Способ выбора маршрута миграции микросервиса в сети динамических Туманных вычислений Российский патент 2024 года по МПК H04L12/00 

Изобретение относится к области проектирования сетей связи и формирования процессов передачи данных, а именно к организации маршрутизации пакетов в сети.

Известны различные технические решения в рассматриваемой области.

Так, известен способ маршрутизации сообщений от узла источника к узлу назначения в динамической сети (патент РФ на изобретение №2331159, МПК H04L 12/56, опубл. 10.08.2008 г.). Способ заключается в том, что ретрансляционные узлы при передаче данных во временных ad hoc сетях избираются из собственных таблиц маршрутизации узлов, инициирующих передачу данных, где каждая запись в таблице соответствует определенному узлу-соседу исходного узла с указанием значения вероятности выбора этого узла-соседа в качестве транзитного при передаче данных. Для обновления записей в таблицах маршрутизации используются сами пакеты с данными, содержащие также служебную информацию для актуализации значений вероятностей в таблицах маршрутизации на основе собранных данных о качестве тех или иных каналов связи.

Недостатком известного способа является метод маршрутизации - предлагается стохастическая маршрутизация, которая не в полной мере подходит для определения эффективного пути миграции микросервиса, но подходит для постоянной передачи данных между узлами, так как базируется на создании и поддержке актуальности собственных таблиц маршрутизации каждого узла сетевой инфраструктуры. Определение же эффективного пути миграции микросервиса должно осуществляться по запросу и не основываться на существующих неизменяемых таблицах маршрутизации при выборе ретрансляционных узлов, чему не в полной мере соответствует метод маршрутизации, описанный в известном изобретении, но чему полностью соответствует предлагаемый метод. Более того, при оценке вероятности выбора узла в записях таблиц маршрутизации в известном изобретении, вовсе не учитывается состояние конкретного узла и возлагаемая на него нагрузка, что неважно для взаимосвязи конкретных узлов в сети между собой, однако важно для определения эффективного пути миграции микросервиса.

Известен также способ создания виртуальных сетей, охватывающих множество общедоступных облаков (патент РФ на изобретение №2766313, МПК H04L 12/46, опубл. 15.03.2022 г.). В описании изобретения большее внимание уделено именно проектированию архитектуры сети, однако также описан предлагаемый способ маршрутизации сообщений. Способ заключается в том, что на основе измеряемых параметров о качестве соединений между узлами сети формируется собственная матрица результатов измерений каждым конкретным узлом, каждый из которых далее передает построенную матрицу на уровень обработки измерений в сети, который на основе полученной информации генерирует агрегированную матрицу сетки, далее передаваемую на уровень идентификации пути, формирующий на ее основе графы маршрутизации, с последующим удалением «плохих» соединений из созданных графов, оценкой весов каналов связи на основе некоторых параметров (например, задержка канала связи, значение потерь канала связи и т.д.), после чего получившиеся таблицы маршрутизации передаются на облачные элементы для дальнейшего контроля маршрутизации сообщений в сети. Способ предлагает многопутевую и адаптивную централизованную маршрутизацию, который также подразумевает определение тех или иных путей для передачи данных строго на основе созданных и поддерживаемых таблиц маршрутизации, причем вычисление стоимостей каналов связи контролируется предназначенными для этого специальными уровнями архитектуры сети.

Недостатком известного способа является также предлагаемый вид маршрутизации, близкий к стохастической маршрутизации, хотя и само вычисление стоимости маршрутов близко к предлагаемому способу и происходит с оценкой качества каналов связи. Однако, оценка учитывает лишь параметры состояния канала связи, но не состояние самих узлов, через которые тот или иной канал связи пролегает, что не важно для постоянной передачи данных между узлами, но важно для определения эффективного маршрута миграции микросервиса.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям аналогом к заявленному способу является изобретение, принятое за прототип, описывающее систему из SDN-контроллера, системы центра обработки данных и способа маршрутизируемого соединения (патент РФ на изобретение №2651149, МПК H04L 12/931, опубл. 18.04.2018 г.). Способ маршрутизации, описываемый в известном изобретении, заключается в отслеживании соответствия качества канала связи предварительно установленным требованиям к качеству связи, причем в случае, когда соединение не позволяет обеспечить необходимые QoS, инициируется отправка запроса к SDN-контроллеру на вычисление иного маршрута передачи данных на замену исходному, «плохому» соединению. В соответствии с идеей концепции SDN-сетей, SDN-контроллер осуществляет управление над уровнем передачи данных, в том числе контролирует таким образом и процесс маршрутизации.

