一种基于混合云计算和雾计算的计算卸载通信网络的方法与流程

本发明属于5g移动通信技术领域，具体涉及一种基于混合云计算和雾计算的计算卸载通信网络的方法。

背景技术：

雾计算(fogcomputing，fc)作为5g时代的一种新兴技术，是云计算概念上的延伸，它主要使用的是边缘网络中的设备，数据传递具有极低时延。雾计算具有辽阔的地理分布，带有大量网络节点的大规模传感器网络。雾计算移动性好，手机和其他移动设备可以互相之间直接通信，信号不必到云端甚至基站去绕一圈，支持很高的移动性,它通过给用户终端提供近距离的服务，确保了无线网络的超低时延和高带宽，同时降低了后传链路带宽的需求。雾计算的低时延、位置感知、广泛的地理分布、移动性支持以及位于网络边缘等显著特点可以有效减少用户终端的能量消耗及处理时延。目前，雾计算已成为解决云计算无线接入网络(cloud–radioaccessnetwork,c-ran)高时延和受限的前传链路容量的关键技术。

雾计算和云计算完全不同。云计算是以it运营商服务，社会公有云为主的。雾计算以量制胜，强调数量，不管单个计算节点能力多么弱都要发挥作用。云计算则强调整体计算能力，一般由一堆集中的高性能计算设备完成计算。雾计算扩大了云计算的网络计算模式，将网络计算从网络中心扩展到了网络边缘，从而更加广泛地应用于各种服务。雾计算有几个明显特征：低延时和位置感知，更为广泛的地理分布，适应移动性的应用，支持更多的边缘节点。这些特征使得移动业务部署更加方便，满足更广泛的节点接入。

目前，雾计算网络的研究主要集中在计算卸载方面。传统云计算系统中，用户终端仅依靠云服务器进行计算卸载时，不能满足低时延和低能量消耗的需求；而仅依靠雾服务器时，可能有些情况下不能满足计算密集型应用高计算力的需求。因此，本文提出一种云雾协作的计算卸载方式。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是要解决的技术问题的缺陷，提供一种基于混合云计算和雾计算的计算卸载通信网络的方法，包括如下步骤：

s1：用户终端的应用程序通过应用申请模块，发出应用申请到用户终端的输入输出模块；

s2：用户终端的输入输出模块将应用申请转换成约定的格式并发送出去；

s3：雾节点的输入输出模块接收并解析来自用户终端的应用申请，并传递给决策中心；

s4：决策中心的优化模块根据信息收集及统计模块发送的统计分析信息，做出卸载决策，并决定应用申请是在本地执行、雾执行还是云执行；

s5：决策中心的决策输出模块将卸载决策依次传送给雾节点的输入输出模块，由雾节点的输入输出模块发动到用户终端的输入输出模块；

s6：用户终端的管理模块通过用户终端的输入输出模块传回的卸载决策判断是否在本地执行，如果是，执行s7；如果否，执行s8；

s7：用户终端的执行模块接收用户的输入数据，并执行计算任务，最终将结果显示到显示屏上，然后执行s19；

s8：雾节点的管理模块根据卸载决策判断用户的应用是否在雾节点执行，如果是，执行s9-s13；如果否，执行s14-s18；

s9：决策中心为该用户进行计算资源和无线资源分配；

s10：雾节点的管理模块为该用户建立用户终端到雾节点的连接；

s11：用户将输入数据依次通过用户终端输入输出模块传输到雾节点的输入输出模块，然后传输到雾节点的执行模块；

s12：雾节点的执行模执行计算任务；

s13：执行结果依次经雾节点输入输出模块传输到用户终端的的输入输出模块，然后传递给用户的应用程序，并显示在显示屏上，然后执行s19；

s14：决策中心为该用户分配无线资源；

s15：雾节点额管理模块和云中心的管理模块为该用户建立用户终端到云中心的连接；

s16：用户将输入数据依次通过用户终端的输入输出模块、雾节点的输入输出模块以及云中心的的输入输出模块，发送到云中心的执行模块；

s17：云中心的执行模块接收用户端的输入数据，并执行计算任务；

s18：计算结果依次经云中心输入输出模块、雾节点输入输出模块、用户终端的输入输出模块，传送给用户的应用程序，并显示在显示屏上，然后执行s19；

s19：结束本次操作。

所述步骤s4中的统计分析信息包括应用程序发送的应用申请分别在用户终端执行、雾节点执行、云中心执行时的执行时间信息和能耗能耗。

所述用户端为移动通信设备；该用户端主要包括应用程序、应用申请模块、执行模块、输入输出模块、统计模块、管理模块；当应用程序需要执行时，通过应用申请模块提出操作请求，并通过输入输出模块将操作传输到到雾节点。

