CN117014487B - 一种面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向高机动环境的自适应接入边缘云方法，机动的本地终端启动，实时监听邻近边缘云心跳；接收并验证心跳附带的系统验证码，验证通过则发送终端入云申请，邻近边缘云接收到终端入云申请，验证通过后回复，本地终端接收到终端入云许可后，获取并记录所接入的边缘云标识、服务节点标识、消息发送时间戳以及消息接收时间戳，本地终端位置机动并仍实时监听邻近边缘云心跳；根据心跳附带的边缘云标识、服务节点标识、消息送达时间判断是否更换接入服务节点或边缘云。根据与网络中邻近边缘云的连接情况与实时变化自适应状态调整，实现了边缘云接入面向高机动环境的场景运用，有助于提高系统边缘信息服务的稳定性以及应用效能。

Description

一种面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法

技术领域

本发明涉及通信技术，具体是涉及一种面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法。

背景技术

伴随着物联网、车联网、船联网、飞联网等领域的迅猛发展，边缘计算技术不断取得突破，各类云业务延展至边缘，进而提高了信息系统规模及其复杂度，为边缘环境的服务组织应用带来了挑战。

综合军民用市场，边缘环境下有着大量的信息设备用于搭建各中小型信息系统，但这些设备的软硬件资源参差不齐、性能不一有些甚至较差，其中终端设备尤为突出，受限的计算、存储、网络资源会约束各地能够集成部署使用的信息服务。为有望给各类终端设备带来更多且质量有保证的服务，可通过集约利用边缘环境中如机动车辆、船舶、飞机等的服务器类型设备资源构建边缘云，引接“云”的信息服务能力向网络边缘延伸，并就近向“端”提供“云”、“边”信息服务。进一步，满足高机动场景运用需求，支撑各类终端设备适地就近连接边缘云享用“云”、“边”信息服务以开展有关业务，并兼顾提高资源利用效率和系统可用性，可应用于边缘环境高机动条件下的随遇连接边缘云技术，成为信息系统软件服务平台统筹规划中的必要考虑因素。

目前暂未有针对边缘环境高机动条件下边缘云的终端动态发现与随遇连接方法，故为此统筹设计机动通信网络条件下边缘云的动态自发现连接，支撑物理分布边缘云数据、服务等资源的弱连接下高可用，以减少因边缘云的服务器硬件故障、网络通信失联、软件系统问题、人为失误操作等带来的终端应用“云”、“边”信息服务风险，已成为当前信息系统建设所急需。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种面向高机动环境自适应状态调整连接边缘云的方法。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种面向高机动环境的自适应连接边缘云方法，包括以下步骤：

(1)机动的本地终端启动，实时监听邻近边缘云心跳；心跳附带系统验证码、边缘云标识、服务节点标识与消息发送时间戳；

(2)本地终端监听接收到邻近边缘云心跳时，验证心跳附带的系统验证码，验证通过则发送终端入云申请，并监听邻近边缘云应答的终端入云许可；

(3)邻近边缘云接收到终端入云申请，并进行验证，验证通过后向申请入云终端回复终端入云许可，终端入云许可附带边缘云标识、服务节点标识与消息发送时间戳；

(4)本地终端接收到终端入云许可后，获取并记录所连接的边缘云标识、服务节点标识、消息发送时间戳以及消息接收时间戳，本地终端位置机动并仍实时监听邻近边缘云心跳；

(5)本地终端监听接收到邻近边缘云心跳时，根据边缘云标识判断是否为已连接边缘云；根据服务节点标识判断是否为已连接服务节点；若非已连接边缘云或已连接服务节点，根据消息送达时间判断是否更换连接服务节点或更换连接边缘云。

进一步的，所述步骤(3)中邻近边缘云验证通过终端入云申请后，将申请入云终端作为终端用户加入边缘云的边缘云连接终端用户列表，并记录申请入云终端的身份标识和IP地址信息。

