一种基于边缘计算的路由系统的制作方法

本发明涉及边缘计算网络领域，更具体地说，涉及一种基于边缘计算的路由系统。

背景技术：

1、随着物联网(internet of things，iot)的迅猛发展，越来越多的设备和传感器被连接到互联网上，形成了一个庞大的网络生态系统。然而，传统的云计算模式对于大规模的物联网应用来说存在一些挑战，如延迟高、网络带宽有限等。为了解决这些问题，边缘计算(edge computing)应运而生。边缘计算利用靠近数据源的计算资源，将计算和存储功能移动到网络边缘，提供更快速、可靠和安全的服务。

2、以输变电设备状态监测数据为例，现阶段在线监测系统(变压器油色谱、局部放电、绝缘子泄漏电流、线路覆冰、变电站图像监测等)，涉及的数据包含结构化(在线监测数值、台账信息等)和非结构化数据(图像等)。而目前正在发展的无人机巡线所产生大量红外、紫外图像和视频信息。随着监测系统规模的扩大，数据量还将成倍增加，这无疑增加了对边缘计算网关计算能力的要求。

3、在部署和使用边缘计算的过程中，我们可以发现，部分情况下需要新增观测传感器，又或者更新了边缘计算网关的推理模型，则可能出现边缘计算网关接入的传感器产生了超过边缘计算网关处理能力的数据的情况。若不将这些数据传递至其他边缘节点，则需要采用量化降低模型精度等方案加快模型识别速度，但是这势必会导致模型结果的准确性下降、降低边缘计算系统计算结果的可靠性。又或者因为第三方施工破坏光纤或者运营商基站过载、掉线，部分边缘计算网关到云服务器之间的链路发生故障，导致异常结果不能及时地在云服务器中记录、让用户知晓。

4、因此，有必要提出一种基于边缘计算的路由系统，让计算任务和信令消息可以在边缘计算网关的算力网络中流动，使计算任务匹配边缘计算网关的计算能力，同时增强边缘计算系统的鲁棒性。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于边缘计算的路由系统，旨在克服传统云计算和边缘计算模式的局限性，使边缘计算更加高效。在以往的边缘计算系统中，边缘计算网关使用光纤或无线电接入网(radio access network)等协议直接连接到云服务器中，不和其他边缘计算网关连通。

2、在本系统中，边缘计算网关和部分其他边缘计算网关之间用光纤或无线电接入网(radio access network)或ieee 802.11等协议相互连通，可能会有不同的通信延迟、带宽和代价。

3、在边缘计算系统中，每个边缘计算网关的计算能力都大于计算任务开销时，边缘计算网关可以结合边缘计算网络的通信延迟和代价，动态选择最优路由，既可以降低通信成本也可以抵抗链路故障的损害，增强边缘计算系统的鲁棒性。

4、在出现计算任务开销大于某些边缘计算网关的计算能力时，这些边缘计算网关可以结合边缘计算网络的通信带宽和代价，及各边缘计算网关的计算能力和工作负载，决定出一条或多条计算任务的路由，将过载的计算任务卸载到相近的空闲的边缘计算网关上。

5、有益效果：

6、由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过引入通信延迟、带宽和开销相关的路由方案，可以实现边缘计算网关之间的动态最优路由和计算任务传递的路由，从而降低边缘计算网络总体计算成本，使计算任务匹配边缘计算网关的计算能力，并且可以增强边缘计算系统的鲁棒性，使边缘计算系统的高sla成为可能。

技术特征：

1.一种基于边缘计算的路由系统，其特征在于：定义每个边缘计算网关gi，所述边缘计算网关gi能对σ(gi)个传感器接入的数据进行实时推理和处理，且设置有ρ(gi)个传感器接入边缘计算网关gi，所述边缘计算网关gi和边缘计算网关gj的带宽是w(gi,gj)，所述边缘计算网关gi和边缘计算网关gj的延迟记为l(gi,gj)，中心服务器s充当此分布式边缘计算系统的leader，知晓各链路的开销b(gi,gj)并控制边缘计算网关gi通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的路由系统，其特征在于：所述边缘计算网关gi对gj使用iperf3和mtr等工具测量带宽w(gi,gj)和延迟l(gi,gj)，若链路断开则将带宽w(gi,gj)置0，延迟l(gi,gj)置无穷，上报带宽w(gi,gj)和延迟l(gi,gj)。

