一种工业互联网环境中边缘计算任务处理与调度方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种工业互联网环境中边缘计算任务处理与调度方法及装置，本装置包括：信息反馈模块收集目标区域中每一设定用户设备UE所关联基站周期性广播消息，并传送至信息分析处理单元；终端设备监控单元采集或接收各UE的监控信息，并将监控信息发送至信息分析处理单元；信息监测模块收集各UE的实时参数数据发送至异构数据处理单元、业务优先级处理单元、终端设备监控单元；信息分析处理单元根据所接收信息生成对应UE的状态反馈结果发送至信息反馈模块和设备流量总体调度模块；调度模块根据状态反馈结果和任务卸载决策单元反馈信息生成资源整体调度指令并通过信息反馈模块发送至各MEC、将MEC的状况信息发送至任务卸载决策单元。

An edge computing task processing and scheduling method and device in industrial Internet Environment

【技术实现步骤摘要】
一种工业互联网环境中边缘计算任务处理与调度方法及装置
本专利技术属于工业互联网
，具体涉及到一种工业互联网环境中边缘计算任务处理与调度方法及装置。
技术介绍
目前工厂网络中技术体系和网络结构相互隔离的状况使IT系统与生产现场之间的通信存在较多障碍。一是工业控制网络与工厂信息网络的技术标准各异，难以融合互通。二是工业生产全流程存在大量“信息死角”，亟需实现网络全覆盖。三是工厂网络静态配置、刚性组织的方式难以满足未来用户定制、柔性生产的需要。连接工厂举措希望在保障数据传输实时性和可靠性的同时，打通连接瓶颈、提升连接覆盖和性能，给出高带宽，强兼容的低成本连接解决方案。为了应对上述挑战，人们提出移动云计算(MobileCloudComputing,MCC)的概念。通过无线空口的高速率和高可靠性，将移动终端设备的计算任务上传至远程云数据中心，从而增强工厂设备处理资源紧缺型应用程序的能力。但是，移动云计算致命的缺点就是云数据中心距离设备终端距离较远，其传输计算任务的延迟较高，不能满足大部分时延敏感、高可靠性的工业制造应用需求。作为移动云计算的演进和补充，人们提出移动边缘计算(MobileEdgeComputing)。与移动云计算将计算、存储和网络管理都集中在位于核心网的云数据中心不同，移动边缘计算是将计算、通信、控制和存储资源服务分布靠近工厂设备与系统，从而将云计算模式扩展到网络边缘。MEC服务器运行在无线接入网(RAN)，具有较强的数据处理。边缘计算因为计算资源的有限性，首要解决的便是任务处理及资源调度问题。边缘计算中的任务调度算法总体上实现两大功能：预选和优选。现有的大多数优选调度算法思想，如LeastRequestedPriori、ServiceSpreadingPriority和EqualPriority，多是对已有节点的调度优先级评判，并没有一种可以全面的弹性调度方案。例如(1)LeastRequestedPriority算法，其基本思想是将容器调度到空闲资源较多的节点上，包括CPU资源及内存资源占用情况的考量，并将两者剩余可用资源占总资源的比值求和再取算术平均值作为各节点的调度优先级，分值越高即调度优先级越高；(2)ServiceSpreadingPriority调度算法，其原则是使隶属于同一服务的容器分散调度在不同的计算节点上运行，从而实现服务高可用以及流量负载均衡；(3)EqualPriority调度算法，其平等对待每一个候选节点，因该算法权值为0，故在实际调度过程中不会调用该优选算法判定节点优先级。由此可见，传统边缘计算资源调度算法并没有专门针对工业互联网环境中的特性进行设计，而仅局限在现有节点间的调度。在工业互联网场景下如何进行优化选择MEC服务器，能够实现任务处理及资源调度最优、UE能耗最低是当前工业互联网发展亟待解决的问题。
技术实现思路