进一步的，所述本地终端的状态包括未连接边缘云State_CloudEnter＝false、已连接边缘云State_CloudEnter＝true；本地终端的自适应连接边缘云包括：

未连接边缘云State_CloudEnter＝false情况下，监听认证发现网络中邻近存在可连接的边缘云时，本地终端新连接边缘云；

已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，监听认证发现已连接边缘云中存在可更快连接服务节点时，本地终端更换连接服务节点；

已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，监听认证发现网络中邻近存在可更快连接的边缘云时，本地终端更换连接边缘云；

已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，在连接边缘云保持时间T_{CloudEnteHrold}内监听到连接边缘云心跳时，本地终端连接边缘云保持；

已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，超出连接边缘云保持时间T_{CloudEnteHrold}未监听到连接边缘云心跳时，本地终端退出边缘云。

进一步的，所述步骤(5)中的本地终端监听接收到邻近边缘云心跳中，心跳附带的边缘云标识ID_Cloud与步骤(4)中本地终端获取并记录的所连接的边缘云标识ID_CloudEnter相同；但接收到的心跳附带的服务节点标识ID_Node与步骤(4)中本地终端获取并记录的所连接的服务节点标识ID_NodeEnter不相同时，根据消息发送时间戳t_NodeMsgSnd和消息接收时间戳t_NodeMsgRcv计算步骤(5)邻近边缘云心跳的服务节点消息送达时间T_NodeMsgTrnas＝t_NodeMsgRcv-t_NodeMsgSnd，如果该服务节点消息送达时间小于已连接服务节点消息送达时间，则本地终端更换连接服务节点；并记录更换后的服务节点标识、已连接服务节点消息送达时间、已连接边缘云心跳时间。

进一步的，所述步骤(5)中的本地终端监听接收到邻近边缘云心跳中，心跳附带的边缘云标识ID_Cloud与步骤(4)中本地终端获取并记录的所连接的边缘云标识ID_CloudEnter不相同时；根据消息发送时间戳t_NodeMsgSnd和消息接收时间戳t_NodeMsgRcv计算步骤(5)邻近边缘云心跳的服务节点消息送达时间T_NodeMsgTrnas＝t_NodeMsgRcv-t_NodeMsgSnd，如果该服务节点消息送达时间小于已连接服务节点消息送达时间，则本地终端更换连接边缘云；并记录更换后的边缘云标识、服务节点标识、已连接服务节点消息送达时间、已连接边缘云心跳时间。

进一步的，本地终端超出连接边缘云保持时间T_{CloudEnteHrold}未监听接收到邻近边缘云心跳，本地终端判定退出边缘云；本地终端退出边缘云的情况下，记录连接边缘云状态为未连接State_CloudEnter＝false。

有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是可根据与网络中邻近边缘云的连接情况与实时变化，自适应状态调整连接边缘云，或新连接边缘云、或更换连接服务节点、或更换连接边缘云、或退出边缘云。本发明方法不但支持边缘云的终端动态高可用连接，而且实现了边缘云连接面向高机动环境的场景运用，使得能够更实用于机动车辆、船舶、飞机等终端业务信息系统，同时支撑应用本方法的边缘云平台环境能够组织运用于为各类终端设备提供更多且质量有保证的“云”、“边”数据、服务资源，有助于提高系统边缘信息服务的稳定性以及应用效能。

附图说明

图1是本发明自适应连接边缘云方法的应用场景示意图。

图2是本发明中边缘云探测连接的过程示意图。

图3是本发明中终端新入云调整的过程示意图。

图4是本发明中终端入云调整判定的过程示意图。

图5是本发明中终端连接服务节点调整的过程示意图。

图6是本发明中终端连接边缘云调整的过程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中一种面向高机动环境的自适应连接边缘云方法，包括如下步骤：