所述雾节点包括决策中心、存储模块、执行模块、输入输出模块、管理模块，所述决策中心包括信息收集及统计模块、优化模块、决策输出摸。

所述云中心包括输入输出模块、管理模块、执行模块、存储模块。

本发明的有益效果：本发明提供的这种基于混合云计算和雾计算的计算卸载通信网络的方法，解决用户终端计算资源有限，无法执行计算密集型任务；或者虽然能执行这些任务，但是能耗太高导致手机待机时间太短，或时延太大不能满足用户qos需求的问题；通过在用户端与云中心之间设置了雾节点，通过雾节点分担了部分云中心的工作量，使得部分用户应用不需要通过远离用户的云中心进行处理，直接通过靠近用户的雾节点就可以对其需求进行满足，从而大大提高了应用的实时性，减小了用户终端的能耗，使得网络架构能够更好的满足用户的使用要求。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是基于混合云计算和雾计算的计算卸载通信网络的方法的原理示意图。

图2是基于混合云计算和雾计算的计算卸载通信网络的方法流程示意图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本实施例提供了一种如图2所示的种基于混合云计算和雾计算的计算卸载通信网络的方法，包括如下步骤：

s1：用户终端的应用程序通过应用申请模块，发出应用申请到用户终端的输入输出模块；

s2：用户终端的输入输出模块将应用申请转换成约定的格式并发送出去；

s3：雾节点的输入输出模块接收并解析来自用户终端的应用申请，并传递给决策中心；

s4：决策中心的优化模块根据信息收集及统计模块发送的统计分析信息，做出卸载决策，并决定应用申请是在本地执行、雾执行还是云执行；

s5：决策中心的决策输出模块将卸载决策依次传送给雾节点的输入输出模块，由雾节点的输入输出模块发动到用户终端的输入输出模块；

s6：用户终端的管理模块通过用户终端的输入输出模块传回的卸载决策判断是否在本地执行，如果是，执行s7；如果否，执行s8；

s7：用户终端的执行模块接收用户的输入数据，并执行计算任务，最终将结果显示到显示屏上，然后执行s19；

s8：雾节点的管理模块根据卸载决策判断用户的应用是否在雾节点执行，如果是，执行s9-s13；如果否，执行s14-s18；

s9：决策中心为该用户进行计算资源和无线资源分配；

s10：雾节点的管理模块为该用户建立用户终端到雾节点的连接；

s11：用户将输入数据依次通过用户终端输入输出模块传输到雾节点的输入输出模块，然后传输到雾节点的执行模块；

s12：雾节点的执行模执行计算任务；

s13：执行结果依次经雾节点输入输出模块传输到用户终端的的输入输出模块，然后传递给用户的应用程序，并显示在显示屏上，然后执行s19；

s14：决策中心为该用户分配无线资源；

s15：雾节点额管理模块和云中心的管理模块为该用户建立用户终端到云中心的连接；

s16：用户将输入数据依次通过用户终端的输入输出模块、雾节点的输入输出模块以及云中心的的输入输出模块，发送到云中心的执行模块；

s17：云中心的执行模块接收用户端的输入数据，并执行计算任务；

s18：计算结果依次经云中心输入输出模块、雾节点输入输出模块、用户终端的输入输出模块，传送给用户的应用程序，并显示在显示屏上，然后执行s19；

s19：结束本次操作。

需要说明的是，上述步骤s4中的统计分析信息包括应用程序发送的应用申请分别在用户终端执行、雾节点执行、云中心执行时的执行时间信息和能耗能耗。

如图1所示，所述用户端为移动通信设备；该用户端主要包括应用程序、应用申请模块、执行模块、输入输出模块、统计模块、管理模块；当应用程序需要执行时，通过应用申请模块提出操作请求，并通过输入输出模块将操作传输到到雾节点。所述雾节点包括决策中心、存储模块、执行模块、输入输出模块、管理模块，所述决策中心包括信息收集及统计模块、优化模块、决策输出摸。所述云中心包括输入输出模块、管理模块、执行模块、存储模块。

