CN110958299A - 一种集成多组网协议多边缘计算框架的边缘计算处理平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成多组网协议多边缘计算框架的边缘计算处理平台，包括：设备层、组网协议层、网关层、传输协议层、硬件加速层、边缘计算层、云端以及应用层。本发明具有如下有益效果：支持多种物联网组网协议，接入简单便捷，部署简单快捷，维护简便，配置变更灵活，具有良好的扩展性，极高的并发处理能力和很强的稳定性；具有较强的安全性和良好的隐私保护能力；可利用硬件加速数据处理。

Description

一种集成多组网协议多边缘计算框架的边缘计算处理平台
技术领域
本发明涉及一种计算机技术和物联网领域，具体涉及一种集成多组网协议多边缘计算框架的边缘计算处理平台。
背景技术
随着物联网设备的指数型增长，传统云计算的集中式处理方法已经不能满足数据处理和数据安全等需求，边缘计算应运而生。边缘计算是一种分散式运算的架构，将应用程序、数据资料与服务的运算，由网络中心节点，移往网络逻辑上的边缘节点来处理。边缘节点更接近于用户终端装置，可就近提供智能服务，加快数据的处理与传送速度，进而降低时延提高效率和业务的连续性，改善用户体验。目前，已有多种边缘计算框架，如Edgefoundry、KubeEdge等。
边缘计算可以提升物联网的智能化，促使物联网在各个垂直行业落地生根。
但是，一般的应用都默认只支持一种物联网组网协议或使用一种边缘计算框架，且组网协议跟边缘计算框架的接入十分繁琐，用户使用操作不便耗时长。本发明公开一种通用的边缘计算平台，可同时兼容多种组网协议和集成多种边缘计算框架，简化接入步骤，大幅度降低用户的操作步骤和时长。同时，部署简单快捷，通过配置文件执行一键启动脚本即可实现平台的自动化部署以及统一管理。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
根据本发明的第一个方面，提供了一种集成多组网协议多边缘计算框架的边缘计算处理平台，包括：设备层、组网协议层、网关层、传输协议层、硬件加速层、边缘计算层、云端以及应用层。
进一步地，所述组网协议层可兼容以下多种组网协议：LoRa、NB-IOT、zigbee、wifi、蓝牙。
进一步地，所述传输协议层可兼容多种传输协议，根据需要选择相应的传输协议进行传输。
进一步地，所述边缘计算层可兼容多种边缘计算平台，包括开源框架和商用IOT平台。
根据本发明的第一个方面，提供了一种边缘计算处理平台的一键部署方法，包括：边缘计算平台启动；边缘计算平台的边缘初始化器根据资源接口API的状态，载入配置自动初始化相关信息。包括：设备服务、设备、规则引擎；边缘计算平台的边缘服务器完全启动；监听主题，获取从数据转换模块格式化后的数据；边缘服务器处理数据；上报至云端。
与现有技术相比，本发明公开的一种通用边缘计算平台，具有如下有益效果：
1.支持多种物联网组网协议：
一般的应用默认只支持一种协议，本发明公开的通用边缘计算平台可同时支持LoRa,zigbee,nb-iot,wifi,蓝牙等多种协议。
2.接入简单便捷：
一般的组网协议跟边缘计算框架接入十分繁琐，用户使用操作不便耗时长。组网协议以LoRa为例：需要创建设备(device),设备简介(deviceProfile), 应用(application),网关(gateway),网络服务(networkService),服务简介(serviceProfile)等。同时还需要登录LoRa服务,配置很多参数。边缘计算框架以edgex foundary为例：需要新建MQTT服务，需要创建设备 (device),设备服务(deviceService),地址(addressable),网关(gateway) 等等。用户从接触到能够简单的接入设备，需要近两周时间。
