CN112214432B - 基于通讯板的可移动边缘计算一体机及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于通讯板的可移动边缘计算一体机及其应用。在该一体机中，以移动终端作为用户与云端的边缘，将所述移动终端的多个通讯板插入到基板上经由该基板进行网络连接构建移动集群，其中，所述移动终端的通讯板作为运算节点运行分布式软件并处理所述移动终端侧的数据。本发明的可移动边缘计算一体机能够用于小区的智能中心等，具有成本低、功耗小等优势。

Description

基于通讯板的可移动边缘计算一体机及其应用
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于通讯板的可移动边缘计算一体机及其应用。
背景技术
边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务，其应用程序在边缘侧发起，从而产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全和隐私保护等方面的基本需求。
在现有技术中，边缘计算研究还在处于初级阶段，主要体现在物联网、移动蜂窝网、车联网等应用领域的研究。例如，针对石油、天然气等关键基础设施的远程安全监测目前正在部署先进的物联网监测设备，其通过使用物联网设备，如使用温度、湿度、压力传感器以及互联网协议摄像头和其他技术，对石油和天然气进行实时监测获取大量的数据，以便对特定系统的健康状况进行观察，防止出现意外。例如，在车联网领域，在靠近车辆的移动通信设备，如基站、路边单元等进行优化以实现车联网的边缘计算。又如，在5G时代，由于通信信号处理需求的增加以及多种物联场景的出现，通过将边缘计算服务器部署在RAN(无线接入网)侧基站汇聚点，或部署在RAN侧单个基站，能够监测热点区域，例如校园、大型购物中心等，实现低延时，高带宽的数据处理要求，有效应对时延敏感业务，避免网络传输时延，降低网络拥塞，提升数据传输安全性并提升应用可靠性等。
然而，目前还没有针对智能手机等移动终端的边缘计算的研究，并且现有的边缘计算采用的服务器节点普遍能耗较高、体积较大，不适合一些边缘计算的应用场景。
因此，本发明基于智能手机的运算能力越来越强大，通过手机通讯板进行组网，设计一种便于扩展，体积小、能耗低、廉价的移动小集群，能很好地解决边缘计算的运算需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于通讯板的可移动边缘计算一体机及其应用。
根据本发明的第一方面，提供了一种基于通讯板的可移动边缘计算一体机。在该一体机中，以移动终端作为用户与云端的边缘，将所述移动终端的多个通讯板插入到基板上经由该基板进行网络连接构建移动集群，其中，所述移动终端的通讯板作为运算节点运行分布式软件并处理所述移动终端侧的数据。
在一个实施例中，所述移动终端的通讯板上运行的分布式软件包括mesos、hadoop或spark。
在一个实施例中，所述移动终端的多个通讯板经由所连接的基板上的电源模块统一供电。
在一个实施例中，所述移动终端的通讯板上设置多核ARM处理器、内存和存储器并运行linux操作系统或android操作系统。
在一个实施例中，所述移动终端是智能手机。
在一个实施例中，根据运算需求的大小，配置N块基板，每块基板上最多插入10个通讯板，组建一个10*N的移动集群，其中N为大于等于1的整数。
在一个实施例中，所述移动集群的规模通过插拔所述基板上连接的通讯板数量来实现缩减。
在一个实施例中，所述移动集群包含的基板数量根据通讯板的数量、运算需求、用户要求时延中的一项或多项确定。
在一个实施例中，对于所述移动集群，在没有任务运行情况下进行基准测试，以获得移动集群的整体性能和各运算节点的性能。
根据本发明的第二方面，提供一种可移动边缘计算的应用，将本发明提供的基于通讯板的可移动边缘计算一体机用于小区的智能中心或作为高校的大数据实验环境。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用移动终端的通讯板构建移动小集群，通讯板通过基板进行网络通讯并由基板统一给通讯板供电，通过在移动小集群上运行mesos、hadoop、spark等分布式软件能够实现可移动的边缘计算，所构建的可移动边缘计算一体机具有体积小、能耗低、可扩展、低成本等特点，能很好的满足边缘计算的运算需求。
附图说明
以下附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的基于通讯板的可移动边缘计算一体机的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
在本文示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
根据本发明的一个实施例，提供基于通讯板的可移动计算边缘一体机，简言之，该一体机利用移动终端的通讯板构建移动集群以实现边缘计算，其中移动终端包括但不限于智能手机、平板电脑等，下文将以智能手机为例进行介绍。
具体地，参见图1所示，本发明实施例提供的一体机包括多块通讯板和一块基板，其中通讯板用于与无线通信网络对接，基板连接通讯板或其他的模块。
对于移动手机，通讯板通常包括一个或多个处理器(处理器包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等处理装置)、晶振、存储器、供电模块，并设有网口、音频接口等多种类型的接口，其中处理器可采用专用芯片，根据需要运行嵌入式操作系统和不同的应用程序，存储器有足够存储空间，供缓存和记录日志使用，网口可以是通用的以太网接口，传输速率为10M/100M/1000Mbps等，通讯板可通过排线或插座与基板连接。
基板上设有多种类型的接口，如电源接口、串口、USB接口、网线接口等，并能实现路由功能，可采用通用的路由协议实现通讯板之间的网络连接。
在图1的实施例中，通讯板配有4核ARM CPU、4G内存、板载8G存储器，支持android和linux等多种类型的操作系统。通讯板安插于基板(底板)上，基板可以起到供电和路由的作用。各个通讯板通过基板进行网络交互，每块通讯板相当于一个运算节点，经由基板进行网络交互的多个通讯板构成一个移动小集群，即构成基于通讯板的可移动边缘计算一体机。
在本发明提供的可移动边缘计算一体机中，基础节点数由通讯板的数量决定，例如，一块基板可以安装连接10个通讯板，根据运算需求的大小，可以配置N块基板，即组建一个10*N的集群。
在一个实施例中，可移动边缘计算一体机，由多个linux基础节点组成，该一体机可以运行mesos以管理集群中的资源分配，同时可以运行hadoop、spark以执行分布式运算。通过这种方式构建的一体机，随着手机芯片的不断升级，ARM的运算功能越来越强大，该一体机的性能将会越来越强。
在一个实施例中，每个通讯板有各自的供电接口，可以独立对各通讯板进行供电，也可由基板对其上连接的多个通讯板统一供电。这种统一供电方式，能够方便快捷地对通讯板提供电力，通讯板插在基板上即可完成供电。
在本发明实施例中，通过基板完成通讯板之间的组网，通讯板插在基板上就能加入小集群的网络中，这种方式便于控制所构建的移动小集群的规模。
在构建移动集群之后，可在没有任务运行的集群上进行基准测试，例如使用Hadoop自带的一些基准测试程序来测试小集群的性能，以获得移动集群的整体性能和各通讯板的性能，例如，执行效率、存储资源使用情况，CPU占用率等，从而指导后续执行边缘计算任务时分配资源和运算节点。
本发明实施例的基于通讯板的可移动边缘计算一体机，一种可能的应用场景是用作小区的智能中心，处理附近小区的数据；另一种应用是作为高校的大数据实验环境；或者处理手机侧产生的数据，例如，对手机上的图片或视频进行处理，以实现边缘计算。相对于通过服务器节点构建的边缘计算中心，本发明利用手机通讯板构建移动小集群，通讯板通过基板进行网络通信的方式，具有成本低、扩展性强等优点。
本发明提出利用移动终端的通讯板作为运算节点构建移动小集群，实现边缘计算一体机。随着智能手机等移动终端的发展，通讯板的性能成本越来越低，将其运用于移动小集群，能够显著降低设备成本。本发明采用基板+通讯板的方式，构建可扩展的移动小集群，该集群能很方便的运行mesos进行资源管理，同时可以运行hadoop、spark进行分布式运算，为边缘计算提供计算支撑。
综上所述，相对于数据制造者生成原始数据并传到云端，数据消费者向云端发送请求然后使用数据。本发明提供的可移动边缘计算一体机，将智能手机作为用户和云端的边缘，基于手机通讯板来构建移动集群，在靠近数据源的地方进行计算，能够减轻网络传输压力，从而降低了向云端传输数据而导致地不必要的带宽和资源消耗，同时满足了保护隐私的需求。此外，本发明首次提出了利用日益普及和不断发展的移动终端构建可移动边缘计算一体机，具有尺寸小、便于伸缩和扩张、能耗低等优点，经验证能够很好的适用于边缘计算。
应理解的是，本发明实施例的移动终端可包括比图1所示更多的组件，例如，射频模块、摄像模块等，图1仅示意性示出了与本发明的可移动边缘计算一体机相关的部分，并且本发明对移动终端的品牌、型号等没有限制，可采用市售的移动终端的通讯板和基板完成上述组网。此外，基板上可进一步设置接口用于连接后台管理系统，以监测、控制移动集群的任务执行情况和数据处理结果等。
需要说明的是，虽然上文按照特定顺序描述了各个步骤，但是并不意味着必须按照上述特定顺序来执行各个步骤，实际上，这些步骤中的一些可以并发执行，甚至改变顺序，只要能够实现所需要的功能即可。
本文涉及的内存、存储器等计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以包括但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (5)