需要说明的是，用户端、雾节点、云中心的硬件配置均采用现有的对应功能模块设置即可，本实施例不再详细描述各个模块的具体型号等信息；需要强调的是雾节点的设置，与现有技术的通信网络结合，可以将雾节点设置在各个通信基站，可以在雾节点设定好哪些应用申请在本地执行，哪些应用申请在雾节点执行，哪些应用申请在云中心执行，设定的规则，根据实际需要处理的应用申请的特点进行设定；当然，雾节点的设定并不局限于设置在通信基站，也可以根据通信网络的特点或者需要，可以设定在家用的路由器端，也可以是通信网络的其他物理层中。

综上所述，该基于混合云计算和雾计算的计算卸载通信网络的方法，解决用户终端计算资源有限，无法执行计算密集型任务；或者虽然能执行这些任务，但是能耗太高导致手机待机时间太短，或时延太大不能满足用户qos需求的问题；通过在用户端与云中心之间设置了雾节点，通过雾节点分担了部分云中心的工作量，使得部分用户应用不需要通过远离用户的云中心进行处理，直接通过靠近用户的雾节点就可以对其需求进行满足，从而大大提高了应用的实时性，减小了用户终端的能耗，使得网络架构能够更好的满足用户的使用要求。

实施例2

例如：用户a需要完成一个应用申请b:

s1：用户a使用用户终端的应用程序通过应用申请b模块，发出应用申请到用户终端的输入输出模块；

s2：用户终端的输入输出模块将应用申请b转换成约定的格式并发送出去；

s3：雾节点的输入输出模块接收并解析来自用户终端的应用申请b，并传递给决策中心；

s4：决策中心的优化模块根据信息收集及统计模块发送的统计分析信息，做出卸载决策，并决定应用申请b是在本地执行、雾执行还是云执行；

s5：决策中心的决策输出模块将卸载决策依次传送给雾节点的输入输出模块，由雾节点的输入输出模块发动到用户终端的输入输出模块；

s6：用户终端的管理模块通过用户终端的输入输出模块传回的卸载决策判断是否在本地执行，如果是，执行s7；如果否，执行s8；

s7：用户终端的执行模块接收用户的输入数据，并执行计算任务，最终将结果显示到显示屏上，然后执行s19；

s8：雾节点的管理模块根据卸载决策判断用户的应用是否在雾节点执行，如果是，执行s9-s13；如果否，执行s14-s18；

s9：决策中心为该用户进行计算资源和无线资源分配；

s10：雾节点的管理模块为该用户建立用户终端到雾节点的连接；

s11：用户将输入数据依次通过用户终端输入输出模块传输到雾节点的输入输出模块，然后传输到雾节点的执行模块；

s12：雾节点的执行模执行计算任务；

s13：执行结果依次经雾节点输入输出模块传输到用户终端的的输入输出模块，然后传递给用户a的应用程序，并显示在显示屏上，然后执行s19；

s14：决策中心为该用户分配无线资源；

s15：雾节点额管理模块和云中心的管理模块为该用户a建立用户终端到云中心的连接；

s16：用户a将输入数据依次通过用户终端的输入输出模块、雾节点的输入输出模块以及云中心的的输入输出模块，发送到云中心的执行模块；

s17：云中心的执行模块接收用户端的输入数据，并执行计算任务；

s18：计算结果依次经云中心输入输出模块、雾节点输入输出模块、用户终端的输入输出模块，传送给用户a的应用程序，并显示在显示屏上，然后执行s19；

s19：结束本次操作。

经过上述应用申请b的执行过程，可以看出应用申请b的执行可以根据需求选择是在本地执行，还是雾执行，还是云执行；从而避免了将应用申请b单一的放置在本地执行或者单一的放在云执行，导致资源紧张、延时严重的问题，该基于混合云计算和雾计算的计算卸载通信网络的方法，解决用户终端计算资源有限，无法执行计算密集型任务；或者虽然能执行这些任务，但是能耗太高导致手机待机时间太短，或时延太大不能满足用户qos需求的问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。