基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法及系统，其技术方案为：包括选择用于进行任务迁移管理的边缘网关；向边缘网关的资源管理器中添加传感器节点信息；边缘网关对传感器节点信息进行排列，形成节点在资源队列的优先级排序；边缘网关对原始传感器节点的任务信息按任务优先级降序排列放入任务管理器的任务队列，选择最优的任务协作节点；所述任务通过边缘网关迁移至任务协作节点进行任务计算,并将计算结果发送至原始传感器节点。本发明专利技术水下自组织网络节点将采集的海底异构数据发送给最近的边缘网关，同时由边缘网关将资源受限节点的任务迁移给资源丰富的节点协作完成，平衡网络负载、降低节点能耗，提高海洋数据观测效率。

【技术实现步骤摘要】
基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法及系统
本专利技术涉及水下自组织网络
，特别是涉及一种基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提到了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。水下自组织网络是智慧海洋工程建设中的一个研究热点。它在海洋环境数据观测、海洋灾害预警、海上交通航行辅助等应用中发挥很大作用。水下自组织网络的传感器节点搭载在海底的锚定潜标或海底观测接驳盒中，通过水声通信或光缆通信方式来形成自组织的多跳接力网络，传输感知数据，能在未开发海域快速布置监控和响应体系，进行集群感知，并协作完成任务。该网络可以通过各种异构传感器节点采集水下的海水温度、气压、湿度、叶绿素、营养盐、总磷、总氮、浊度、溶解氧、石油污染物、PH值、水下视频图像的实时数据，并将数据通过无线多跳通信方式传输到搭载在海底观测接驳盒上的网关来进行汇集，最后网关通过光缆的有线通信方式发送到岸基数据中心。由于对海量的海洋异构数据的采集及对数据处理实时性的需求，网关迫切需要采用边缘计算机制(称作边缘网关)，以便岸基数据中心的部分计算任务迁移到数据源附近的边缘网关处执行。这样可以降低数据的传输时延和提高数据的传输性能，保证数据处理的实时性，降低网络的带宽负载压力。同时网关也需要连接互联网，以方便用户通过网络进行远程访问。此外，专利技术人发现，海洋环境复杂，当水下自组织网络面临海量待传输的数据，由于节点的带宽和计算资源有限，大量任务聚集造成访问拥塞，数据链路过载形成路由热区，一旦某个边缘网关和节点负载超过临界值，则其服务能力将急剧下降，甚至导致网络系统瘫痪。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法及系统，应用RESTful结构的网络协议，实现对海底的海量异构数据的高效率实时观测；通过有效的计算任务迁移协作机制，能够针对传感器节点的异构多样性、根据任务大小和节点的计算能力，迁移任务给其它节点来分担负载压力，从而缓解任务聚集和路由热度，提高网络的服务质量。第一方面，本专利技术的实施例提供了一种基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法，包括：选择用于进行任务迁移管理的边缘网关；向边缘网关的资源管理器中添加各个可以参与任务协作的传感器节点的信息；边缘网关根据节点协作能力评价机制对各个传感器节点进行排列，形成节点在资源队列的优先级排序；对于待迁移任务的原始传感器节点，边缘网关对其任务信息按照任务优先级降序排列放入任务管理器的任务队列；边缘网关根据任务信息从资源队列中选择出最优的任务协作节点；原始传感器节点的任务信息通过边缘网关迁移至任务协作节点，任务协作节点进行任务计算；任务协作节点完成任务后，将计算结果发送至原始传感器节点。第二方面，本专利技术的实施例还提供了一种基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移系统，包括：传感器节点，搭载在锚定潜标中，用于获取潜标观测的异构数据，并将异构数据发送至最近的边缘网关；边缘网关，搭载在海底观测接驳盒中，用于对传感器节点发送的各类异构数据进行预处理、融合和预存储，并将处理后的有效数据上传至岸基数据中心；且边缘网关通过选择与传感器节点发送过来的待迁移任务信息最匹配的协作节点，实现不同传感器节点间的任务迁移；岸基数据中心，用于对边缘网关上传的有效数据进行处理、存储和应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的一个或多个实施例当任务需要迁移时，所属节点将任务信息发送给最近的边缘网关，由边缘网关选择最适合的任务协作节点，然后将任务从所属节点迁移到协作节点，待协作节点完成任务计算后，再将结果返回给所属节点；通过根据资源类型和节点的计算能力对任务进行动态迁移，从而为不同的应用程序调度节点中的任务，以降低数据传输开销和提升任务执行性能；(2)本专利技术的一个或多个实施例的边缘网关通过协作能力函数来选择与任务最匹配的协作节点，实现不同传感器节点间高效的任务迁移协作，从而满足水下自组织网络中任务迁移的能耗和时延最小化的需求；(3)本专利技术的一个或多个实施例的边缘网关对传感器节点采集上来的海底的海量数据进行就近的预存储和预处理，仅传递有效观测数据给岸基数据中心的方式，可以降低数据的传输时延和减少观测数据的传输量，保证数据处理的实时性，降低数据中心网络的带宽负载；(4)本专利技术的一个或多个实施例通过RESTful结构，水下自组织网络可以兼容互联网，方便用户远程访问；边缘网关可以实现对资源和任务负载的统一管理和调度，完成任务在不同传感器节点间的迁移和协作，从而减轻资源开销较大的节点负载，实现各节点负载平衡。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术一个或多个实施例的水下自组织网络结构示意图；图2(a)为本专利技术一个或多个实施例的水下自组织网络任务迁移过程中的传感器节点的流程示意图；图2(b)为本专利技术一个或多个实施例的水下自组织网络任务迁移过程中的节点任务的流程示意图；图2(c)为本专利技术一个或多个实施例的水下自组织网络任务迁移过程中的边缘网关的流程示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。术语解释：GET代表获取资源或任务；PUT代表更新或创建资源或任务；POST代表添加资源或任务；DELETE代表删除资源或任务；RESTful是一种互联网应用程序的设计风格和开发方式，基于HTTP协议。实施例一：本实施例提供了一种基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法，当某个传感器节点的实时任务需要进行迁移时，将待迁移的任务信息发送给边缘网关，边缘网关负责管理任务在不同节点之间迁移。边缘网关对待迁移任务的分配，满足如下约束要求：1)迁移Vj的任务Tj所占用的带宽不得超过Vi提供的共享传输带宽待迁移任务Tj单位时间的计算量不能超过Vi的计算能力2)任务迁移耗时和传感器节点处理任务的执行时间不得超过最终截止时间：其中，表示Vi处理任务的执行时间，表示Vi迁移任务的占用时间，表示Vi发起迁移计算任务时定义的任务Tj截止完成时间。3)传感器节点完成迁移任务后，剩余能量不得低于规定的能量阈值：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法，其特征在于，包括：/n选择用于进行任务迁移管理的边缘网关；/n向边缘网关的资源管理器中添加各个可以参与任务协作的传感器节点信息；/n边缘网关根据节点协作能力评价机制对各个传感器节点进行排列，形成节点在资源队列的优先级排序；/n对于待迁移任务的原始传感器节点，边缘网关对其任务信息按照任务优先级降序排列放入任务管理器的任务队列；/n边缘网关根据任务信息从资源队列中选择出最优的任务协作节点；/n原始传感器节点的任务信息通过边缘网关迁移至任务协作节点，任务协作节点进行任务计算；/n任务协作节点完成任务后，将计算结果发送至原始传感器节点。/n

