CN111683129A - 一种动态自组网移动云计算系统及方法 - Google Patents

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江彦桥
赖俊宇
董飞彪
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Abstract

本发明公开了一种动态自组网移动云计算系统及方法，该系统包括：用于数据采集、存储、计算处理的终端节点，与终端节点对应信号连接、实现终端自组网和通讯的终端自组网模块，采取分层、分级的云计算架构实现数据命名、加密转发和计算，按不同优先级和复杂度任务按需分配计算处理节点的移动云服务装置。采用分层、分级的云计算架构，按不同优先级和复杂度任务与应用按需分配资源，易于实现移动云计算能力的横向和纵向扩展与负载均衡，提升系统整体计算效率，从而确保各类任务的实时、高效准确处理。

Description

一种动态自组网移动云计算系统及方法
技术领域
本发明涉及云计算系统领域，更具体的说是涉及一种动态自组网移动云计算系统及方法。
背景技术
现有的基于自组织网络和云计算服务的大规模节点网络，多采用传统的云架构，所有计算任务集中在后端数据处理中心，单节点采集的数据通过本地局域网传输到网关节点，并再次通过微波或卫星链路广域网回传到后端数据中心进行处理。
现有技术中，大规模节点组网部署具有拓扑结构不确定、节点数量庞大、中心控制难以实施等问题，大量移动终端采集的多源信息，传回系统后端数据中心进行处理，这种集中式信息处理方式存在两个问题，一是网络传输双向时延会严重影响系统的时效性准确性，二是现有的边缘自组网链路可靠性差，卫星中继链路带宽小、成本高，这种信息处理方式导致云计算服务存在可靠性差且成本高昂的问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种动态自组网移动云计算系统及方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种动态自组网移动云计算系统，包括：
用于数据采集、存储、计算处理的终端节点，
与终端节点对应信号连接、实现终端自组网和通讯的终端自组网模块，
采取分层、分级的云计算架构实现数据命名、加密转发和计算，按不同优先级和复杂度任务按需分配计算处理节点的移动云服务装置。
本方案的移动云服务装置采用分层、分级的云计算架构，按不同优先级和复杂度任务与应用按需分配资源，易于实现移动云计算能力的横向和纵向扩展与负载均衡，提升系统整体计算效率，从而确保各类任务的实时、高效准确处理。系统可靠性好，将大型的云服务装置的计算能力下沉到网络边缘，即终端节点，通过配置多计算节点，通过防护性冗余策略，可以做到当系统中某一终端节点出现故障时可以直接将数据自动迁移至其他终端节点计算处理，可靠性高。
作为优选，为了解决现有大规模节点组网的拓扑结构不确定、节点数量庞大、中心控制难以实施等问题，自组网模块采用AD HOC模式进行组网且采用OLSR路由协议。
作为优选，移动云服务装置为三层移动云架构，包括边缘云、网关节点云和数据中心。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明移动云服务装置采用分层、分级的云计算架构，按不同优先级和复杂度任务与应用按需分配资源，易于实现移动云计算能力的横向和纵向扩展与负载均衡，提升系统整体计算效率，从而确保各类任务的实时、高效准确处理。
2、本发明将大型的云服务装置的计算能力下沉到网络边缘，减小对网络带宽的要求，减小云服务器的符负荷，当系统中某一终端节点出现故障时可以直接将数据自动迁移至其他终端节点计算处理，可靠性高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明系统的原理图。
图2为移动云服务装置的一实施例原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示的一种动态自组网移动云计算系统，包括终端节点1、终端自组网模块2和移动云服务装置3。终端节点1用于数据采集和处理，其具有一定的计算和存储能力，便于调试、节省开支，提升系统的实时性、减小网络带宽消耗。终端自组网模块与终端节点均为终端硬件设备，一终端自组网模块与一终端节点对应信号连接，实现终端自组网、网络互联与数据传输通讯。通过在终端之间架设自组织网络，为移动云服务提供硬件基础。移动云服务装置采取分层、分级的云计算架构，实现数据命名、加密转发和计算，按不同优先级和复杂度任务按需分配计算处理节点，通过合理利用全网各类云资源，保障云融合信息架构的服务质量和用户体验质量。
传统的自组网边缘节点只需要采集并回传数据，而本方案的终端节点1具有一定的计算和存储能力，具体的，其可以采用通用的微型电脑作为备选硬件，在终端节点1上运行数据处理程序、网络控制程序、数据传输程序等。
实施例2
基于上述实施例的原理和结构，本实施例公开一具体实施方式，终端自组网模块选用AD HOC模式的组网方式作为支撑技术，并通过部署OLSR路由协议达到技术要求。通过5个实物节点与千量级的虚拟节点相结合搭建大规模动态即时组网半实物仿真平台，实物节点为703N，虚拟节点来自OPNET中SITL半实物仿真模块，实验中，虚拟节点数目为1000，随机分布在20平方千米内，节点发送的广播时间间隔为2s，广播信息发送码率平均为1.1Mbps，广播信息由源节点发出，在传播至附近节点后再次向临近节点发送广播信息，在4s时趋于平均，表示广播信息遍历基本1000个随机分布的虚拟节点，网络稳定，连通性良好，成功率≥95%，然后对实物节点部署OSLR路由协议，设置lanIP在不同网段，实物节点的LQ，NLQ，ETX指标均为1.000，SNR在49-71之间，丢包率0-1%之间。
参照图2，移动云服务装置可采用三层移动云架构，包括边缘云、网关节点云和数据中心。所述移动云服务装置为三层移动云架构，包括边缘云31、网关节点云32、数据中心33。
边缘云部署在终端节点实现数据命名、数据加密、路由转发、数据优先级划分、任务类型标记、数据存储与共享；网关节点云实现终端节点任务调度分配、数据转发；网关节点云是属于小型机动云数据中心，临近数据中心。作为感知网络移动边缘云的补充，其具备更强大的计算、存储及网络能力，弥补局部地区云服务能力的临时性缺失或降低。数据中心属于大型固定云实现数据计算并协调边缘云、网关节点云工作，完成各类高复杂度、高计算量任务；其具备强大的云资源服务能力，作为整个云融合信息网络的后端任务计算和数据存储平台。边缘云的路由转发机制包括CS、PIT 、FIB，CS即Content Store，以缓存近期终端节点接收的数据；PIT 即Pending Interest Table，以记录已转发过其他节点需求数据包的名称以及这些数据包所对应接口信息；FIB 即Forwarding Information Base，以记录节点间的转发规则。CS处的缓存具有改善数据分发、提高数据传输效率的作用。
分布式移动云体系架构将周边所有边缘节点之计算资源、存储资源和网络资源虚拟池化，按需为本地相邻节点提供云资源服务、并负责优先处理高优先级任务、实时共享并存储各节点所感知的信息，因此部署在边缘云，包含数据命名、安全保障及路由转发机制，同时网关节点设置小型机动云数据中心作为边缘云的有效补充，后端云数据中心采用传统云技术，三个层面有机整合、协同工作实现组网应用需求分析、节点间信息按需共享与分享、数据的分布式快速处理。
为验证动态自组网移动云计算架构的合理性与可靠性，基于商用货架硬件和主流开源软件，通过10台仿真计算节点，一台24口千兆以太网二层交换机搭建移动云仿真测试平台，软件架构如下：
1.最底层为物理资源层，为上层的主机OS层提供必要的物理内存、物理存储、物理网卡、CPU等基础的物理硬件资源；
2.主机OS层选择部署Ubuntu14.04操作系统；
3.主机OS层之上为虚拟化层，部署容器技术（轻量级虚拟化）Docker和主机虚拟化技术KVM，同时部署虚拟交换机OpenvSwitch（OVS），网络链接选择VxLAN隧道模式；
4.最上层为云资源管理层，采用OpenStack平台。同时引入Lithium-SR2版本的SDN控制器OpenDaylight，在OpenStack与OpenDaylight融合之后，云计算网络可分为外部网络、管理网络和仿真（隧道）网段三个互不影响的部分。外部网络通过容器实例可以访问外部网络；内部网段包括管理网段和仿真网段两部分，管理用于OpenStack各个组件、SDN控制器与OpenStack之间以及数据库MySQL DB Server、消息中间件RabbitMQ和消息队列MessagingServer的通信，而仿真（隧道）网段则用于容器实例通过内网IP相互通信，用来仿真节点之间的通信。
一台物体节点上部署150个异构终端节点，节点间以自组网技术连接，共支持1500个仿真节点；每个虚拟实例支持数十个网口与其他虚拟实例建立链路，固定场景链路总规模远大于3000条；在单台计算节点上，支持节点间带宽最大为20Gbps,跨物理机时，两台虚拟机间带宽最大为900Mbps；支持节点的动态加入和退出，支持组网的拓扑动态变化。