第一步、边缘云探测连接：本地终端启动时，根据与网络中邻近边缘云的连接情况发现可连接的边缘云，经边缘云在线认证后连接边缘云，并获取所连接边缘云标识与连接服务节点标识等。其过程如图2所示，详细步骤如下：

(1-1)终端入云申请：本地终端启动时，根据与网络中邻近边缘云的连接情况发现可连接的边缘云，终端与边缘云中服务器组(指的是本地所有计算机服务器作为对外通联及服务的整体)所属同一个机动承载平台时，通过内部网络以有线或无线宽带方式连接向邻近发送；所属不同机动承载平台时，通过外部网络以无线方式向邻近广播发送终端入云申请，申请附带系统验证码，之后监听等待在邻近边缘云探测应答时间T_{NearCloudeDtect}内接收邻近边缘云应答的终端入云许可；若直至邻近边缘云探测应答时间T_{NearCloudeDtect}结束仍未接收到邻近边缘云的终端入云许可时，判定本地终端未发现可连接的邻近边缘云，此时记录连接边缘云状态为未连接State_CloudEnter＝false；若，T_{NearCloudeDtect}内接收邻近边缘云应答的终端入云许可，则进行步骤(1-2)；

(1-2)终端入云认证：若网络中有邻近边缘云，邻近边缘云中服务节点的终端用户入云认证模块监听接收到终端入云申请时，在线验证申请入云终端申请附带提交的系统验证码与系统的统一识别码一致否，两者一致则表明入云申请通过，此时将申请入云终端作为终端用户加入边缘云该服务节点的边缘云连接终端用户列表，其中记录该终端的身份标识和IP地址信息，之后向申请入云终端回复终端入云许可，许可附带边缘云标识ID_Cloud、服务节点标识ID_Node与消息发送时间戳t_NodeMsgSnd；

(1-3)终端入云执行：本地终端接收到邻近边缘云的终端入云许可时，判定本地终端已通过边缘云在线认证，此时获取许可附带边缘云标识ID_Cloud、服务节点标识ID_Node与消息发送时间戳t_NodeMsgSnd，以及该消息接收时间戳t_NodeMsgRcv，并根据以下公式：

T_NodeMsgTrnas＝t_NodeMsgRcv-t_NodeMsgSnd

计算得知服务节点消息送达时间，之后记录已连接边缘云标识ID_CloudEnter＝ID_Cloud、已连接服务节点标识ID_NodeEnter＝ID_Node、已连接服务节点消息送达时间T_{NodeEntersMgTrans}＝T_NodeMsgTrnas、已连接边缘云心跳时间等于消息接收时间戳t_CloudHeart＝t_NodeMsgRcv，以及记录连接边缘云状态为已连接State_CloudEnter＝true，终止等待邻近边缘云探测应答。

第二步、边缘云连接调整：本地终端开始工作后，结合所连接边缘云标识与连接服务节点标识，根据与网络中邻近边缘云(含连接边缘云)的连接情况变化，按就近原则判定新连接边缘云、或更换连接服务节点、或更换连接边缘云、或退出边缘云。包括：

终端未连接边缘云State_CloudEnter＝false情况下，监听认证发现网络中邻近存在可连接的边缘云时，本地终端新连接边缘云；

终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，监听认证发现已连接边缘云中存在可更快连接服务节点时，本地终端更换连接服务节点；

终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，监听认证发现网络中邻近存在可更快连接的边缘云时，本地终端更换连接边缘云；

终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，在连接边缘云保持时间T_{CloudEnteHrold}内监听到连接边缘云心跳时，本地终端连接边缘云保持；

终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，超出连接边缘云保持时间T_{CloudEnteHrold}未监听到连接边缘云心跳时，本地终端退出边缘云。

(2-1)终端新入云调整：终端未连接边缘云State_CloudEnter＝false情况下，监听认证发现网络中邻近存在可连接的边缘云时，本地终端新连接边缘云。其过程如图3所示，详细步骤如下：

