一种基于云边的设备数据高可用管理方法和装置

本发明涉及数据管理，尤其涉及一种基于云边的设备数据高可用管理方法和装置。

背景技术：

1、随着云计算与物联网技术的发展与日渐成熟，以及5g网络规模不断扩大，终端设备数量快速增长，设备在全生命周期中产生了海量数据。

2、传统物联网技术框架下是将设备产生的数据全部上传至云中心进行处理，处理速度受到了云中心计算能力、网络带宽等因素的影响，数据在上传时过度依赖网络，传输速度受网络影响，数据存在滞后性，同时数据量的膨胀增加了云中心存储与计算资源的高消耗。

3、边缘计算技术架构下设备数据通过连接边缘节点进行初步处理后上传至云中心进行处理，虽然相较于传统物联网技术提高了数据近场处理的速度，但数据在处理和上传时过度依赖单个边缘节点，数据链路存在单点故障，影响设备数据的可用性。如何管理设备产生的海量数据的有效上传，更好提高设备数据的可用性和价值，已成为亟需解决的问题。

4、终端设备产生的数据量庞大，而终端设备的计算能力与资源大小参差不齐，无法满足在数据生产后直接在本地进行海量数据处理需求，同时在复杂网络环境下数据无法实时上传，甚至面临丢失风险。在一般边缘计算架构下，单个边缘计算节点连接多个终端设备，边缘计算节点故障或断连将导致与该节点相连的所有终端设备数据不可用，影响数据链路的稳定性和可靠性，加重了数据丢失风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中边缘设备数据上传的滞后性或丢失问题，提供一种基于云边的设备数据高可用管理方法和装置。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明实施例第一方面提供了一种基于云边的设备数据高可用管理方法，包括以下步骤：

3、(1)设备注册时向云端配置中心配置设备特征，以描述设备画像，标识设备是否可自动迁移特性；向云端控制器注册对应的云端预选算法、云端优选算法、边缘决策算法，建立设备数据高可用策略；

4、(2)根据所述步骤(1)建立的设备数据高可用策略，筛选出候选节点组；

5、(3)云端控制器根据候选节点组的监控、网络和状态信息，以监控信息和状态信息作为第一优先级、网络信息作为第二优先级，对候选节点组中的所有节点进行综合打分并进行排序，选取得分最大的一个节点作为指定节点；

6、(4)通过云原生的边缘计算方法，根据所述步骤(3)获取的指定节点确定最优下发边缘节点，并进行下发部署，将所述步骤(1)建立的设备数据高可用策略自动下发至边缘管控模块；

7、(5)在边缘侧的边缘管控模块根据下发的设备数据高可用策略确定数据上传方式，并将设备数据向云端上传；

8、(6)每个边缘节点运行一个agent和一个边缘管控模块；agent与云端控制器通过quic协议或websocket协议进行通信，接收来自云端控制器的所有消息；边缘管控模块负责运行边缘节点上的各种任务建立与设备之间的连接，并同步相邻边缘节点的运行状态；

9、(7)云端控制器监控边缘节点的运行状态，当监控到目标边缘节点掉线时，通过相邻节点获取目标边缘节点的运行状态，以判断目标边缘节点掉线的原因是否是节点崩溃，若目标边缘节点掉线的原因是节点崩溃，则执行步骤(8)；否则，执行步骤(9)；

10、(8)依据所述步骤(1)确定的设备是否可自动迁移特性，重复所述步骤(1)-所述步骤(5)，重新选择最优下发边缘节点进行下发，重新建立与设备之间的连接，恢复可自动迁移设备的运行；

11、(9)边缘管控模块通过相邻边缘节点向云端同步自身运行状态，并根据所述步骤(6)中同步的相邻边缘节点的监控、网络和状态信息，以网络信息作为第一优先级、监控信息和状态信息作为第二优先级，对所有相邻边缘节点进行综合打分并进行排序，选取得分最大的一个边缘节点作为最优上传代理节点；目标边缘节点调用最优上传代理节点的数据传输组件进行设备数据上传；

12、(10)云端接收到数据传输组件上报的设备数据后存储到对应的数据库中。

13、进一步地，所述设备特征包括可迁移设备或不可迁移设备、有线连接设备或无线连接设备。

14、进一步地，所述设备画像包括协议类型与格式描述、设备属性与数据结构描述、设备访问方式描述。

15、进一步地，所述步骤(2)具体包括：根据所述步骤(1)建立的设备数据高可用策略判断是否存在静态节点组配置，若存在静态节点组配置，则根据节点组配置直接选择该节点组作为候选节点组；否则，根据设备注册时的云端预选算法筛选出所有符合算法要求的节点组成候选节点组。

