CN113873033B - 一种具有容错功能的智能边缘计算网关平台 - Google Patents

一种具有容错功能的智能边缘计算网关平台 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种具有容错功能的智能边缘计算网关平台，包括安全基础设施模块、设备与系统管理模块、设备服务层、核心服务层、支持服务层和导出服务层，所述支持服务层包括边缘分析服务和自适应调度网络容错机制，用于完成采集数据的边缘分析与计算，并在网络阻塞发生时检测并修正系统任务运行过程中产生的问题，以避免数据丢失和减少阻塞层的数据传输量。通过本发明能够缓解云计算处理数据的压力，加快数据处理速度，同时减少了数据传输冗余，降低了延迟，使数据延迟问题得到了有效解决，并能在网络阻塞发生时减少当前阻塞层的数据传输量，增强阻塞层的数据传输能力。

Description

一种具有容错功能的智能边缘计算网关平台
技术领域
本发明属于电力设备接入分析技术领域，具体涉及一种具有容错功能的智能边缘计算平台。
背景技术
随着电力物联网技术的深入发展，数以万计的电力设备将产生海量的数据，特别是在计算机视觉领域，其前端设备产生的图片、视频数据量更是巨大，如果将这些数据全部汇聚到云端进行智能分析，会给通信的带宽要求和实时性要求等带来无限压力，目前接入互联网的数据中超过半数数据受到物联网带宽的限制。计算机网络资源环境中存在的终端不同性、动态变化性和通信系统的不确定性，导致物联网运营环境更为复杂。若网络阻塞的发生是由计算资源不足导致，则称为计算资源限制情况，即所有计算设备均使用了最大的计算力进行数据计算，但是仍有节点分到的数据量超过了其计算能力，这种只要在新引入的边缘服务器通信资源不受限的前提下增加计算资源便可。若网络阻塞的发生是由某层的传输资源不足导致的，则称为传输资源限制情况，即当前层已经使用了所有的传输资源来进行原始数据和计算结果的传输，但是待传输的数据量仍然超过了其传输能力，通常表现为以下几种情况：(1)在数据传输过程中，各资源节点出现问题，均会导致该节点上运行任务失败，进而使网络整体服务效率和质量下降；(2)在数据传输过程中，数据出现丢包、漏包等情况，获取不到有效的数据；(3)在数据传输过程中，单个设备异常影响整体设备的运行机制。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种具有容错功能的智能边缘计算平台，采用的技术方案如下：
一种具有容错功能的智能边缘计算网关平台，包括安全基础设施模块、设备与系统管理模块、设备服务层、核心服务层、支持服务层和导出服务层；
所述安全基础设施模块用于实现平台元件的安全保护；
所述设备与系统管理模块用于实现各服务层软件的升级与管理；
所述设备服务层具有短距离通信接口，用于设备交互以及与传感器网络/传感节点的连接，以实现对物理环境的感知和控制，并实现采集数据和控制信息的转发；
所述核心服务层用于存储平台核心数据，并完成传感器网络/传感节点的注册与配置、网络协议的转换和适配、地址的管理与映射；
所述支持服务层包括边缘分析服务和自适应调度网络容错机制，用于完成采集数据的边缘分析与计算，并在网络阻塞发生时检测并修正系统任务运行过程中产生的问题，以避免数据丢失和减少阻塞层的数据传输量，进而增强阻塞层的数据传输能力；自适应调度网络容错机制还包括资源选择服务模块；
所述导出服务层用于根据现场环境实现客户注册和日志的生成与导出，导出服务层还包括调度模块。
进一步地，所述智能边缘计算网关平台的容错流程为：
S1：终端节点设备通过智能边缘计算网关平台的设备服务层完成设备注册与宽窄带数据调度判别，并通过无线通信方式上报采集数据到智能边缘计算网关平台的核心服务层；
S2：智能边缘计算网关平台接收采集数据后，支持服务层启动边缘分析服务以解析接收到的采集数据，并对解析数据是否正常进行判断；
若数据异常则反馈信息到设备服务层，以控制终端节点设备重新采集数据并上报；
若数据正常则依据宽窄带数据调度判别结果，由导出服务层中的调度模块启动调度任务服务、创建并分配新任务到自适应调度网络容错机制中的资源选择服务模块，资源选择服务模块启动资源选择服务以根据新任务需求分配平台资源；
S3：平台资源分配完成后进行数据传输以执行新任务；
S4：新任务执行完成后更新调度任务服务，并将新任务的执行结果反馈到支持服务层。
进一步地，S3中，所述智能边缘计算网关平台通过4G通道向应用主站传输数据以执行新任务，若一定时间内无法接收到应用主站反馈的应答消息则判定网络传输发生错误，支持服务层降低信号量以控制访问资源的数量，资源选择服务模块进行平台资源动态调整以优先释放宽带数据传输资源，进而恢复网络数据传输；
进一步地，所述短距离通信接口包括RS485、RS232、CAN和LoRa。
进一步地，所述平台核心数据包括平台配置信息、协议处理中需要保存的实时数据和历史数据。
本发明的有益效果是：通过本发明能够缓解云计算处理数据的压力，加快数据处理速度；同时减少了数据传输冗余，降低了延迟，使数据延迟问题得到了有效解决，并能在网络阻塞发生时减少当前阻塞层的数据传输量，增强阻塞层的数据传输能力。
附图说明
图1为本发明智能边缘计算网关平台的架构图；
