CN110868321B - 一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法，利用虚拟主机和虚拟边缘计算设备驱动程序，对虚拟边缘计算设备的算法及虚拟边缘计算设备构建的各个端点建立传输通道；虚拟主机中设置有能够随机产生数据包和对数据包进行标记的数据发生器，利用数据发生函数构建大量数据包，以最大负荷和随机的情况，通过传输通道传输给虚拟边缘计算设备；虚拟边缘计算设备收到数据包后将数据包进行处理和分发到各个端点，同时在虚拟边缘计算设备驱动程序的基础上根据算法进行并行处理，对虚拟边缘计算设备各端点在数据包处理发生错误时候进行快速定位。本发明中，可以在测试中最大可能的进行硬件的错误检测，完成对硬件的覆盖测试和错误跟踪定位。

Description

一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法及系统

技术领域

本发明属于计算机操作系统技术领域，具体涉及一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法及系统。

背景技术

边缘计算可以有效的提高物联网通信系统的工作效率，减少主CPU的运算量，节约时间，同时也避免了传输大量数据时容易产生的丢包等情况，提高系统工作的稳定性。

在物联网通信系统中，边缘计算终端的测试方案，多是利用开发验证平台和其他通信设备采用一对一或者一点对多点的测试。这种测试方案构建简单，但是在设计开发前期无法模拟真实的使用环境和构建众多的数据。每次测试均需要将设计程序导入到边缘计算终端和通信终端设备。由于开发测试往往容易受到周围信号干扰和并且测试时候数据包在网络中传输速率和模式是固定的，无法真实的构建实际工作环境，无法对边缘计算终端的数据处理能力进行检查和设计错误进行快速定位，使前期开发进度缓慢和无法进行大规模的测试验证。比如：利用高级仿真系统软件及语言对边缘计算设备中的算法和通信处理能力进行仿真模拟，使用Linux搭建模拟工作环境，模拟设备工作会遇到异常情况，就需要验证算法的准确度与可靠性。在仿真环境中引入算法模拟IP进行功能对比验证，实现算法和功能的快速对比及故障定位。

因此，现阶段急需要提供一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法及系统，来解决上述问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法及系统，来解决现有技术中存在的技术问题，由于开发测试往往容易受到周围信号干扰和并且测试时候数据包在网络中传输速率和模式是固定的，无法真实的构建实际工作环境，无法对边缘计算终端的数据处理能力进行检查和设计错误进行快速定位，使前期开发进度缓慢和无法进行大规模的测试验证。比如：利用高级仿真系统软件及语言对边缘计算设备中的算法和通信处理能力进行仿真模拟，使用Linux搭建模拟工作环境，模拟设备工作会遇到异常情况，就需要验证算法的准确度与可靠性。在仿真环境中引入算法模拟IP进行功能对比验证，实现算法和功能的快速对比及故障定位。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法，包括以下步骤：

S1：利用虚拟主机和虚拟边缘计算设备驱动程序，在对应协议下同时用虚拟主机对虚拟边缘计算设备的算法及虚拟边缘计算设备构建的各个端点建立传输通道；

S2：虚拟主机中设置有能够随机产生数据包和对数据包进行标记的数据发生器，利用数据发生函数构建大量数据包，以最大负荷和随机的情况，通过传输通道传输给虚拟边缘计算设备；

S3：虚拟边缘计算设备收到数据包后将数据包进行处理和分发到各个端点，同时在虚拟边缘计算设备驱动程序的基础上根据算法进行并行处理，对虚拟边缘计算设备各端点在数据包处理发生错误时候进行快速定位。

优选的，步骤S2中，虚拟主机传输的每个数据包都有标记，并且该标记会通过外部测试平台传送给设备数据监测器定位。

优选的，所有的数据包的标记都会指定该数据包的处理方式，设备数据监测器会同时对设备所有数据通路进行检测。

优选的，步骤S3的基础上，数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后，会分别进行丢弃、传送给下级存储装置、传送给驱动程序生成装置或者反馈结果给虚拟主机。

优选的，当数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后反馈结果给虚拟主机时，虚拟主机端的主机数据检测器，对设备反馈的数据包进行检测，并确认每次协议传输过程的完成和协议传输数据的正确。

