一种面向IoT的边缘节点系统体系架构及其工作方法、计算迁移方法技术方案

本发明专利技术公开一种面向IoT的边缘节点系统体系架构及其工作方法、计算迁移方法。该体系架构由传输优化、设备管理、数据管理、应用管理、资源管理、安全管理以及通信管理等模块组成。传输优化模块接收设备采集的数据，将处理后的数据传输至设备管理模块，设备管理模块将处理后的数据传输至数据管理模块，数据管理模块对数据处理后，将数据分别传输至应用管理模块、资源管理模块以及通信管理模块，应用管理模块与资源管理模块双向传输数据，两者通过通信管理模块向其它节点传输数据,安全管理模块保障节点内外部数据安全。所提边缘节点系统体系架构及其工作方法能够达到降低云端数据冗余、边缘服务器内部功能模块低耦合、数据处理低时延的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种面向IoT的边缘节点系统体系架构及其工作方法、计算迁移方法
本申请涉及IoT领域，具体涉及一种面向IoT的边缘节点系统体系架构及其工作方法、计算迁移方法。
技术介绍
随着人类社会以及计算机技术的发展，整个社会产生的数据已经高达几十ZB，这些海量的数据有相当一部分是无用的数据，数据中心网络面临着巨大的网络带宽压力和计算处理压力。现有的云计算中心通常没有部署边缘计算服务器，用于数据中心运维的大量边缘传感器产生的数据通过传输网络到达数据中心，无法在边缘侧对数据进行智能自动运维处理，造成大量的能耗以及运维成本增加。当前边缘计算运维架构对于传感器部署、数据处理、系统安全没有足够的重视，缺乏深入的研究。
技术实现思路
本专利技术提供一种面向IoT的边缘节点系统体系架构及其工作方法、计算迁移方法，针对边缘计算平台对于传感数据处理不彻底、功能不全、扩展性差以及不同边缘节点之间协同合作的问题，使得智能运维系统能够合理分配计算资源、网络资源、存储资源。本专利技术通过以下技术方案实现：一种面向IoT的边缘节点系统体系架构,所述边缘节点系统架构包括传输优化管理模块、设备管理模块、数据管理模块、应用管理模块、资源管理模块、导出服务模块、安全管理模块和通信管理模块；所述传输优化管理模块将数据传输至设备管理模块，所述设备管理模块将数据传输至数据管理模块，所述数据管理模块将数据分别传输至应用管理模块和资源管理模块，所述应用管理模块与资源管理模块双向传输数据，所述应用管理模块和资源管理模块通过导出服务模块向云端传输数据；所述设备管理模块向设备信息采集模块传输数据，所述设备信息采集模块将数据传输至通信管理模块，所述通信管理模块将其他模块处理的数据传输到其它边缘节点,通过导出服务模块向云端传输数据。进一步的，所述传输优化管理模块包括部署优化、路由优化、计算优化、拓扑优化和能效优化子模块，用于优化边缘传感器网络设备的路由及能耗；部署优化子模块、路由优化子模块、计算优化子模块通过SDN收集传感器网络的网络参数，分析处理不同地理位置传感器收集的数据；能效优化模块通过优化接口、电源参数以及传感器启停时间，动态调整传感器网络结构。进一步的，所述设备管理模块包括状态监测、生产监视、设备台账、数据隔离和巡点检管理子模块，用于验证、统计、分析来自传输优化模块的数据；生产监视、状态监测、巡点检管理子模块用于对边缘传感器工作状态进行监测预警；设备台账子模块用于统计边缘传感器的各项数据；数据隔离子模块分类隔离不同区域、类型的边缘传感器数据。进一步的，所述数据管理模块包括数据过滤、数据标准、数据质量、数据存储、数据维护、数据统计、数据分类和数据隔离子模块，将传输来的数据进行数据转换、数据清洗，将数据进行处理维护，进行存储分类，保证数据的安全以及完整性；数据标准子模块将不同的数据帧格式转换为相同的数据帧格式，通过数据清洗将数据中重复、缺失、异常的数据进行删除、补全以及修复；数据存储子模块将数据进行存储分类，保证数据安全以及检索方便；通过数据统计、数据分类子模块对数据进行分类统计。进一步的，所述资源管理模块包括资源虚拟化、计算资源管理、存储资源管理和网络资源管理子模块，用于虚拟化IT资源，分析网络中资源消耗、调度情况，通过调度计算、存储以及网络资源来保证边缘节点的正常运转。