CN112714164A - 一种物联网系统及其任务调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物联网系统及其任务调度方法，所述系统包括：主控制终端、若干边缘智能设备组成的集群，以及感知层的物联网设备；其中，所述物联网设备用于向所述主控制终端发送数据处理请求；所述主控制终端根据每个边缘智能设备的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理；其中，所述感知层的物联网设备中，具有计算资源的物联网设备也兼注册为所述集群中的边缘智能设备。应用本发明可以在基于边缘网络的物联网系统中充分利用边缘智能设备的计算资源，在任务调度时合理分配计算资源，从而提高任务的处理速度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别是指一种物联网系统及其任务调度方法。
背景技术
随着物联网的迅速发展，越来越多的物联网设备产生出海量数据，如何充分利用网络中的计算资源实时快速的处理这些数据，获取海量信息，并在网络中进行高效高性能传输和处理的需求愈发突出。
目前针对基建业务的物联网，还存在许多问题。例如，所有物联网数据统一传到管理服务器进行处理，数据占用带宽大，多任务并发时管理服务器压力大、处理速度慢。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种物联网系统及其任务调度方法，可以在基于边缘网络的物联网系统中充分利用边缘智能设备的计算资源，在任务调度时合理分配计算资源，从而提高任务的处理速度和效率。
基于上述目的，本发明提供一种物联网系统，包括：主控制终端、若干边缘智能设备组成的集群，以及感知层的物联网设备；其中，
所述物联网设备用于向所述主控制终端发送数据处理请求；
所述主控制终端根据每个边缘智能设备的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理；
其中，所述感知层的物联网设备中，具有计算资源的物联网设备也兼注册为所述集群中的边缘智能设备。
较佳地，所述具有计算资源的物联网设备还用于向主控终端进行服务注册；并在注册成功后加入所述集群。
较佳地，所述集群中的边缘智能设备具体用于定期向所述主控终端上报本终端的运算力和处理性能；以及
所述主控终端具体用于根据每个边缘智能设备上报的运算力和处理性能，形成第一性能评估表，并对第一性能评估表进行数据统计以便优化任务的调度方式。
较佳地，所述集群中的边缘智能设备还用于定期向所述主控终端上报本终端的功耗与可用时间；以及
所述主控终端还用于根据每个边缘智能设备上报的功耗与可用时间，形成第二性能评估表，并根据第二性能评估表对任务的调度进行功耗方面的权衡与优化。
进一步，所述系统还包括：应用终端；
所述应用终端用于向所述主控制终端发送服务请求；以及
所述主控终端还用于通过负载均衡机制，来选择具体响应的边缘智能设备为所述应用终端提供相关的业务服务。
本发明还提供一种物联网系统的任务调度方法，包括：
所述物联网系统中感知层的物联网设备向所述物联网系统中的主控制终端发送数据处理请求；
所述主控制终端根据所述物联网系统中的集群中的每个边缘智能设备的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理；
其中，所述感知层的物联网设备中，具有计算资源的物联网设备也兼注册为所述集群中的边缘智能设备。
本发明技术方案中的物联网系统包括：主控制终端、若干边缘智能设备组成的集群，以及感知层的物联网设备；其中，所述物联网设备用于向所述主控制终端发送数据处理请求；所述主控制终端根据每个边缘智能设备的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理；其中，所述感知层的物联网设备中，具有计算资源的物联网设备也兼注册为所述集群中的边缘智能设备。从而，使得具有计算资源的物联网设备在采集数据以及完成自身数据处理之余，还可将空闲的计算资源用于其它物联网设备，则可以更加充分地利用网络中的计算资源，提高计算速度和效率；
此外，由于主控制终端将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理，不负责数据处理和计算的工作，大大降低了服务器配置的要求，降低了成本，并可以减小带宽入口压力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种物联网系统的架构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于微服务容器化的分布式架构图；
图3为本发明实施例提供的一种物联网系统的任务调度方法流程图。
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，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。
本发明实施例提供的一种物联网系统，架构如图1所示，包括：主控制终端101、若干边缘智能设备102组成的集群，以及感知层的物联网设备103。其中，感知层的物联网设备103包括各类传感器、仪表或电器设备，用以采集数据，并向所述主控制终端101发送数据处理请求。