本发明公开的通用边缘计算平台简化了大量接入步骤，大幅度降低用户的操作步骤和时长。该通用边缘计算平台已将初始的接入工作完成，用户只需在配置文件中输入传感器设备EUI等参数或者更简单的，仅仅只需要用手机APP 扫描传感器设备上的二维码即可完成设备的接入，操作便捷。
以上述LoRa和edgex foundary为例，用户从接触到能够简单的接入设备，不到一小时即能完成。
3.部署简单快捷：
本发明公开的通用边缘计算平台使用了docker compose进行多容器部署，只需要下载几十KB(41kb)的配置文件，执行一个启动脚本，就能把整个平台都自动启动起来。
同时，本发明公开的通用边缘计算平台使用了本地化部署技术，把需要用到的所有依赖，从网上同步到了本地私有仓库。把所有用到的镜像都从dockehub 公共仓库同步到了本地的docker私有库。安装时从本地获取所有依赖跟所有镜像，部署速度快。
4.维护简便
本发明公开的通用边缘计算平台添加了大量的脚本来简化维护(启动/停止服务，查看各个组件的日志，清理镜像，远程定时同步镜像到本地私有库等等)，无须手动敲大量的命令。
5.配置变更灵活
针对不同的服务器，不同的设备，本发明公开的通用边缘计算平台只需要修改配置文件就可以直接部署生效。无须重新编译代码，无须重新创建镜像。
6.具有良好的扩展性，极高的并发处理能力和很强的稳定性
基于kubernetes进行分布式部署，提高了扩展性，高并发处理能力和稳定性。
7.具有较强的安全性和良好的隐私保护能力
边缘计算大量的传感器数据都在本地存储和处理，保证了良好的隐私保护和较高的安全性。
同时，本发明公开的通用边缘计算平台采用专门的为边缘计算服务的服务器，从硬件上也保障了安全性。
8.可利用硬件加速数据处理
通过对FPGA、GPU和ASIC等的加速算法实现对数据的加速处理。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1：本发明的集成多组网协议多边缘计算框架的边缘计算处理平台结构图。
附图2：本发明的平台的一键部署方法流程图。
附图3：本发明的平台用于智能家居门磁报警示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1
本发明公开一种通用的边缘计算平台，可支持多种物联网组网协议和多种边缘计算框架，同时利用硬件加速数据处理，进而实现多样的应用场景。该边缘计算平台主要包括八层：设备层、组网协议层、网关层、传输协议层、硬件加速层、边缘计算层、云端以及应用层。同时，支持安全服务、扩展服务以及一键部署。
如图1所示，本发明公开一种边缘计算处理平台，主要包括：
A1.设备层：边缘设备或传感器，包括但不限于：报警系统，家庭和办公楼中的暖气和空调系统，灯光，任何行业的机器，灌溉系统，无人驾驶飞机，目前自动化的运输，如一些铁路系统，自动化工厂，家用电器。未来，还可能包括无人驾驶汽车和卡车，以及从病人身上读取健康数据的设备等。
A2.组网协议层：可兼容多种组网协议，如：LoRa、NB-IOT、zigbee、wifi、蓝牙等。
A3.网关层：将由边缘设备或传感器生成和传递的数据转换为所需的边缘计算平台数据结构，并将转换后的数据发送到边缘计算平台。
A4.传输协议层：可兼容多种传输协议，如REST、MQTT以及MODBUS。根据需要选择相应的传输协议进行传输。
A5.硬件加速层：可通过硬件(如FPGA、GPU以及ASIC)实现数据的加速处理。
A6.边缘计算层：可兼容多种边缘计算平台，包括开源框架和商用IOT平台。例如，开源框架包括Edge foundry、KubeEdge等，商用框架包括阿里云 IOT等。
A7.云端：接收来自边缘计算平台的数据。
A8.应用层：可实现多样的应用场景，例如智慧楼宇、智能家居、智能工厂、智慧农业以及智慧医疗等。
该边缘计算架构同时还支持：