3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算的路由系统，其特征在于：中心服务器s分发推理模型，各边缘计算网关gi上报σ(gi)和ρ(gi)。

4.根据权利要求3所述的一种基于边缘计算的路由系统，其特征在于：若有所述边缘计算网关gi满足σ(gi)<ρ(gi)，且此网络流中存在可增载轨道，则对每个边缘计算网关gi进行迪杰斯特拉(dijkstra)算法求解，所述边缘计算网关gi和边缘计算网关gj节点之间的开销设定为b(gi,gj)，得到从边缘计算网关gi到σ(gj)>ρ(gj)的有空闲算力gj的最低成本传输路径，增加从所述边缘计算网关gi到边缘计算网关gj的计算任务流，直到所述边缘计算网关gi到边缘计算网关gj中有某一链路的带宽达到其容量上限带宽w(gi,gj)或所述边缘计算网关gj没有多余的算力，若仍有需要发送的计算任务流，则需要选择次低成本传输路径的有空闲算力节点，直至算力满足分配。

5.根据权利要求4所述的一种基于边缘计算的路由系统，其特征在于：若对所述边缘计算网关gi均满足σ(gi)>＝ρ(gi)，则利用ospf基于成本或者babel基于距离矢量路由的思想，利用各节点的延迟l(gi,gj)和开销b(gi,gj)，对边缘计算网关gi进行dijkstra算法求解，所述边缘计算网关gi和边缘计算网关gj节点之间的成本设定为延迟l(gi,gj)+α*b(gi,gj)，则可得到对gj,gk∈gi,s的∑(l(gj,gk)+α*b(gj,gk))最小的gi以及中心服务器s的最佳路径，参数α随优化目标而变化，这样得到的从所述边缘计算网关gi到中心服务器s的最佳路径就可以动态变化，增强边缘计算系统的鲁棒性。

6.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算的路由系统，其特征在于：任意选择若干个边缘计算网关gi，令其集合为q，剩下边缘计算网关集合是q的补集t，边缘计算网关集合q和补集t之间的网络流之截c(s,t)是边缘计算网关集合q到补集t的带宽之和，边缘计算网关集合q内总的算力缺口是∑(ρ(gi)-σ(gi))对边缘计算网关集合q中所有的边缘计算网关gi，若网络流之截c(s,t)小于此算力缺口，则不存在可增载轨道。

7.根据权利要求6所述的一种基于边缘计算的路由系统，其特征在于：若不存在可增载轨道，即没有此供需网络流的可行流，边缘计算系统将降级运行，需要进行模型量化以降低精度、加快运行速度，需要人员介入调整网络状态或是增加边缘计算网关的算力。

技术总结
本发明公开了一种基于边缘计算的路由系统，属于边缘计算网络领域，包括定义每个边缘计算网关Gi，所述边缘计算网关Gi能对σ(Gi)个传感器接入进行实时推理和处理，且设置有ρ(Gi)个传感器接入边缘计算网关Gi，所述边缘计算网关Gi和Gj的带宽是w(Gi,Gj)，所述边缘计算网关Gi和Gj的延迟是l(Gi,Gj)，中心服务器S充当此分布式边缘计算系统的leader，知晓各链路的开销b(Gi,Gj)并控制Gi通信，可以实现边缘计算网关之间的动态最优路由和计算任务传递的路由，从而降低边缘计算网络总体计算成本，使计算任务匹配边缘计算网关的计算能力，并且可以增强边缘计算系统的鲁棒性，使边缘计算系统的高SLA成为可能。

技术研发人员：袁一玮
受保护的技术使用者：袁一玮
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25