的节点上,以实现资源的均衡分配和最优利用。目前,已有HPA的自动伸缩机制在获得指标变化信息后再做出伸缩决策,无法很好地处理突发的服务负载变化,会导致资源的浪费,违反服务等级协议(service levelagreement,SLA),降低用户服务体验。针对这一问题,部分技术方案提出了基于预测的主动式伸缩方式,然而大部分主动式伸缩的研究依赖于传统的优化方法或基础的强化学习框架,这些方法在捕捉动态网络变化和集群边缘节点异质性方面存在局限性。相比之下,多智能体强化学习(multi-agent reinforcement learning,MARL)在应对这些变化方面更为有效,使其成为解决MEC服务器集群自动伸缩问题的更优方法。
在MEC服务器集群中,水平自动伸缩的研究涉及到节点工作负载的变化和集群资源利用效率的考量。当前,MEC集群中水平自动伸缩面临以下难点问题:
1)当前的技术方案大多致力于改进Kubernetes的原生响应式伸缩机制,这种机制在监测到指标变化后才执行伸缩操作,可能会造成服务延迟,影响用户体验。
2)一些技术方案尝试通过单一的机器学习或深度学习模型来进行预测性伸缩,但这些模型往往难以精确预测应用的负载变化。为了提高预测的准确性,部分方案采用将不同的预测模型结合的方式形成组合预测模型。这种组合预测模型能够根据应用负载的多种特征进行更准确的预测,从而优化伸缩决策,减少服务延迟,提升用户服务体验。服务器集群负载资源是一组具有长时间依赖的时间序列数据,针对长时间依赖的时间序列数据,需要对单一预测模型的网络结构进行组合以提高预测精度。
3)现有技术方案往往依赖于传统的单智能体强化学习算法来处理自动伸缩决策问题,这类方案没有充分考虑到集群边缘节点在资源分配时的相互协作与竞争关系。这种局限性可能导致资源分配不够高效,无法满足边缘计算环境中对实时性和动态性的需求。
因此,如何提供一种能够节约问答时间且降低工作成本的基于移动边缘计算服务器集群的自动伸缩方法,成为本领域急需解决的问题。
实现思路