图2为本发明中网络容错机制的流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
由图1可知，本发明智能边缘计算网关平台包括安全基础设施模块、设备与系统管理模块、设备服务层、核心服务层、支持服务层和导出服务层。其中，安全基础设施模块用于实现平台元件的安全保护；设备与系统管理模块用于实现各层服务软件的升级与管理，例如设备服务，核心服务等；设备服务层具有短距离通信接口，如RS485、RS232、CAN和LoRa，主要用于设备交互以及与传感器网络/传感节点的连接，以实现对物理环境的感知和控制，并实现采集数据和控制信息的转发；核心服务层用于存放网关中的配置信息以及协议处理中需要保存的实时数据和历史数据，并完成传感器网络/传感节点的注册与配置、网络协议的转换和适配、地址的管理与映射；支持服务层包括边缘分析服务和自适应调度网络容错机制，用于完成传感器采集的原始数据的边缘分析与计算，并在网络阻塞发生时检测并修正系统任务运行过程中产生的一系列问题，以避免数据丢失和减少阻塞层的数据传输量，进而增强阻塞层的数据传输能力；所述导出服务层用于对采集数据进行告警或预警规则过滤，并根据现场环境实现客户注册和日志的生成与导出。
如图2所示，本发明智能边缘计算网关平台的具体容错流程为：
S1：终端节点设备通过智能边缘计算网关平台的设备服务层完成设备注册与宽窄带数据调度判别，并通过无线通信方式上报采集数据到智能边缘计算网关平台的核心服务层；
S2：智能边缘计算网关平台接收采集数据后，支持服务层启动边缘分析服务以解析接收到的采集数据，并对解析数据是否正常进行判断；若数据异常则反馈信息到设备服务层，以控制终端节点设备重新采集数据并上报；若数据正常则依据宽窄带数据调度判别结果，导出服务层中的调度模块启动调度任务服务、创建并分配新任务到资源选择服务模块，资源选择服务模块启动资源选择服务以根据新任务需求分配计算力等平台资源；
S3：平台资源分配完成后进行数据传输以执行新任务；智能边缘计算网关平台通过4G通道向应用主站传输数据，若一定时间内无法接收到应用主站反馈的应答消息则判定网络传输发生错误，支持服务层降低信号量以控制访问资源的数量，资源选择服务模块进行平台资源动态调整以优先释放宽带数据传输资源，进而恢复网络数据传输；
S4：新任务执行完成后更新调度任务，并将新任务的执行结果反馈到支持服务层。
以上仅是本发明的优选实施方式，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有容错功能的智能边缘计算网关平台，其特征在于，包括安全基础设施模块、设备与系统管理模块、设备服务层、核心服务层、支持服务层和导出服务层；
所述安全基础设施模块用于实现平台元件的安全保护；
所述设备与系统管理模块用于实现各服务层软件的升级与管理；
所述设备服务层具有短距离通信接口，用于设备交互以及与传感器网络/传感节点的连接，以实现对物理环境的感知和控制，并实现采集数据和控制信息的转发；
所述核心服务层用于存储平台核心数据，并完成传感器网络/传感节点的注册与配置、网络协议的转换和适配、地址的管理与映射；
所述支持服务层包括边缘分析服务和自适应调度网络容错机制，用于完成采集数据的边缘分析与计算，并在网络阻塞发生时检测并修正系统任务运行过程中产生的问题，以避免数据丢失和减少阻塞层的数据传输量，进而增强阻塞层的数据传输能力；自适应调度网络容错机制还包括资源选择服务模块；
所述导出服务层用于根据现场环境实现客户注册和日志的生成与导出，导出服务层还包括调度模块；
所述智能边缘计算网关平台的容错流程为：
S1：终端节点设备通过智能边缘计算网关平台的设备服务层完成设备注册与宽窄带数据调度判别，并通过无线通信方式上报采集数据到智能边缘计算网关平台的核心服务层；
S2：智能边缘计算网关平台接收采集数据后，支持服务层启动边缘分析服务以解析接收到的采集数据，并对解析数据是否正常进行判断；
若数据异常则反馈信息到设备服务层，以控制终端节点设备重新采集数据并上报；
若数据正常则依据宽窄带数据调度判别结果，由导出服务层中的调度模块启动调度任务服务、创建并分配新任务到自适应调度网络容错机制中的资源选择服务模块，资源选择服务模块启动资源选择服务以根据新任务需求分配平台资源；
S3：平台资源分配完成后进行数据传输以执行新任务；
S4：新任务执行完成后更新调度任务服务，并将新任务的执行结果反馈到支持服务层。
2.如权利要求1所述的一种具有容错功能的智能边缘计算网关平台，其特征在于，S3中，所述智能边缘计算网关平台通过4G通道向应用主站传输数据以执行新任务，若一定时间内无法接收到应用主站反馈的应答消息则判定网络传输发生错误，支持服务层降低信号量以控制访问平台资源的数量，资源选择服务模块进行平台资源动态调整以优先释放宽带数据传输资源，进而恢复网络数据传输。
3.如权利要求1所述的一种具有容错功能的智能边缘计算网关平台，其特征在于，所述短距离通信接口为RS485、RS232、CAN和LoRa中的任一种。
4.如权利要求1所述的一种具有容错功能的智能边缘计算网关平台，其特征在于，所述平台核心数据包括平台配置信息、协议处理中需要保存的实时数据和历史数据。
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