16、进一步地，所述监控信息包括节点cpu负载信息和内存信息；

17、所述网络信息包括带宽使用信息、上传/下载速度信息和网络波动情况；

18、所述状态信息包括节点上各任务的执行状况以及节点自身的健康状况。

19、进一步地，所述数据上传方式包括自主上传和旁路上传。

20、进一步地，所述步骤(7)中，通过相邻节点获取目标边缘节点的运行状态，以判断目标边缘节点掉线的原因是否是节点崩溃，具体包括：通过相邻节点转发探活消息，尝试从相邻节点获取目标边缘节点的运行状态，若无法从相邻节点获取目标边缘节点的运行状态，则通过相邻节点的探活消息失败，该目标边缘节点掉线的原因是节点崩溃；若能够从相邻节点获取目标边缘节点的运行状态，则通过相邻节点的探活消息成功，该目标边缘节点掉线的原因是网络断连。

21、本发明实施例第二方面提供了一种基于云边的设备数据高可用管理装置，包括一个或多个处理器和存储器，所述存储器与所述处理器耦接；其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现上述的基于云边的设备数据高可用管理方法。

22、本发明实施例第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，用于实现上述的基于云边的设备数据高可用管理方法。

23、本发明的有益效果是，本发明在边缘设备数据上传过程中充分利用了多个边缘节点的计算、网络资源，提升各种设备数据的流转效率，有利于增强复杂网络环境下的数据生命力；本发明可以针对不同特性的设备，有效解决了可迁移设备在边缘场景下数据上传的单点故障问题，提高了传统物联网设备数据的实时性与上线率，提升了数据价值；本发明的数据在上传时，结合各边缘节点负载和网络状况，在边缘层决策出最优传输路径进行数据上传，提升设备数据的上线率与实时性，有利于提高设备数据的可用性，提高了数据链路的稳定性和可靠性，减少了数据的丢失风险。

技术特征：

1.一种基于云边的设备数据高可用管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于云边的设备数据高可用管理方法，其特征在于，所述设备特征包括可迁移设备或不可迁移设备、有线连接设备或无线连接设备。

3.根据权利要求1所述的基于云边的设备数据高可用管理方法，其特征在于，所述设备画像包括协议类型与格式描述、设备属性与数据结构描述、设备访问方式描述。

4.根据权利要求1所述的基于云边的设备数据高可用管理方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：根据所述步骤(1)建立的设备数据高可用策略判断是否存在静态节点组配置，若存在静态节点组配置，则根据节点组配置直接选择该节点组作为候选节点组；否则，根据设备注册时的云端预选算法筛选出所有符合算法要求的节点组成候选节点组。

5.根据权利要求1所述的基于云边的设备数据高可用管理方法，其特征在于，所述监控信息包括节点cpu负载信息和内存信息；

6.根据权利要求1所述的基于云边的设备数据高可用管理方法，其特征在于，所述数据上传方式包括自主上传和旁路上传。

7.根据权利要求1所述的基于云边的设备数据高可用管理方法，其特征在于，所述步骤(7)中，通过相邻节点获取目标边缘节点的运行状态，以判断目标边缘节点掉线的原因是否是节点崩溃，具体包括：通过相邻节点转发探活消息，尝试从相邻节点获取目标边缘节点的运行状态，若无法从相邻节点获取目标边缘节点的运行状态，则通过相邻节点的探活消息失败，该目标边缘节点掉线的原因是节点崩溃；若能够从相邻节点获取目标边缘节点的运行状态，则通过相邻节点的探活消息成功，该目标边缘节点掉线的原因是网络断连。

8.一种基于云边的设备数据高可用管理装置，包括一个或多个处理器和存储器，其特征在于，所述存储器与所述处理器耦接；其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现权利要求1-7中任一项所述的基于云边的设备数据高可用管理方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，用于实现权利要求1-7中任一项所述的基于云边的设备数据高可用管理方法。

技术总结
本发明公开了一种基于云边的设备数据高可用管理方法和装置，该方法在设备注册时配置设备特征，建立设备数据高可用策略，并筛选出候选节点组；进一步筛选出最优下发边缘节点进行下发部署，自动下发设备数据高可用策略；按照确定的数据上传方式向云端上传设备数据；云端控制器监控边缘节点的运行状态，若目标边缘节点由于节点崩溃而掉线时，通过相邻节点重新建立与设备之间的连接，恢复可自动迁移设备的运行；若目标边缘节点由于网络断连而掉线时，在相邻节点中决策出最优上传代理节点，目标边缘节点通过最优上传代理节点进行设备数据上传。本发明有利于提高设备数据的可用性，提升了数据价值，减少了数据的丢失风险。

技术研发人员：吴菲祺,才振功,严捷伟,汪雨薇,蒋咪
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15