一种基于边缘计算算法验证的故障定位系统，包括虚拟主机、传输通道构建装置和虚拟边缘计算设备，其中，所述虚拟主机包括数据发生器和主机数据监测器，所述虚拟边缘计算设备包括数据处理装置、设备数据监测器、驱动程序控制装置、算法控制装置和下级存储装置；

数据发生器：用于随机产生数据包和对数据包进行标记；

传输通道构建装置：用于利用虚拟主机和虚拟边缘计算设备驱动程序，在对应协议下同时用虚拟主机对虚拟边缘计算设备的算法及虚拟边缘计算设备构建的各个端点建立传输通道；

驱动程序控制装置：用于生成虚拟边缘计算设备的驱动程序；

算法控制装置：用于生成虚拟边缘计算设备的算法；

数据处理装置：用于在虚拟边缘计算设备驱动程序的基础上根据算法进行并行处理：

下级存储装置：用于存储经过虚拟边缘计算设备处理后的数据包；

设备数据监测器：用于检测到虚拟边缘计算设备各端点在数据包处理发生错误时，进行快速定位；

主机数据监测器：用于当数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后反馈结果给虚拟主机时，对虚拟边缘计算设备反馈的数据包进行检测，并确认每次协议传输过程的完成和协议传输数据的准确。

本发明的有益技术效果是：通过这种多端口的数据并行测试，让边缘计算设备的测试不会受到网络中协议的限制，边缘计算设备的各端点的测试不必受到实际驱动程序的限制，可以在测试中最大可能的进行硬件的错误检测，完成对硬件的覆盖测试和错误跟踪定位，降低边缘计算设备在实际运行中当遇到一些极端恶劣情况时发生故障的可能性。

附图说明

图1显示为本发明的实施例1的步骤流程示意图。

图2显示为本发明的实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1-2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法，包括以下步骤：

S1：利用虚拟主机和虚拟边缘计算设备驱动程序，在对应协议下同时用虚拟主机对虚拟边缘计算设备的算法及虚拟边缘计算设备构建的各个端点建立传输通道；

S2：虚拟主机中设置有能够随机产生数据包和对数据包进行标记的数据发生器，利用数据发生函数构建大量数据包，以最大负荷和随机的情况，通过传输通道传输给虚拟边缘计算设备；

S3：虚拟边缘计算设备收到数据包后将数据包进行处理和分发到各个端点，同时在虚拟边缘计算设备驱动程序的基础上根据算法进行并行处理，对虚拟边缘计算设备各端点在数据包处理发生错误时候进行快速定位。

优选的，步骤S2中，虚拟主机传输的每个数据包都有标记，并且该标记会通过外部测试平台传送给设备数据监测器定位。

优选的，所有的数据包的标记都会指定该数据包的处理方式，设备数据监测器会同时对设备所有数据通路进行检测。

优选的，步骤S3的基础上，数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后，会分别进行丢弃、传送给下级存储装置、传送给驱动程序生成装置或者反馈结果给虚拟主机。

优选的，当数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后反馈结果给虚拟主机时，虚拟主机端的主机数据检测器，对设备反馈的数据包进行检测，并确认每次协议传输过程的完成和协议传输数据的正确。

本实施例的工作原理简述：利用虚拟主机和虚拟边缘计算设备驱动程序，在对应协议下同时用虚拟主机对虚拟边缘计算设备的算法及虚拟边缘计算设备构建的各个端点建立传输通道；虚拟主机中设置有能够随机产生数据包和对数据包进行标记的数据发生器，利用数据发生函数构建大量数据包，以最大负荷和随机的情况，通过传输通道传输给虚拟边缘计算设备；虚拟边缘计算设备收到数据包后将数据包进行处理和分发到各个端点，同时在虚拟边缘计算设备驱动程序的基础上根据算法进行并行处理，对虚拟边缘计算设备各端点在数据包处理发生错误时候进行快速定位。其中，虚拟主机传输的每个数据包都有标记，并且该标记会通过外部测试平台传送给设备数据监测器定位。所有的数据包的标记都会指定该数据包的处理方式，设备数据监测器会同时对设备所有数据通路进行检测。数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后，会分别进行丢弃、传送给下级存储装置、传送给驱动程序生成装置或者反馈结果给虚拟主机。当数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后反馈结果给虚拟主机时，虚拟主机端的主机数据检测器，对设备反馈的数据包进行检测，并确认每次协议传输过程的完成和协议传输数据的正确。通过这种多端口的数据并行测试，让边缘计算设备的测试不会受到网络中协议的限制，边缘计算设备的各端点的测试不必受到实际驱动程序的限制，可以在测试中最大可能的进行硬件的错误检测，完成对硬件的覆盖测试和错误跟踪定位，降低边缘计算设备在实际运行中当遇到一些极端恶劣情况时发生故障的可能性。