针对工业互联网环境中边缘计算面对的现实问题，本专利技术的目的在于提供一种支持工厂中的移动边缘计算的任务处理与调度方法及装置，是一种统一管理调度方案；在现有工业互联网边缘端整体调度方案尚未清晰明了的前提下，本专利技术提供模块化的一种建设思路。本专利技术满足在智能制造工业环境下能够实现最大可容忍时延要求的限制条件，最小化任务执行能耗，实现最佳计算卸载决策选择；在边缘计算场景下基于最佳卸载策略的用户任务卸载，实现用户设备能耗降低及用户任务执行性能的显著提升。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种工业互联网环境中边缘计算任务处理与调度方法，其步骤包括：1)信息反馈模块收集目标区域中每一设定用户设备UE所关联基站周期性广播消息，并传送至信息分析处理单元；2)终端设备监控单元采集或接收目标区域中各设定用户设备UE的监控信息，并将监控信息发送至信息分析处理单元和任务卸载决策单元；3)信息监测模块收集目标区域中各设定用户设备UE的实时参数数据，并将所收集数据分别发送至异构数据处理单元、业务优先级处理单元、终端设备监控单元；4)业务优先级处理单元根据所述用户设备UE的业务流量均值和业务最大延迟要求定义不同用户设备UE的数据处理优先级顺序，得到不同优先级的数据处理队列；然后将所得队列信息发送至终端设备监控单元、信息分析处理单元、任务卸载决策单元；5)异构数据处理单元根据信息监测模块反馈数据，识别不同异构数据流量特征值；然后根据异构数据流量特征值将不同反馈数据划分到不同的设备处理队列并发送给信息分析处理单元；6)信息分析处理单元对终端设备监控单元、业务优先级处理单元、异构数据处理单元反馈信息进行存储或更新；并根据所接收信息生成对应用户设备UE的状态反馈结果，并将所述状态反馈结果发送至信息反馈模块和设备流量总体调度模块；7)设备流量总体调度模块根据所述状态反馈结果和任务卸载决策单元反馈信息更新同步用户设备UE信息和移动边缘计算服务器MEC计算资源信息；以及将生成的资源整体调度指令通过信息反馈模块发送至各移动边缘计算服务器MEC、将移动边缘计算服务器MEC的状况信息发送至任务卸载决策单元；8)任务卸载决策单元根据设备流量总体调度模块反馈信息和终端设备监控单元、业务优先级处理单元、异构数据处理单元反馈的各用户设备UE的资源需求现状，进行存储或更新，并生成任务卸载分配方案发送至卸载执行模块；同时，向设备流量总体调度模块更新同步用户设备UE信息和移动边缘计算服务器MEC计算资源信息；9)卸载执行模块根据任务卸载分配方案，对相应的移动边缘计算服务器MEC执行计算卸载任务。进一步的，所述实时参数数据包括用户设备UE的运行状况、网络特征值、信号源响应时间。进一步的，采用四元组表示所述实时参数数据；其中，Ii表示第i个设定用户设备UEi计算任务的输入数据量，Ei表示完成UEi计算任务所需要的计算资源量，表示UEi任务执行时延的最大界限，Li为多元数组。进一步的，所述多元数组存储UEi的多类信息，包括可靠性、数据率、包大小、电量和计算能力。进一步的，所述监控信息包括UE的流量峰值平均值、UE执行任务状态信息、UE可靠性评价值和UE计算资源最大需求峰值。进一步的，所述广播消息包括移动边缘计算服务器MEC的CPU占用率、内存占用率和基站传输带宽。一种面向工业互联网环境下解决边缘计算任务处理与调度装置，包括：信息反馈模块：该模块运行在MEC上，处于网络架构图1中的任务处理与调度层，用于收集UE所关联基站周期性广播消息，包括MEC的CPU占用率、内存占用率、基站传输带宽和移动边缘计算(MobileEdgeComputing，MEC)服务器其他设定信息(可选的，包括温度指数、运行总时长及设定配置信息)，并传送至信息分析处理单元。同时，针对设备流量总体调度模块而言，在对该工厂环境下，通过整体分析决策后，对资源整体调度的指令可以通过信息反馈模块发送至各MEC服务器。信息监测模块：工厂中各个用户设备(UserEquipment，UE)通过网络流量信息收集装置(网络流量信息收集装置是信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业互联网环境中边缘计算任务处理与调度方法，其步骤包括：/n1)信息反馈模块收集目标区域中每一设定用户设备UE所关联基站周期性广播消息，并传送至信息分析处理单元；/n2)终端设备监控单元采集或接收目标区域中各设定用户设备UE的监控信息，并将监控信息发送至信息分析处理单元和任务卸载决策单元；/n3)信息监测模块收集目标区域中各设定用户设备UE的实时参数数据，并将所收集数据分别发送至异构数据处理单元、业务优先级处理单元、终端设备监控单元；/n4)业务优先级处理单元根据所述用户设备UE的业务流量均值和业务最大延迟要求定义不同用户设备UE的数据处理优先级顺序，得到不同优先级的数据处理队列；然后将所得队列信息发送至终端设备监控单元、信息分析处理单元、任务卸载决策单元；/n5)异构数据处理单元根据信息监测模块反馈数据，