主控制终端101根据每个边缘智能设备102的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备102进行处理；具体地，主控制终端101在处理接收的数据处理请求的时候，按照队列方式进行请求优先级排序，同时考虑某个请求的处理复杂度和时间，进行任务分解，并进行调度决策。例如，主控终端101可根据具体场景进行调度决策适配；比如，对温湿度敏感的场景，主控终端101可提高温湿度数据处理的优先级。
当个边缘智能设备102接入集群时，首先向主控终端101进行服务注册。这样的机制使得整个系统具有良好的扩展性和灵活性。
较佳地，所述感知层的物联网设备103中，具有计算资源的物联网设备也可注册为所述集群中的边缘智能设备。
事实上，感知层的物联网设备103中也可适配智能数据处理模块，具有一定的计算资源，除了完成自身的数据处理任务，空闲的计算资源如果可以用于其它物联网设备，则可以充分利用网络中的计算资源，提高计算速度和效率。
也就是说，具有计算资源的物联网设备103可以向主控终端101进行服务注册，并在注册成功后加入所述集群，也成为一个边缘智能设备，从而可以为其它物联网设备发送的数据处理请求进行数据处理。
具体地，集群中的边缘智能设备102可以定期向所述主控终端上报本终端的运算力和处理性能；
相应地，主控终端101根据每个边缘智能设备上报的运算力和处理性能，形成第一性能评估表，并对第一性能评估表进行数据统计以便优化任务的调度方式。
此外，集群中的边缘智能设备102还可定期向所述主控终端上报本终端的功耗与可用时间；
相应地，主控终端101还可根据每个边缘智能设备上报的功耗与可用时间，形成第二性能评估表，并根据第二性能评估表对任务的调度进行功耗方面的权衡与优化。
较佳地，本发明实施例提供的一种物联网系统中还可采用基于微服务容器化的分布式架构，如图2所示，将原本集中的系统功能模块化，分解成较小的独立服务组件。遵循高内聚、低耦合的原则，每一个微服务组件负责一项具体的业务功能，并封装为容器，以便于部署：
主控制终端101根据接收的数据处理请求，确定当前待处理的业务；并将所述业务分解为多个业务功能；进而，将实现这些业务功能的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理；
相应地，边缘智能设备102中可以部署有一个或多个容器，用以提供一个或多个业务功能的服务。
此外还可采用分布式数据存储机制：每个边缘智能设备都存储与服务相关的数据，从而可以大大减少原始数据向中心数据服务器集中传输与集中存储带来的带宽和资源的消耗。
进一步，本发明实施例提供的一种物联网系统中还可包括：应用终端104；
应用终端104可通过API接口网关访问主控制终端101，向主控制终端101发送服务请求；
主控制终端101接收到应用终端104发送的服务请求后，可通过负载均衡机制，来选择具体响应的边缘智能设备为所述应用终端提供相关的业务服务。同时，主控终端也可具有边缘智能分析计算功能。
基于上述的物联网系统，本发明实施例提供的一种物联网系统的任务调度方法，流程如图3所示，包括如下步骤：
步骤S301：物联网系统中感知层的物联网设备103向所述物联网系统中的主控制终端101发送数据处理请求。
步骤S302：主控制终端101根据所述物联网系统中的集群中的每个边缘智能设备102的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备102进行处理。
具体地，所述集群中的边缘智能设备102可以定期向所述主控终端上报本终端的运算力和处理性能；从而，主控终端101可以根据每个边缘智能设备上报的运算力和处理性能，形成第一性能评估表，并对第一性能评估表进行数据统计以便优化任务的调度方式；
此外，所述集群中的边缘智能设备102还可定期向所述主控终端上报本终端的功耗与可用时间；从而，主控终端101还可根据每个边缘智能设备上报的功耗与可用时间，形成第二性能评估表，并根据第二性能评估表对任务的调度进行功耗方面的权衡与优化。
较佳地，边缘智能设备102部署有一个或多个容器，用以提供一个或多个业务功能的服务；则本步骤中，主控制终端101根据接收的数据处理请求，确定当前待处理的业务；并按照队列方式进行请求优先级排序，同时考虑某个请求的处理复杂度和时间，将所述业务分解为多个业务功能；进而，将实现这些业务功能的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理。
本发明技术方案中的物联网系统包括：主控制终端、若干边缘智能设备组成的集群，以及感知层的物联网设备；其中，所述物联网设备用于向所述主控制终端发送数据处理请求；所述主控制终端根据每个边缘智能设备的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理；其中，所述感知层的物联网设备中，具有计算资源的物联网设备也兼注册为所述集群中的边缘智能设备。从而，使得具有计算资源的物联网设备在采集数据以及完成自身数据处理之余，还可将空闲的计算资源用于其它物联网设备，则可以更加充分地利用网络中的计算资源，提高计算速度和效率；
此外，由于主控制终端将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理，不负责数据处理和计算的工作，大大降低了服务器配置的要求，降低了成本，并可以减小带宽入口压力；
此外，边缘智能设备通过向主控制终端注册的方式加入集群，使得计算资源灵活配置，可以随时根据数据处理量进行增减；
