【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及物联网、移动通信、云计算、边缘计算和人工智能领域，特别是涉及一种移动物联网边缘智能管理多模网关。
技术介绍
1、移动物联网是基于蜂窝移动通信网络的物联网技术和应用，通过多网协同实现泛在连接、万物智联的数字信息基础设施，是现代化基础设施体系和数字产业集群的重要组成部分。随着移动通信技术的不断演进，移动物联网技术的发展主要包括三个方面：面向低速率应用的窄带物联网（narrow band internet of things，nbiot）技术；面向中速率应用的4g（lte-cat1）和5g redcap；面向高可靠和低时延应用的5g技术。物联网终端设备大规模普及，终端设备生成的数据量呈爆炸式增长，云基础设施上的负载越来越大。传统云计算模式下，物联网数据被终端采集后要先传输至云计算中心，再通过集群计算后返回结果，这必然出现较长的响应时间，在对响应时间和传输速率有极高要求的移动物联网应用中，如车联网无人驾驶、远程医疗应用中，传统云计算并不现实。
2、传统“感知层—网络层—应用层”的物联网架构正在向“端—边—云”协同计算的架构过度，以适应海量物联网数据以及实时性、隐私性的数据处理需求。
3、目前边缘计算正在被引入移动物联网应用，在网络边缘侧服务器完成数据分析和处理，物联终端设备产生的数据不必传输至远端云数据中心处理，由此可解决骨干网络因用户流量过大导致拥塞等问题，从而减轻骨干网络的压力，相较于云计算更加高效和安全。如何在移动物联网中实施边缘计算，以实现“端—边—云”的协同，是移动物联网技术需要解决的关键
4、目前，将边缘计算与5g技术结合，成为减少移动物联网应用的时间延迟，为用户提供快速数据处理和高速服务的一种方案。然而在目前研究中存在如下问题：一是边缘服务器接入运营商网络通信质量的问题。边缘服务器接入运营商的移动通信网络由于流量突发产生的网络拥塞、设备故障的问题可能引起网络通信质量的下降甚至引起通信故障，如何保障移动物联网中边缘服务器持续高速通信能力是保障移动物联网应用的关键，现有关于物联网边缘计算研究应用中鲜见对保障物联网持续高速通信能力的研究。
5、二是边缘服务器计算能力发挥的充分性的问题。近来关于移动边缘计算的研究和应用集中如何将物联网设备的任务通过边缘服务器卸载至上层的云服务器，而非充分利用下沉的云服务器为物联网设备直接进行数据服务的处理。实际上边缘服务器具有一定处理数据服务能力，如何充分利用边缘服务器是发挥移动物联网应用的关键，而不是让边缘服务器只是做任务卸载的跳板。
6、三是边缘服务器间的协同问题。目前关于边缘计算的研究应用侧重于单个网络分区内边缘服务器高速处理机制，如何保障移动物联网设备频繁进入/移出时发挥不同网络分区内边缘服务器的协同机制以保障移动物联网的计算处理服务效率和稳定性是移动物联网高速率低延迟应用的一个关键问题。
7、四是接入移动物联网的安全保障问题。尽管lte增强机器类通信（emtc）和nb-iot接入移动网络都定义了相关安全保障机制，但是仍然有很多安全问题需要进一步的研究，例如，海量移动物联网设备并发安全接入，不同类型物联网设备的差异化安全接入，隐私保护与轻量高效的移动物联网安全机制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种移动物联网边缘智能管理多模网关，以解决边缘服务器接入运营商网络通信质量差、边缘服务器计算能力发挥不充分、边缘服务器间的协同性差以及安全保障不够完善的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案。
3、一种移动物联网边缘智能管理多模网关，包括：基础设施层、网络连接层以及管理层。
4、所述基础设施层，用于为移动物联网边缘智能管理多模网关提供基础运行环境和计算资源。
5、所述网络连接层，包括多种类型的通信模组以及网络接口，用于支持所述移动物联网边缘智能管理多模网关与移动终端、5g通信网络以及互联网建立网络连接；所述通信模组用于实时监测移动通信网络信号质量。
6、所述管理层，用于提供所述移动物联网边缘智能管理多模网关的管理服务；所述管理服务包括网络连接管理、物联网设备管理、终端任务卸载管理、网关协同管理以及安全接入管理；其中，所述终端任务卸载管理的管理方式为通过移动物联网边缘网关计算资源状况的监控和信息的相互交换与更新，基于移动物联网全网边缘网关计算资源，权衡延迟时间和能耗的优化目标，基于深度学习模型训练与预测，利用马尔可夫决策方法，建立卸载任务模型，完成移动物联网中终端设备卸载任务求解；安全接入管理包括安全接入认证、安全保密通信、卸载任务安全管理以及与5g网络的安全互操作通信，且在安全接入认证层面进行移动物联网终端安全接入认证、跨域认证和切换认证。
7、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果。