Недостатком известного способа является то, что определяется именно единичный канал связи и именно с целью замены используемого ранее «плохого» соединения между узлами сети. В этом смысле хоть и применяется реактивная маршрутизация, так как вычисление нового канала связи происходит по запросу, однако с точки зрения маршрутизации происходит лишь замена одного соединения между двумя конкретными узлами на более соответствующее требованиям к качеству связи другое соединение, но не вычисляется маршрут для конкретного вида передачи данных, что необходимо для определения эффективного пути миграции микросервиса. Более того, при оценке канала связи состояние самих узлов сети также не учитывается. Предлагаемый способ учитывает нагрузку, возлагаемую на устройства в сети, что неважно для постоянной передачи данных между узлами, но важно для определения эффективного пути миграции микросервиса.

Таким образом, техническая проблема заключается в неэффективном потреблении сетевых и вычислительных ресурсов Туманных узлов при миграции микросервисов через них; используются коммуникации D2D, и мигрирующий сервис не проходит через базовую станцию, а пересылается через узлы сети, которые в этот же момент времени являются исполнителями задач и подвержены определенной нагрузке, которая при возрастании от необходимости приема и передачи пакетов от сторонних узлов в процессе миграции микросервиса, может препятствовать стабильной работе сети.

Технический результат заключается в повышении эффективности использования сетевых и вычислительных ресурсов при соблюдении требований QoS в процессе миграции, а именно в минимизации вероятности увеличения времени отклика микросервисов транзитных узлов маршрута миграции на запросы пользователей, а также вероятности отказов микросервисов.

Достигается технический результат тем, что в способе выбора маршрута миграции микросервиса в сети динамических Туманных вычислений, заключающемся в отслеживании соответствия качества работы этой сети предварительно установленным требованиям к качеству связи и обслуживания, причем в случае, когда текущее распределение микросервисов по Туманным узлам не позволяет обеспечить необходимые QoS, инициируется отправка запроса оркестратору на вычисление маршрута миграции микросервиса с того или иного узла на другой при условии, что перед этим по иному алгоритму был вычислен подходящий узел назначения миграции, согласно изобретению, осуществляется постоянный контроль и мониторинг состояния сети и ее элементов с хранением и обновлением статистики загруженности узлов Туманных вычислений и расчетом на основе этих данных оптимального маршрута, в том числе с учетом прогнозирования предстоящих нагрузок на сетевые элементы, при этом главной характеристикой маршрута принимается стоимость миграции через него, которая рассчитывается на основании самых важных параметров состояния сети, которые отслеживаются непрерывно и незамедлительно в реальном времени узлами Туманных вычислений и пересылаются по сети по служебным каналам связи к оркестратору Туманных вычислений, далее получаемая статистика записывается в отдельное временное хранилище с целью дальнейшего анализа - определения оптимального маршрута не на основе только текущих данных о нагрузке, но также обращаясь к ранее полученным данным за определенный промежуток времени, а при возникновении необходимости в миграции микросервиса, запускается алгоритм определения оптимального маршрута, что происходит при каждом случае подготовки к миграции микросервиса, так как в рассматриваемой сети число активных узлов, а также связей между ними являются случайными, изменяющимися параметрами, далее определенные маршруты расщепляются на отдельные существующие каналы связи, что необходимо из-за различающихся нагрузок как на каждом узле сети, так и на каждом соединении между узлами, затем каждый из определенных каналов связи подвергается анализу с численным расчетом стоимости миграции микросервиса через них, определяется стоимость каждого маршрута от узла i до узла j, оркестратор на основе рассчитанных стоимостей определяет самый эффективный из них, путем минимизации целевой функции, полученный маршрут принимается за оптимальный, и сообщается вместе с остальной служебной информацией соответствующим узлам сети по служебным каналам связи, узлы принимают от оркестратора указания, после чего происходит миграция микросервиса с узла i на узел j по наиболее эффективному маршруту среди всех доступных в сети.

Сущность предлагаемого способа поясняется следующим графическим материалом, представленным на фигурах:

фиг. 1 - обобщенная структурно-логическая последовательность способа определения оптимального маршрута миграции микросервиса;

фиг. 2 - схема, описывающая взаимодействия оркестратора Туманных вычислений и n-го Туманного узла.