实施例2：

如图2所示，一种基于边缘计算算法验证的故障定位系统，包括虚拟主机、传输通道构建装置和虚拟边缘计算设备，其中，所述虚拟主机包括数据发生器和主机数据监测器，所述虚拟边缘计算设备包括数据处理装置、设备数据监测器、驱动程序控制装置、算法控制装置和下级存储装置；

数据发生器：用于随机产生数据包和对数据包进行标记；

传输通道构建装置：用于利用虚拟主机和虚拟边缘计算设备驱动程序，在对应协议下同时用虚拟主机对虚拟边缘计算设备的算法及虚拟边缘计算设备构建的各个端点建立传输通道；

驱动程序控制装置：用于生成虚拟边缘计算设备的驱动程序；

算法控制装置：用于生成虚拟边缘计算设备的算法；

数据处理装置：用于在虚拟边缘计算设备驱动程序的基础上根据算法进行并行处理：

下级存储装置：用于存储经过虚拟边缘计算设备处理后的数据包；

设备数据监测器：用于检测到虚拟边缘计算设备各端点在数据包处理发生错误时，进行快速定位；

主机数据监测器：用于当数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后反馈结果给虚拟主机时，对虚拟边缘计算设备反馈的数据包进行检测，并确认每次协议传输过程的完成和协议传输数据的准确。

通过上述方案，虚拟主机的数据发生器随机产生数据包，并对该数据包进行标记；虚拟主机将标记好的数据通过传输通道发送至数据处理装置，数据处理装置根据驱动程序和核心算法对已标记的数据进行并行处理，并将处理完成的数据进行丢弃、传送给下级存储装置、传送给驱动程序生成装置或者反馈结果给虚拟主机，并且，设备数据监测器在检测到虚拟边缘计算设备各端点在数据包处理发生错误时，对该发生错误的端点进行快速定位，当数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后反馈结果给虚拟主机时，对虚拟边缘计算设备反馈的数据包进行检测，并确认每次协议传输过程的完成和协议传输数据的准确。通过这种多端口的数据并行测试，让边缘计算设备的测试不会受到网络中协议的限制，边缘计算设备的各端点的测试不必受到实际驱动程序的限制，可以在测试中最大可能的进行硬件的错误检测，完成对硬件的覆盖测试和错误跟踪定位，降低边缘计算设备在实际运行中当遇到一些极端恶劣情况时发生故障的可能性。

实施例3：

在实施例2的基础上，提供一种基于边缘计算算法验证的故障定位系统，在虚拟边缘计算设备设计开发中利用C、Python、Systemverilog、Vera等几种高级语言构建边缘计算设备的工作的虚拟平台，平台里面镶嵌了边缘计算设备的数据算法代码，并构建虚拟主机、边缘计算设备的驱动程序以及主机数据发生器、主机数据监测器、设备数据监测器。

虚拟主机包含了边缘计算设备在网络中的涉及的所有数据协议并能够对虚拟边缘计算设备进行数据通信。虚拟主机内部并且包含了测试所需要的各种测试函数，虚拟边缘计算设备的驱动程序也设计了对主机各种协议的响应。在虚拟平台中用Python、Vera验证语言构建了主机数据监测器、设备数据监测器、主机数据发生器。

主机数据包发生器负责在主机产生数据，根据主机的协议需求随时提供给主机。主机数据发生器在数据包内固定位置通过主机告知的协议将数据包应该在虚拟边缘计算设备内部的处理方式和位置通过编码的方式写到数据包中非协议的位置处。数据包的前2个字节通过特殊编码标记为需要监测的数据包，这样的数据包通过主机数据监测器或者设备数据监测器时候，各数据监测器会进行检测和分析。在数据包头，按照规律编码成0x10、0x11、0x12、0x13、0x14，高位的1代表是端点1的数据，低位的0、1、2、3、4分别代表数据包的处理方式，数据被丢弃、被送到驱动程序处理、被送到下级存储、被返回虚拟主机。