进一步的，所述应用管理模块包括应用程序子模块和应用程序管理子模块，用于进一步分析处理应用数据；所述应用程序子模块包括设备分析、工单管理、指标分析、缺陷管理、参数优化、流量控制、趋势分析和监控预警应用程序,进一步分析设备管理模块以及数据管理模块传输的数据，发现并解决其中存在的问题；参数优化、流量控制子模块用于优化边缘节点内部各个参数以及控制内部数据流量速率，避免发生网络拥塞；趋势分析、监控预警子模块通过分析边缘节点内部各个模块的状态信息，动态判断边缘节点内部运行情况，对于模块发生故障进行及时预警；所述应用管理子模块包括应用部署、应用优化、数据统计、日志服务、运行监测、数据同步、消息推送、应用编排和资源调度子模块,用于管理监测应用程序的运行，资源使用以及剩余情况进行及时监测预警，应用程序运行故障之后的事务回滚，数据恢复以及不同应用程序的部署删除更新调度管理子模块与资源管理模块进行通信，调用网络、存储、计算资源，保证应用程序正常运行；进一步的，所述通信管理模块包括云端通信管理子模块和边缘通信管理子模块,用于同其它边缘节点以及云端进行通信，通过本节点内部应用管理模块、资源管理模块、设备管理模块以及其它边缘节点的监测信息，生成计算迁移策略，将计算任务通过传输链路传输到其它边缘节点，在传输过程中通过SDN实现负载均衡、拥塞控制。进一步的，所述安全管理模块包括数据加密、身份认证、访问控制、态势感知、防火墙子模块，用于为边缘节点内部所有模块提供统一的安全服务；数据加密、身份认证、访问控制、防火墙子模块用于保护边缘节点内部数据安全，确保内部数据不会被篡改、截获；态势感知子模块通过分析处理边缘节点内部各个模块传输的网络信息，对潜在危险进行及时处理预警。一种面向IoT的边缘节点系统架构的工作方法，所述工作方法具体包括以下步骤：步骤D1：边缘设备和传感器将采集到的数据传输到身份认证子模块，由身份认证子模块进行身份认证，认证通过后将采集的数据传输至传输优化模块；步骤D2：传输优化模块执行部署优化、路由优化、计算优化、拓扑优化和能效优化等操作，随后将处理后的数据传输至设备管理模块；步骤D3：设备管理模块将处理后的设备状态等设备相关数据传输到通信管理模块、态势感知子模块以及访问控制子模块；步骤D4：态势感知子模块通过对设备管理数据的分析对访问控制以及身份认证子模块进行优化调节；步骤D5：访问控制子模块对数据分析之后将数据传输到数据管理模块；步骤D5：数据管理模块通过执行数据过滤、数据清洗、数据统计、数据存储等操作，随后将数据分别传输至应用管理模块、资源管理模块以及通信管理模块；步骤D6：应用管理模块和资源管理模块双向传输数据，应用管理模块对数据进行进一步监测预警，资源管理模块负责边缘节点内部资源调度，保证计算、网络、存储资源充足，随后应用管理模块和资源管理模块将处理后的数据传输至通信管理模块；步骤D7：通信管理模块将数据传输到数据加密子模块以及防火墙子模块，随后通过云端通信管理子模块将数据传输到云端，通过边缘节点通信子模块将数据传输到其它边缘节点。一种面向IoT的边缘节点系统架构的计算迁移方法，所述计算迁移方法具体包括以下步骤：步骤S1：计算迁移子模块通过对本边缘节点内部剩余计算、存储、网络资源和内部应用程序执行计算任务所需资源情况进行处理分析，根据计算任务之间依赖性、计算量和优先级的不同，将计算任务划分为本地执行、部分迁移和完全迁移三种类型；步骤S2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向IoT的边缘节点系统体系架构,其特征在于：所述边缘节点系统架构包括传输优化管理模块、设备管理模块、数据管理模块、应用管理模块、资源管理模块、导出服务模块、安全管理模块和通信管理模块；/n所述传输优化管理模块将数据传输至设备管理模块，所述设备管理模块将数据传输至数据管理模块，所述数据管理模块将数据分别传输至应用管理模块和资源管理模块，所述应用管理模块与资源管理模块双向传输数据，所述应用管理模块和资源管理模块通过导出服务模块向云端传输数据；/n所述设备管理模块向设备信息采集模块传输数据，所述设备信息采集模块将数据传输至通信管理模块，所述通信管理模块将其他模块处理的数据传输到其它边缘节点,通过导出服务模块向云端传输数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向IoT的边缘节点系统体系架构,其特征在于：所述边缘节点系统架构包括传输优化管理模块、设备管理模块、数据管理模块、应用管理模块、资源管理模块、导出服务模块、安全管理模块和通信管理模块；
所述传输优化管理模块将数据传输至设备管理模块，所述设备管理模块将数据传输至数据管理模块，所述数据管理模块将数据分别传输至应用管理模块和资源管理模块，所述应用管理模块与资源管理模块双向传输数据，所述应用管理模块和资源管理模块通过导出服务模块向云端传输数据；
所述设备管理模块向设备信息采集模块传输数据，所述设备信息采集模块将数据传输至通信管理模块，所述通信管理模块将其他模块处理的数据传输到其它边缘节点,通过导出服务模块向云端传输数据。