Claims (7)

1.一种动态自组网移动云计算系统，其特征在于，包括：
用于数据采集、存储、计算处理的终端节点，
与终端节点对应信号连接、实现终端自组网和通讯的终端自组网模块，
采取分层、分级的云计算架构实现数据命名、加密转发和计算，按不同优先级和复杂度任务按需分配计算处理节点的移动云服务装置。
2.根据权利要求1所述的一种动态自组网移动云计算系统，其特征在于，所述自组网模块采用AD HOC模式进行组网且采用OLSR路由协议。
3.根据权利要求1所述的一种动态自组网移动云计算系统，其特征在于，所述移动云服务装置为三层移动云架构，包括：
部署在终端节点实现数据命名、数据加密、路由转发、数据优先级划分、任务类型标记、数据存储与共享的边缘云；
实现终端节点任务调度分配、数据转发的网关节点云；
实现数据计算并协调边缘云、网关节点云工作的数据中心。
4.根据权利要求3所述的一种动态自组网移动云计算系统，其特征在于，所述边缘云包括：
缓存近期终端节点接收的数据的CS；
记录已转发过其他节点需求数据包的名称以及这些数据包所对应接口信息的PIT；
记录节点间的转发规则的FIB。
5.一种动态自组网移动云计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、终端节点采集数据并对数据进行预处理；
B、边缘云接收终端节点信号并对数据进行命名、加密、划分优先级、任务类型标记并转发给网关节点云；
C、网关节点云接收数据，根据各节点数据情况进行任务分配调度；
D、终端节点接收任务分配调度信息并通过自组网络将相应数据发送给对应的终端节点进行计算；
E、终端节点数据处理完成后将数据发送给网关节点云；
F、网关节点云对数据进行汇总发送给数据中心，数据中心对各网关节点云数据进行汇总识别应用。
6.根据权利要求5所述的一种动态自组网移动云计算方法，其特征在于，数据命名以哈希方式命名，以元数据添加实现优先级划分和任务类型标记。
7.根据权利要求5所述的一种动态自组网移动云计算方法，其特征在于，边缘云路由转发时依次查询CS、PIT、FIB的顺序。
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