设备数据监测器对虚拟边缘计算设备各个数据通路进行检测，这些代码能够对数据通路经过的数据包进行缓存，能够对收到的各种数据包进行实时检测，分析该数据包是否正确的被传送到指定的位置或者是否正确的进行了处理。主机数据监测器，负责对主机发送的经过虚拟边缘计算设备回传给虚拟主机的数据进行检测，以确定改数据是否应该回传和是否数据正确。

设备数据监测器和主机数据监测器，在对数据进行实时分析后当发现数据的处理方式与数据中的标签不符合的时候，主机数据监测器或设备数据监测器便发出指令给测试人员并且自动中止测试，并且把生成测试报告放在指定的文件夹下面供测试人员检查。

实施例4：

在实施例3的基础上，传输通道构建装置为一虚拟服务器，其传输通道构建具体方法如下：

虚拟服务器接收虚拟主机发送的建立请求，并将建立请求发送至虚拟边缘计算设备。

虚拟服务器若接收到虚拟边缘计算设备发送的第一响应消息，第一响应消息用于指示虚拟边缘计算设备接收到建立请求，则向虚拟主机和虚拟边缘计算设备发送多个数据包协议服务器的信息。

具体的，服务器包括传输控制协议TCP服务器，服务器向虚拟主机和虚拟边缘计算设备发送多个数据包协议服务器的信息包括：

TCP服务器获取满足预设条件的多个数据包协议服务器的信息；

TCP服务器向虚拟主机和虚拟边缘计算设备发送多个数据包协议服务器的信息。

其中，所述TCP服务器获取满足预设条件的多个数据包协议服务器的信息的过程可以为：

TCP服务器获取所有可用数据包协议服务器的网络参数；

TCP服务器根据网络参数，从所有可用数据包协议服务器中获取满足预设条件的多个数据包协议服务器。

虚拟主机和虚拟边缘计算设备向多个数据包协议服务器发送通道建立请求。

多个数据包协议服务器分别建立多个数据传输通道。

数据包协议服务器判断虚拟主机和虚拟边缘计算设备之间是否能够建立点对点P2P通道；

若是，则数据包协议服务器建立虚拟主机和虚拟边缘计算设备之间的P2P通道，并将P2P通道的信息发送至虚拟主机和虚拟边缘计算设备。

服务器若接收到虚拟边缘计算设备发送的第二响应消息，则将第二响应消息发送至虚拟主机。

虚拟主机根据多个数据传输通道中满足预设条件的至少一个数据传输通道的信息，向虚拟边缘计算设备发送数据。

具体的，虚拟主机通过以下操作中的任意一个，从多个数据传输通道中满足预设条件的至少一个数据传输通道：

虚拟主机获取多个数据传输通道的第一往返时延RTT和第一丢包率中的至少一个；

虚拟主机根据第一RTT，计算RTT分量；

虚拟主机根据第一丢包率，计算丢包率分量；

虚拟主机获取多个数据传输通道中RTT分量和丢包率分量中的至少一个满足预设条件的数据传输通道。或者虚拟主机获取多个数据传输通道的第一往返时延RTT和第一丢包率中的至少一个；

虚拟边缘计算设备获取多个数据传输通道的第二RTT和第二丢包率中的至少一个；

虚拟主机根据第一RTT和第二RTT，计算RTT分量；

虚拟主机根据第一丢包率和第二丢包率，计算丢包率分量，其中，第二RTT和第二丢包率是虚拟边缘计算设备通过TCP服务器转发至虚拟主机的；

虚拟主机获取多个数据传输通道中RTT分量和丢包率分量中的至少一个满足预设条件的数据传输通道；

发送方根据至少一个满足预设条件的数据传输通道的信息，向虚拟边缘计算设备发送数据。

可选的，若虚拟主机接收到数据包协议服务器发送的P2P通道的信息，则通过P2P通道，向虚拟边缘计算设备发送数据。

本实施例提供了的数据传输通道建立方法，通过在数据传输之前，多个数据包协议服务器虚拟主机和虚拟边缘计算设备根据发送的通道建立请求，分别预先建立数据传输通道，相比于在数据传输时再建立数据传输通道，避免了在数据传输过程中等待数据通道建立的时间，从而提高了数据传输的效率，提高了用户体验。另外，通过多个数据包协议服务器分别所建立的多个数据传输通道传输数据，相比于通过一个通道传输数据，使得可以在部分通道网络传输速度和可靠性较差时，更换数据传输通道，避免了数据的丢失，提高了数据传输的可靠性，提高了用户体验。