1.一种基于通讯板的可移动边缘计算一体机，其特征在于，以移动终端作为用户与云端的边缘，将所述移动终端的多个通讯板插入到基板上经由该基板进行网络连接构建移动集群，其中，所述移动终端的通讯板作为运算节点运行分布式软件并处理所述移动终端侧的数据；
其中，所述移动终端是智能手机，并且根据运算需求的大小，配置N块基板，每块基板上最多插入10块通讯板，组建一个10*N的移动集群，其中N为大于等于1的整数；
其中，所述一体机运行mesos以管理移动集群中的资源分配，同时运行hadoop、spark以执行分布式运算；
其中，所述移动终端的通讯板上设置多核ARM处理器、内存和存储器并运行linux操作系统或android操作系统；
其中，所述基于通讯板的可移动边缘计算一体机用于小区的智能中心或作为高校的大数据实验环境。
2.根据权利要求1所述的基于通讯板的可移动边缘计算一体机，其特征在于，所述移动终端的多个通讯板经由所连接的基板上的电源模块统一供电。
3.根据权利要求1所述的基于通讯板的可移动边缘计算一体机，其特征在于，所述移动集群的规模通过插拔所述基板上连接的通讯板数量实现缩减。
4.根据权利要求1所述的基于通讯板的可移动边缘计算一体机，其特征在于，所述移动集群包含的基板数量根据通讯板的数量、运算需求、用户要求时延中的一项或多项确定。
5.根据权利要求1所述的基于通讯板的可移动边缘计算一体机，其特征在于，对于所述移动集群，在没有任务运行情况下进行基准测试，以获得移动集群的整体性能和各运算节点的性能。
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