2.根据权利要求1所述的一种面向IoT的边缘节点系统体系架构，其特征在于：所述传输优化管理模块包括部署优化、路由优化、计算优化、拓扑优化和能效优化子模块，用于优化边缘传感器网络设备的路由及能耗；
部署优化子模块、路由优化子模块、计算优化子模块通过SDN收集传感器网络的网络参数，分析处理不同地理位置传感器收集的数据；
能效优化模块通过优化接口、电源参数以及传感器启停时间，动态调整传感器网络结构。


3.根据权利要求1所述的一种面向IoT的边缘节点系统体系架构，其特征在于：所述设备管理模块包括状态监测、生产监视、设备台账、数据隔离和巡点检管理子模块，用于验证、统计、分析来自传输优化模块的数据；
生产监视、状态监测、巡点检管理子模块用于对边缘传感器工作状态进行监测预警；
设备台账子模块用于统计边缘传感器的各项数据；数据隔离子模块分类隔离不同区域、类型的边缘传感器数据。


4.根据权利要求1所述的一种面向IoT的边缘节点系统体系架构，其特征在于：所述数据管理模块包括数据过滤、数据标准、数据质量、数据存储、数据维护、数据统计、数据分类和数据隔离子模块，将传输来的数据进行数据转换、数据清洗，将数据进行处理维护，进行存储分类，保证数据的安全以及完整性；
数据标准子模块将不同的数据帧格式转换为相同的数据帧格式，通过数据清洗将数据中重复、缺失、异常的数据进行删除、补全以及修复；
数据存储子模块将数据进行存储分类，保证数据安全以及检索方便；通过数据统计、数据分类子模块对数据进行分类统计。


5.根据权利要求1所述的一种面向IoT的边缘节点系统体系架构，其特征在于：所述资源管理模块包括资源虚拟化、计算资源管理、存储资源管理和网络资源管理子模块，用于虚拟化IT资源，分析网络中资源消耗、调度情况，通过调度计算、存储以及网络资源来保证边缘节点的正常运转。


6.根据权利要求1所述的一种面向IoT的边缘节点系统体系架构，其特征在于：所述应用管理模块包括应用程序子模块和应用程序管理子模块，用于进一步分析处理应用数据；
所述应用程序子模块包括设备分析、工单管理、指标分析、缺陷管理、参数优化、流量控制、趋势分析和监控预警应用程序,进一步分析设备管理模块以及数据管理模块传输的数据，发现并解决其中存在的问题；
参数优化、流量控制子模块用于优化边缘节点内部各个参数以及控制内部数据流量速率，避免发生网络拥塞；
趋势分析、监控预警子模块通过分析边缘节点内部各个模块的状态信息，动态判断边缘节点内部运行情况，对于模块发生故障进行及时预警；
所述应用管理子模块包括应用部署、应用优化、数据统计、日志服...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔允贺，邢照庆，吕晓丹，钱清，申国伟，郭春，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52