Claims (6)

1.一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用虚拟主机和虚拟边缘计算设备驱动程序，在对应协议下同时用虚拟主机对虚拟边缘计算设备的算法及虚拟边缘计算设备构建的各个端点建立传输通道；其中，通过一虚拟服务器构建传输通道，传输通道构建具体方式为：虚拟服务器接收虚拟主机发送的建立请求，并将建立请求发送至虚拟边缘计算设备；虚拟服务器若接收到虚拟边缘计算设备发送的第一响应消息，第一响应消息用于指示虚拟边缘计算设备接收到建立请求，则向虚拟主机和虚拟边缘计算设备发送多个数据包协议服务器的信息；

S2：虚拟主机中设置有能够随机产生数据包和对数据包进行标记的数据发生器，利用数据发生函数构建大量数据包，以最大负荷和随机的情况，通过传输通道传输给虚拟边缘计算设备；

S3：虚拟边缘计算设备收到数据包后将数据包进行处理和分发到各个端点，同时在虚拟边缘计算设备驱动程序的基础上根据算法进行并行处理，对虚拟边缘计算设备各端点在数据包处理发生错误时候进行快速定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法，其特征在于，步骤S2中，虚拟主机传输的每个数据包都有标记，并且该标记会通过外部测试平台传送给设备数据监测器定位。

3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法，其特征在于，数据包的标记都会指定该数据包的处理方式，设备数据监测器会同时对设备所有数据通路进行检测。

4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法，其特征在于，步骤S3的基础上，数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后，会分别进行丢弃、传送给下级存储装置、传送给驱动程序生成装置或者反馈结果给虚拟主机。

5.根据权利要求4所述的一种基于边缘计算算法验证的故障定位方法，其特征在于，当数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后反馈结果给虚拟主机时，虚拟主机端的主机数据检测器，对设备反馈的数据包进行检测，并确认每次协议传输过程的完成和协议传输数据的正确。

6.一种基于边缘计算算法验证的故障定位系统，其特征在于，包括虚拟主机、传输通道构建装置和虚拟边缘计算设备，其中，所述虚拟主机包括数据发生器和主机数据监测器，所述虚拟边缘计算设备包括数据处理装置、设备数据监测器、驱动程序控制装置、算法控制装置和下级存储装置；

数据发生器：用于随机产生数据包和对数据包进行标记；

传输通道构建装置：用于利用虚拟主机和虚拟边缘计算设备驱动程序，在对应协议下同时用虚拟主机对虚拟边缘计算设备的算法及虚拟边缘计算设备构建的各个端点建立传输通道；而且，传输通道构建装置为一虚拟服务器构建传输通道，传输通道构建具体方式为：虚拟服务器接收虚拟主机发送的建立请求，并将建立请求发送至虚拟边缘计算设备；虚拟服务器若接收到虚拟边缘计算设备发送的第一响应消息，第一响应消息用于指示虚拟边缘计算设备接收到建立请求，则向虚拟主机和虚拟边缘计算设备发送多个数据包协议服务器的信息；

驱动程序控制装置：用于生成虚拟边缘计算设备的驱动程序；

算法控制装置：用于生成虚拟边缘计算设备的算法；

数据处理装置：用于在虚拟边缘计算设备驱动程序的基础上根据算法进行并行处理：

下级存储装置：用于存储经过虚拟边缘计算设备处理后的数据包；

设备数据监测器：用于检测到虚拟边缘计算设备各端点在数据包处理发生错误时，进行快速定位；

主机数据监测器：用于当数据包在经过虚拟边缘计算设备处理后反馈结果给虚拟主机时，对虚拟边缘计算设备反馈的数据包进行检测，并确认每次协议传输过程的完成和协议传输数据的准确。

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