(2-1-1)终端入云调整判定：如图4所示，本地终端监听接收到外部网络中邻近边缘云心跳时，验证心跳附带的系统验证码与系统的统一识别码一致否，两者一致则表明可连接此边缘云，此时获取心跳附带边缘云标识ID_Cloud、服务节点标识ID_Node与消息发送时间戳t_NodeMsgSnd，以及该消息接收时间戳t_NodeMsgRcv，并进一步在终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true的情况下根据以下公式：

T_NodeMsgTrnas＝t_NodeMsgRcv-t_NodeMsgSnd

计算得知服务节点消息送达时间，以及进一步在心跳附带服务节点标识ID_Node与已连接服务节点标识ID_NodeEnter不同的情况下根据以下公式：

计算得知是否更换连接服务节点，之后根据以下公式：

判定终端入云调整状态，其中1表明新连接边缘云，2表明更换连接服务节点，3表明更换连接边缘云，4表明连接保持；

(2-1-2)终端新入云记录：本地终端新连接边缘云的情况下，本地终端记录已连接边缘云标识ID_CloudEnter＝ID_Cloud、已连接服务节点标识ID_NodeEnter＝ID_Node、已连接服务节点消息送达时间T_{NodeEntersMgTrans}＝T_NodeMsgTrnas、已连接边缘云心跳时间t_CloudHeart等于消息接收时间戳t_NodeMsgRcv，以及记录连接边缘云状态为已连接State_CloudEnter＝true；

(2-1-3)终端入云登记提报：本地终端通过外部网络以无线方式向新连接边缘云中服务节点发送终端入云登记，登记附带系统验证码；

(2-1-4)终端入云登记执行：新连接边缘云中服务节点的终端用户入云认证模块监听接收到终端入云登记时，在线验证登记附带提交的系统验证码与系统的统一识别码一致否，两者一致则表明入云登记通过，将登记入云终端作为终端用户加入边缘云的边缘云连接终端用户列表，其中记录该终端的身份标识和IP地址信息。

(2-2)终端连接服务节点调整：终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，监听认证发现已连接边缘云中存在可更快连接服务节点时，本地终端更换连接服务节点。其过程如图5所示，详细步骤如下：

(2-2-1)终端入云调整判定：本地终端监听接收到邻近边缘云心跳，在线验证其心跳附带的系统验证码，系统验证码认证通过后，若此时终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true，邻近边缘云心跳附带边缘云标识ID_Cloud与已连接边缘云标识ID_CloudEnter相同，但服务节点标识ID_Node与已连接服务节点标识ID_NodeEnter不同时，根据消息发送时间戳t_NodeMsgSnd和消息接收时间戳t_NodeMsgRcv计算服务节点消息送达时间T_NodeMsgTrnas＝t_NodeMsgRcv-t_NodeMsgSnd，并结合已连接服务节点消息送达时间T_{NodeEntersMgTrans}，按照如下公式：

计算得知ChangeIf_NodeEnter＝true时本地终端判定更换连接服务节点；

(2-2-2)终端连接服务节点更新：本地终端更换连接服务节点的情况下，本地终端更新已连接服务节点标识ID_NodeEnter＝ID_Node、已连接服务节点消息送达时间T_{NodeEntersMgTrans}＝T_NodeMsgTrnas、已连接边缘云心跳时间t_CloudHeart等于消息接收时间戳t_NodeMsgRcv；

(2-2-3)终端入云登记提报：同(2-1-3)；

(2-2-4)终端入云登记执行：同(2-1-4)。

(2-3)终端连接边缘云调整：终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，监听认证发现网络中邻近存在可更快连接的边缘云时，本地终端更换连接边缘云。详细步骤如下：