【技术特征摘要】
1.基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法，其特征在于，包括：
选择用于进行任务迁移管理的边缘网关；
向边缘网关的资源管理器中添加各个可以参与任务协作的传感器节点信息；
边缘网关根据节点协作能力评价机制对各个传感器节点进行排列，形成节点在资源队列的优先级排序；
对于待迁移任务的原始传感器节点，边缘网关对其任务信息按照任务优先级降序排列放入任务管理器的任务队列；
边缘网关根据任务信息从资源队列中选择出最优的任务协作节点；
原始传感器节点的任务信息通过边缘网关迁移至任务协作节点，任务协作节点进行任务计算；
任务协作节点完成任务后，将计算结果发送至原始传感器节点。


2.根据权利要求1所述的基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法，其特征在于，选择概率最高且处于空闲状态的边缘网关进行任务迁移管理。


3.根据权利要求1所述的基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法，其特征在于，边缘网关根据各个传感器节点在资源管理器中初始的任务协作完成能力函数进行降序排列，形成传感器节点在资源队列中的优先级排序。


4.根据权利要求1所述的基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法，其特征在于，边缘网关按照资源队列中的优先级顺序依次计算候选传感器节点完成协作任务的能力函数，获得最大值的传感器节点作为最优的任务协作节点。


5.根据权利要求1所述的基于边缘网关的水下自组织网络的任务迁移方法，其特征在于，边缘网关向任务协作节点发送PUT更新命令，将原始传感器节点的任务信息发送给任务协作节点；边缘网关向原始传感器节点发送PUT更新其当前URI地址，其中包括任...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡一帆，郑轶，刘海林，陈杰，吕斌，耿和清，袁健，张照文，李辉，曹琳，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37