识别不同异构数据流量特征值；然后根据异构数据流量特征值将不同反馈数据划分到不同的设备处理队列并发送给信息分析处理单元；/n6)信息分析处理单元对终端设备监控单元、业务优先级处理单元、异构数据处理单元反馈信息进行存储或更新；并根据所接收信息生成对应用户设备UE的状态反馈结果，并将所述状态反馈结果发送至信息反馈模块和设备流量总体调度模块；/n7)设备流量总体调度模块根据所述状态反馈结果和任务卸载决策单元反馈信息更新同步用户设备UE信息和移动边缘计算服务器MEC计算资源信息；以及将生成的资源整体调度指令通过信息反馈模块发送至各移动边缘计算服务器MEC、将移动边缘计算服务器MEC的状况信息发送至任务卸载决策单元；/n8)任务卸载决策单元根据设备流量总体调度模块反馈信息和终端设备监控单元、业务优先级处理单元、异构数据处理单元反馈的各用户设备UE的资源需求现状，进行存储或更新，并生成任务卸载分配方案发送至卸载执行模块；同时，向设备流量总体调度模块更新同步用户设备UE信息和移动边缘计算服务器MEC计算资源信息；/n9)卸载执行模块根据任务卸载分配方案，对相应的移动边缘计算服务器MEC执行计算卸载任务。/n...

【技术特征摘要】
1.一种工业互联网环境中边缘计算任务处理与调度方法，其步骤包括：
1)信息反馈模块收集目标区域中每一设定用户设备UE所关联基站周期性广播消息，并传送至信息分析处理单元；
2)终端设备监控单元采集或接收目标区域中各设定用户设备UE的监控信息，并将监控信息发送至信息分析处理单元和任务卸载决策单元；
3)信息监测模块收集目标区域中各设定用户设备UE的实时参数数据，并将所收集数据分别发送至异构数据处理单元、业务优先级处理单元、终端设备监控单元；
4)业务优先级处理单元根据所述用户设备UE的业务流量均值和业务最大延迟要求定义不同用户设备UE的数据处理优先级顺序，得到不同优先级的数据处理队列；然后将所得队列信息发送至终端设备监控单元、信息分析处理单元、任务卸载决策单元；
5)异构数据处理单元根据信息监测模块反馈数据，识别不同异构数据流量特征值；然后根据异构数据流量特征值将不同反馈数据划分到不同的设备处理队列并发送给信息分析处理单元；
6)信息分析处理单元对终端设备监控单元、业务优先级处理单元、异构数据处理单元反馈信息进行存储或更新；并根据所接收信息生成对应用户设备UE的状态反馈结果，并将所述状态反馈结果发送至信息反馈模块和设备流量总体调度模块；
7)设备流量总体调度模块根据所述状态反馈结果和任务卸载决策单元反馈信息更新同步用户设备UE信息和移动边缘计算服务器MEC计算资源信息；以及将生成的资源整体调度指令通过信息反馈模块发送至各移动边缘计算服务器MEC、将移动边缘计算服务器MEC的状况信息发送至任务卸载决策单元；
8)任务卸载决策单元根据设备流量总体调度模块反馈信息和终端设备监控单元、业务优先级处理单元、异构数据处理单元反馈的各用户设备UE的资源需求现状，进行存储或更新，并生成任务卸载分配方案发送至卸载执行模块；同时，向设备流量总体调度模块更新同步用户设备UE信息和移动边缘计算服务器MEC计算资源信息；
9)卸载执行模块根据任务卸载分配方案，对相应的移动边缘计算服务器MEC执行计算卸载任务。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时参数数据包括用户设备UE的运行状况、网络特征值、信号源响应时间。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用四元组表示所述实时参数数据；其中，Ii表示第i个设定用户设备UEi计算任务的输入数据量，Ei表示完成UEi计算任务所需要的计算资源量，表示UEi任务执行时延的最大界限，Li为多元数组。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多元数组存储UEi的多类信息，包括可靠性、数据率、包大小、电量和计算能力。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监控信息包括UE的流量峰值平均值、UE执行任务状态信息、UE可靠性评价值和UE计算资源最大需求峰值。


6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周旭，康梦轩，罗万明，李琢，
申请(专利权)人：中国科学院计算机网络信息中心，
类型：发明
国别省市：北京;11