B1.安全服务：大量的传感器数据在本地存储和处理，保证了良好的隐私保护和较高的安全性。同时，本发明公开的通用边缘计算框架采用专门的为边缘计算服务的服务器，从硬件上保障了安全性。
B2.可扩展性：基于kubernetes进行分布式部署，提高了扩展性，高并发处理能力和稳定性。
B3.一键部署：通过几十KB(41kb)的配置文件，对边缘计算平台进行一键部署。配置灵活，对于不同的服务器，不同的设备，只需要修改配置文件就可以直接部署生效。无须重新编译代码，无须重新创建镜像。
实施例2边缘计算平台一键部署方法
本发明公开的通用边缘计算平台使用了docker compose进行多容器部署，只需要下载几十KB(41kb)的配置文件，执行一个启动脚本，就能把整个平台都自动启动起来。
同时，本发明公开的通用边缘计算平台使用了本地化部署技术，把需要用到的所有依赖，从网上同步到了本地私有仓库。把所有用到的镜像都从dockehub 公共仓库同步到了本地的docker私有库。安装时从本地获取所有依赖跟所有镜像，部署速度快。
如上所述的边缘计算处理平台一键部署方法中，所述A5步骤如图2所示，包括：
D1.边缘计算平台启动；
D2.边缘计算平台的边缘初始化器(Edge-initializer)根据资源接口API 的状态，载入配置自动初始化相关信息。包括：设备服务(device services), 设备(devices),规则引擎(rule engine)等；
D3.边缘计算平台的边缘服务器(edge server)完全启动；
D4.监听主题，获取从数据转换模块格式化后的数据；
D5.边缘服务器(Edge server)处理数据；
D6.上报至云端。
本发明的优点在于：1)部署简洁，只需要下载几十KB(41kb)的配置文件，即可进行一键部署。2)配置灵活，对于不同的服务器，不同的设备，只需要修改配置文件就可以直接部署生效。无须重新编译代码，无须重新创建镜像。3) 维护和测试便捷，有大量的脚本，简化维护和测试，无须手动敲大量的命令。4) 使用简单，平台实现跟部分开源边缘计算框架复杂的数据接口对接，使用者不需要关注复杂的对接细节，只需配置简单信息即可快速使用。
实施例3
本实施例提供了本发明的边缘计算处理平台的一个应用场景，即智能家居门磁报警。通过门磁传感器，视频监控和手机端app，检测忘关门情况并调用视频监控截取忘关门的图片并及时进行app图文消息报警。
如图3所示，本实施例的流程如下：
S1、门磁报警器和摄像头采集数据并发送到边缘计算平台。
S2、边缘计算平台进行数据处理，将忘关门时的报警信息(位置等)以及截图摄像头忘关门图片发送至手机应用程序(app)。
S3、手机端报警。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种集成多组网协议多边缘计算框架的边缘计算处理平台，其特征在于，包括：设备层、组网协议层、网关层、传输协议层、硬件加速层、边缘计算层、云端以及应用层。
2.根据权利要求1所述的一种边缘计算处理平台，其特征在于，
所述组网协议层可兼容以下多种组网协议：LoRa、NB-IOT、zigbee、wifi、蓝牙。
3.根据权利要求1或2所述的一种边缘计算处理平台，其特征在于，
所述传输协议层可兼容多种传输协议，根据需要选择相应的传输协议进行传输。
4.根据权利要求3所述的一种边缘计算处理平台，其特征在于，
所述边缘计算层可兼容多种边缘计算平台，包括开源框架和商用IOT平台。
5.一种根据权利要求1-4任一项边缘计算处理平台的一键部署方法，其特征在于，包括：
边缘计算平台启动；
边缘计算平台的边缘初始化器根据资源接口API的状态，载入配置自动初始化相关信息，包括设备服务、设备、规则引擎；
边缘计算平台的边缘服务器完全启动；
监听主题，获取从数据转换模块格式化后的数据；
边缘服务器处理数据；
上报至云端。
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