(2-3-1)终端入云调整判定：本地终端监听接收到邻近边缘云心跳，在线验证其心跳附带的系统验证码，系统验证码认证通过后，若此时终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true，邻近边缘云心跳附带边缘云标识ID_Cloud与已连接边缘云标识ID_CloudEnter不同时，根据消息发送时间戳t_NodeMsgSnd和消息接收时间戳t_NodeMsgRcv计算服务节点消息送达时间T_NodeMsgTrnas＝t_NodeMsgRcv-t_NodeMsgSnd，并结合已连接服务节点消息送达时间T_{NodeEntersMgTrans}，按照如下公式：

计算得知ChangeIf_CloudEnter＝true时本地终端判定更换连接边缘云；

(2-3-2)终端连接边缘云更新：本地终端更换连接边缘云的情况下，本地终端更新已连接边缘云标识ID_CloudEnter＝ID_Cloud、已连接服务节点标识ID_NodeEnter＝ID_Node、已连接服务节点消息送达时间T_{NodeEntersMgTrans}＝T_NodeMsgTrnas、已连接边缘云心跳时间t_CloudHeart等于消息接收时间戳t_NodeMsgRcv；

(2-3-3)终端入云登记提报：同(2-1-3)；

(2-3-4)终端入云登记执行：同(2-1-4)。

(2-4)终端连接边缘云保持：终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，在连接边缘云保持时间T_{CloudEnteHrold}内监听到连接边缘云心跳时，本地终端连接边缘云保持。

(2-4-1)终端入云调整判定：本地终端在连接边缘云保持时间T_{CloudEnteHrold}内监听接收到邻近边缘云心跳，在线验证其心跳附带的系统验证码，系统验证码认证通过后，若此时终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true，邻近边缘云心跳附带边缘云标识ID_Cloud与已连接边缘云标识ID_CloudEnter相同，服务节点标识ID_Node与已连接服务节点标识ID_NodeEnter相同时，或者服务节点标识ID_Node与已连接服务节点标识ID_NodeEnter不同时，但根据消息发送时间戳t_NodeMsgSnd和消息接收时间戳t_NodeMsgRcv计算服务节点消息送达时间T_NodeMsgTrnas＝t_NodeMsgRcv-t_NodeMsgSnd，并结合已连接服务节点消息送达时间T_{NodeEntersMgTrans}，按照如下公式：

计算得知ChangeIf_NodeEnter＝false时本地终端判定连接边缘云保持；

(2-4-2)终端连接保持更新：本地终端连接边缘云保持的情况下，本地终端更新已连接服务节点消息送达时间T_{NodeEntersMgTrans}＝T_NodeMsgTrnas、已连接边缘云心跳时间t_CloudHeart等于消息接收时间戳t_NodeMsgRcv。

(2-5)终端退出边缘云：终端已连接边缘云State_CloudEnter＝true情况下，超出连接边缘云保持时间T_{CloudEnteHrold}未监听到连接边缘云心跳时，本地终端退出边缘云。

(2-5-1)终端出云判定：本地终端距离上一次已连接边缘云心跳时间t_CloudHeart，等待超过连接边缘云保持时间T_{CloudEnteHrold}仍未监听接收到邻近边缘云心跳，本地终端判定退出边缘云；

(2-5-2)终端出云执行：本地终端退出边缘云的情况下，更新连接边缘云状态为未连接State_CloudEnter＝false。

Claims (9)

1.一种面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）机动的本地终端启动，实时监听邻近若干边缘云心跳；边缘云包括若干服务器组；每个边缘云心跳附带系统验证码、边缘云标识、服务节点标识与消息发送时间戳；

（2）本地终端监听接收到邻近边缘云心跳时，验证心跳附带的系统验证码，验证通过则发送终端入云申请，并监听邻近边缘云应答的终端入云许可；

（3）邻近边缘云接收到终端入云申请，并进行验证，验证通过后向申请入云终端回复终端入云许可，终端入云许可附带边缘云标识、服务节点标识与消息发送时间戳；

（4）本地终端接收到终端入云许可后，获取并记录所连接的边缘云标识、服务节点标识、消息发送时间戳以及消息接收时间戳，本地终端位置机动并仍实时监听邻近边缘云心跳；

（5）本地终端监听接收到邻近边缘云心跳时，根据边缘云标识判断是否为已连接边缘云；根据服务节点标识判断是否为已连接服务节点；若非已连接边缘云或已连接服务节点，根据消息送达时间判断是否更换连接服务节点或更换连接边缘云；所述本地终端的状态包括未连接边缘云、已连接边缘云/>；本地终端的自适应连接边缘云包括：