此外，主控制终端还可根据边缘智能设备上报的运算力和处理性能等信息进行统筹规划，从而进行调度决策的优化。
进一步，本发明实施例的物联网系统还采用了微服务容器化架构：基于微服务容器化的分布式架构，将原本集中的系统功能模块化，分解成较小的独立服务组件，每个服务组件负责专一的业务功能，简化了业务系统的复杂度，提高了系统的可控性和高维护性；每个服务部署于一个容器，一个边缘物联代理可以运行一个或多个容器，服务与服务之间以及服务与应用之间通过统一风格的API接口进行通信，简化了大量服务组件部署的难度，提高了系统的可扩展性；相比于集中功能的系统，微服务组件占用的空间更小，并且尽可能少的使用计算资源，更适用于分布式嵌入式系统，单个服务组件能够快速发布与部署，提高了系统的灵活性。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种物联网系统，包括：主控制终端、若干边缘智能设备组成的集群，以及感知层的物联网设备；其中，
所述物联网设备用于向所述主控制终端发送数据处理请求；
所述主控制终端根据每个边缘智能设备的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理；
其中，所述感知层的物联网设备中，具有计算资源的物联网设备也兼注册为所述集群中的边缘智能设备。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述具有计算资源的物联网设备还用于向主控终端进行服务注册；并在注册成功后加入所述集群。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述集群中的边缘智能设备具体用于定期向所述主控终端上报本终端的运算力和处理性能；以及
所述主控终端具体用于根据每个边缘智能设备上报的运算力和处理性能，形成第一性能评估表，并对第一性能评估表进行数据统计以便优化任务的调度方式。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述集群中的边缘智能设备还用于定期向所述主控终端上报本终端的功耗与可用时间；以及
所述主控终端还用于根据每个边缘智能设备上报的功耗与可用时间，形成第二性能评估表，并根据第二性能评估表对任务的调度进行功耗方面的权衡与优化。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述主控制终端根据接收的数据处理请求，确定当前待处理的业务；并将所述业务分解为多个业务功能；进而，将实现这些业务功能的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理；以及
所述边缘智能设备具体部署有一个或多个容器，用以提供一个或多个业务功能的服务。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：应用终端；
所述应用终端用于向所述主控制终端发送服务请求；以及
所述主控终端还用于通过负载均衡机制，来选择具体响应的边缘智能设备为所述应用终端提供相关的业务服务。
7.一种物联网系统的任务调度方法，包括：
所述物联网系统中感知层的物联网设备向所述物联网系统中的主控制终端发送数据处理请求；
所述主控制终端根据所述物联网系统中的集群中的每个边缘智能设备的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理；
其中，所述感知层的物联网设备中，具有计算资源的物联网设备也兼注册为所述集群中的边缘智能设备。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述主控制终端根据所述物联网系统中的集群中的每个边缘智能设备的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理，具体包括：
所述主控终端根据每个边缘智能设备定期上报的运算力和处理性能，形成第一性能评估表，并对第一性能评估表进行数据统计以便优化任务的调度方式。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述主控制终端根据所述物联网系统中的集群中的每个边缘智能设备的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理，具体包括：
所述主控终端根据每个边缘智能设备上报的功耗与可用时间，形成第二性能评估表，并根据第二性能评估表对任务的调度进行功耗方面的权衡与优化。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述边缘智能设备具体部署有一个或多个容器，用以提供一个或多个业务功能的服务；以及
所述主控制终端根据所述物联网系统中的集群中的每个边缘智能设备的工作负载情况，动态的将接收的数据处理请求的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理，具体包括：
所述主控制终端根据接收的数据处理请求，确定当前待处理的业务；并将所述业务分解为多个业务功能；进而，将实现这些业务功能的任务调度给有空余计算资源的边缘智能设备进行处理。
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