За счет постоянного контроля и мониторинга состояния сети и ее элементов с хранением и обновлением статистики загруженности узлов Туманных вычислений и расчетом на основе этих данных оптимального маршрута и последующей миграции микросервиса через него, а не через любой другой доступный путь, минимизируется вероятность увеличения времени отклика микросервисов транзитных узлов на запросы пользователей, минимизируется вероятность отказов микросервисов.

Главной характеристикой маршрута принимается стоимость миграции через него; стоимость маршрута рассчитывается на основании самых важных параметров состояния сети, причем некоторые из них в том числе относятся к параметрам, определяющим QoS, на данный момент обозначенных как: использование ресурсов процессора узла, использование ресурсов оперативной памяти узла, доля потерянных пакетов при передаче данных через канал связи, задержка при передаче данных через канал связи. Эти параметры отслеживаются в реальном времени и пересылаются по сети по служебным каналам связи к оркестратору Туманных вычислений, который является узлом, контролирующим процесс миграции. Получаемая статистика записывается в хранилище и анализируется, а при возникновении необходимости в миграции микросервиса запускается алгоритм определения оптимального маршрута.

Согласно фиг. 1, в блоке 1 осуществляется опрос узлов сети с целью сбора информации о состоянии сети для последующих расчетов и также прогнозирования предстоящих нагрузок на сетевые элементы. Сообщение между контролирующим узлом (оркестратором) и дочерним узлом (Туманным) осуществляется по служебным каналам связи, в виду особой важности этого сообщения. Узлы Туманных вычислений непрерывно прослушивают служебный канал связи и при получении запроса от оркестратора незамедлительно отправляют в ответ запрашиваемые параметры состояния, не прерывая при этом свою основную деятельность.

В блоке 2 оркестратор получает отправленные узлами данные, классифицирует полученные значения, относит их к категории либо характеристик состояния узла, либо характеристик состояния канала связи.

В блоке 3 сгруппированные показатели записываются оркестратором в отдельное временное хранилище с целью дальнейшего определения оптимального маршрута не на основе только текущих данных о нагрузке, но также обращаясь к ранее полученным данным за определенный промежуток времени. Статистика хранится только за этот временной промежуток, наиболее поздние данные с получением новых отбрасываются.

В блоке 4 при возникновении необходимости миграции микросервиса с узла i на узел j оркестратор определяет все маршруты, пролегающие между этими узлами. Данное действие не является одноразовым и должно производиться при каждом случае подготовки к миграции микросервиса, так как в рассматриваемой сети число активных узлов, а также связей между ними являются случайными, изменяющимися параметрами, что обуславливает необходимость поддержания на этот счет актуальной информации.

В блоке 5 определенные маршруты расщепляются на отдельные существующие каналы связи, что необходимо из-за различающихся нагрузок как на каждом узле сети, так на каждом соединении между узлами.

В блоке 6 каждый из определенных каналов связи подвергается анализу с численным расчетом стоимости миграции микросервиса через них. Обращаясь к математической модели алгоритма, расчет стоимости соединения происходит согласно утверждению:

где edgeOptions_i,j - параметры, описывающие состояние соединения, а topOptions_j - параметры, описывающие состояние узла, в которое ведет соединение. Упомянутые параметры ранее были определены как нагрузка процессора CPU узла j, нагрузка оперативной памяти RAM узла j, задержка D на канале связи показатели потери пакетов PL на канале связи (i, j). При этом каждый из параметров умножается на свой вес, обозначающий приоритетность отдельного параметра по отношению к остальным:

где w_CPU=w_D=w_PL=0,275, w_RAM=0,175. Перечисленные веса w были определены методом парных сравнений, примененным по отношению к определенным важным характеристикам состояния сети и ее узлов в текущей задаче.

В блоке 7 оркестратор определяет стоимость каждого маршрута от узла i до узла j согласно утверждению:

где ƒ_i,j - стоимость n-го канала связи, входящего маршрут, определенная в утверждении (2). Таким образом, стоимость всего маршрута определяется суммой стоимостей всех каналов связи, составляющих маршрут.