未连接边缘云情况下，监听认证发现网络中邻近存在可连接的边缘云时，本地终端新连接边缘云；

已连接边缘云情况下，监听认证发现已连接边缘云中存在可更快连接服务节点时，本地终端更换连接服务节点；

已连接边缘云情况下，监听认证发现网络中邻近存在可更快连接的边缘云时，本地终端更换连接边缘云；

已连接边缘云情况下，在连接边缘云保持时间/>内监听到连接边缘云心跳时，本地终端连接边缘云保持；

已连接边缘云情况下，超出连接边缘云保持时间未监听到连接边缘云心跳时，本地终端退出边缘云。

2.根据权利要求1所述的面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法，其特征在于，所述步骤（3）中邻近边缘云验证通过终端入云申请后，将申请入云终端作为终端用户加入边缘云的边缘云连接终端用户列表，并记录申请入云终端的身份标识和IP地址信息。

3.根据权利要求2所述的面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法，其特征在于，所述步骤（2）中本地终端超出网络邻近边缘云探测应答时间，则表明本地终端未发现可连接的邻近边缘云。

4.根据权利要求3所述的面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法，其特征在于，所述步骤（5）中的本地终端监听接收到邻近边缘云心跳中，心跳附带的边缘云标识与步骤（4）中本地终端获取并记录的所连接的边缘云标识/>相同；但接收到的心跳附带的服务节点标识/>与步骤（4）中本地终端获取并记录的所连接的服务节点标识/>不相同时，根据消息发送时间戳/>和消息接收时间戳计算步骤（5）邻近边缘云心跳的服务节点消息送达时间，如果该服务节点消息送达时间小于已连接服务节点消息送达时间，则本地终端更换连接服务节点；并记录更换后的服务节点标识、已连接服务节点消息送达时间、已连接边缘云心跳时间。

5.根据权利要求4所述的面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法，其特征在于，所述步骤（5）中的本地终端监听接收到邻近边缘云心跳中，心跳附带的边缘云标识与步骤（4）中本地终端获取并记录的所连接的边缘云标识/>不相同时；根据消息发送时间戳/>和消息接收时间戳/>计算步骤（5）邻近边缘云心跳的服务节点消息送达时间/>，如果该服务节点消息送达时间小于已连接服务节点消息送达时间，则本地终端更换连接边缘云；并记录更换后的边缘云标识、服务节点标识、已连接服务节点消息送达时间、已连接边缘云心跳时间。

6.根据权利要求4所述的面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法，其特征在于，本地终端超出连接边缘云保持时间未监听接收到邻近边缘云心跳，本地终端判定退出边缘云；本地终端退出边缘云的情况下，记录连接边缘云状态为未连接。

7.根据权利要求1所述的面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法，其特征在于，所述边缘云是分布在网络边缘侧，提供实时数据处理、分析决策的小规模云数据中心。

8.根据权利要求7所述的面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法，其特征在于，所述网络是指终端与边缘云中服务器组所属机动承载平台间通信所在网络，其中终端与边缘云中服务器组所属同一个机动承载平台时两者间以有线或无线宽带方式内部网络连接，所属不同机动承载平台时以无线方式外部网络连接且遵循IP通信标准。

9.根据权利要求8所述的面向高机动环境的终端自适应就近连接边缘云方法，其特征在于，所述边缘云标识是个体边缘云在网络中的唯一标识，所述服务节点标识是个体服务节点在边缘云中的唯一标识。