В блоке 8 оркестратор на основе рассчитанных стоимостей маршрутов определяет самый эффективный из них, путем минимизации целевой функции (3):

Полученный маршрут принимается за оптимальный, и в блоке 9 сообщается вместе с остальной служебной информацией (способ миграции, узел отправления, узел назначения и т.д.) соответствующим узлам сети по служебным каналам связи. Узлы принимают от оркестратора указания, после чего в блоке 10 происходит миграция микросервиса с узла i на узел j.

В итоге, миграция микросервиса будет происходить по наиболее эффективному маршруту среди всех доступных в сети между узлами i и j.

Таким образом, благодаря предлагаемому изобретению повышается эффективность использования сетевых и вычислительных ресурсов при соблюдении требований QoS в процессе миграции микросервисов, минимизируются вероятность увеличения времени отклика микросервисов транзитных узлов маршрута миграции на запросы пользователей, а также вероятность отказов микросервисов.

Изобретение относится к области проектирования сетей связи. Технический результат заключается в минимизации вероятности увеличения времени отклика микросервисов транзитных узлов маршрута миграции на запросы пользователей. Технический результат достигается за счет постоянного контроля и мониторинга состояния сети и ее элементов и расчетом на основе этих данных оптимального маршрута с учетом прогнозирования предстоящих нагрузок на сетевые элементы, при этом главной характеристикой маршрута принимается стоимость миграции через него, которая рассчитывается на основании параметров состояния сети, которые отслеживаются в реальном времени узлами Туманных вычислений и пересылаются по сети по служебным каналам связи к оркестратору, далее получаемая статистика записывается во временное хранилище для дальнейшего анализа - определения оптимального маршрута на основе не только текущих данных о нагрузке, но и ранее полученных данных за определенный промежуток времени, а при возникновении необходимости в миграции микросервиса запускается алгоритм определения оптимального маршрута, что происходит при каждом случае подготовки к миграции микросервиса, далее определенные маршруты расщепляются на отдельные существующие каналы связи, что необходимо из-за различающихся нагрузок как на каждом узле сети, так и на каждом соединении между узлами. 2 ил.

Способ выбора маршрута миграции микросервиса в сети динамических Туманных вычислений, заключающийся в отслеживании соответствия качества работы этой сети предварительно установленным требованиям к качеству связи и обслуживания, причем в случае, когда текущее распределение микросервисов по Туманным узлам не позволяет обеспечить необходимые QoS, инициируется отправка запроса оркестратору на вычисление маршрута миграции микросервиса с того или иного узла на другой,

отличающийся тем, что осуществляется постоянный контроль и мониторинг состояния сети и ее элементов с хранением и обновлением статистики загруженности узлов Туманных вычислений и расчетом на основе этих данных оптимального маршрута миграции микросервиса, в том числе с учетом прогнозирования предстоящих нагрузок на сетевые элементы, при этом главной характеристикой маршрута принимается стоимость миграции через него, которая рассчитывается на основании параметров состояния сети, а именно - ресурсов процессора узла сети, ресурсов оперативной памяти узла сети, доли потерянных пакетов при передаче данных через канал связи, задержки при передаче данных через канал связи, которые отслеживаются непрерывно и незамедлительно в реальном времени узлами Туманных вычислений и пересылаются по сети по служебным каналам связи к оркестратору Туманных вычислений, далее получаемая статистика записывается в отдельное временное хранилище с целью дальнейшего анализа - определения оптимального маршрута не на основе только текущих данных о нагрузке, но также обращаясь к ранее полученным данным за определенный промежуток времени, а при возникновении необходимости в миграции микросервиса запускается алгоритм определения оптимального маршрута, что происходит при каждом случае подготовки к миграции микросервиса, так как в рассматриваемой сети число активных узлов, а также число связей между ними являются случайными, изменяющимися параметрами, далее определенные маршруты расщепляются на отдельные существующие каналы связи, что необходимо из-за различающихся нагрузок как на каждом узле сети, так и на каждом соединении между узлами, затем каждый из определенных каналов связи подвергается анализу с численным расчетом стоимости миграции микросервиса через них, определяется стоимость каждого маршрута от узла i до узла j, оркестратор на основе рассчитанных стоимостей определяет самый эффективный из них, путем минимизации целевой функции полученный маршрут принимается за оптимальный и сообщается вместе с остальной служебной информацией соответствующим узлам сети по служебным каналам связи, узлы принимают от оркестратора указания, после чего происходит миграция микросервиса с узла i на узел j по наиболее эффективному маршруту среди всех доступных в сети.