8、一、在网络连接层设置多种类型的通信模组以及网络接口，从而支持所述移动物联网边缘智能管理多模网关与移动终端、5g通信网络以及互联网建立网络连接，实现wifi网络与5g网络的融合管理、多运营商5g移动通信模组集成、运用人工智能技术的优质5g移动通信网络连接切换的智能决策等，为移动物联网在应用中实现高质量低延迟通信提供技术保障。
9、二、在管理层中通过提供物联网设备管理以及终端任务卸载管理，实现设备管理、终端计算任务的卸载管理以及网关之间的协作，充分发挥移动物联网边缘侧设备的计算能力，为移动物联网各种应用场景下更好实现“端—边—云”任务的协同提供更有有力的支持。
10、三、通过移动物联网边缘网关计算资源状况的监控和信息的相互交换与更新，基于移动物联网全网边缘网关计算资源，权衡延迟时间和能耗的优化目标，利用深度学习模型训练与预测、马尔可夫决策优化，实现边缘网关间的计算资源协作迁移和优化，由此实现移动物联网边缘网关间的计算迁移和协作。
11、四、移动物联网边缘智能管理多模网关多层次安全保障。在接入认证层面，实现对物联网终端安全接入认证、跨域认证和切换认证，适应移动物联网中移动终端地理位置发生变化和高移动性情形，实现多层次安全保障。
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1.一种移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，包括：基础设施层、网络连接层以及管理层；
2.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述基础设施层，具体包括服务器以及多个容器；所述服务器为所述移动物联网边缘智能管理多模网关的物理环境；所述容器是根据移动物联网的应用场景以及管理规模，运用Docker容器技术在所述服务器上构建的；每个容器均为一个独立的运行环境，具有文件系统、网络和进程空间。
3.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述通信模组包括WiFi6通信模组和5G通信模组；所述WiFi6通信模组用于实现移动终端以WiFi方式接入移动物联网；所述5G通信模组，包括多个5G通信模组，用于实现移动物联网边缘智能管理多模网关计入5G移动通信网络；每个5G通信模组相互独立。
4.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述网络接口，包括FDDI光纤接口和RJ45网络接口，用于支持所述移动物联网边缘智能管理多模网关以光纤接口和以太网接口方式接入互联网。
5.根
6.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述物联网设备管理，具体包括：物联网应用协议组件、设备驱动程序管理以及设备管理服务；
7.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述终端任务卸载管理将计算任务卸载分为三种情况，第一种情况为计算任务无需卸载，完全在终端设备本地执行计算任务；第二种情况为计算任务完全卸载，终端设备不在本地执行计算任务；第三种情况为部分卸载，部分计算任务由本地设备进行处理，剩下任务卸载至边缘侧网关；其中，在任务卸载过程中，卸载任务优化算法根据移动互联网应用特点，将延迟时间和能耗作为优化目标，基于历史数据，利用深度学习模型训练移动设备的移动轨迹，基于马尔可夫决策方法建立卸载任务模型，完成移动物联网中终端设备卸载任务求解。
8.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述网关协同管理实时监测计算资源状况，并同部署在移动物联网内的移动物联网边缘智能管理多模网关之间交换计算资源信息；移动物联网边缘智能管理多模网关存有全网边缘网关计算资源信息表，且实时更新，每个移动物联网边缘智能管理多模网关掌握全网边缘网关的计算资源状况。
9.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述卸载任务安全管理对卸载的计算任务进行安全监测，监测移动物联网移动终端的属性，基于熵检测算法感知网络参数变化，检测是否存在恶意卸载；所述属性包括信任度、卸载频率、网络环境和CPU以及内存利用率。
...【技术特征摘要】
1.一种移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，包括：基础设施层、网络连接层以及管理层；
2.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述基础设施层，具体包括服务器以及多个容器；所述服务器为所述移动物联网边缘智能管理多模网关的物理环境；所述容器是根据移动物联网的应用场景以及管理规模，运用docker容器技术在所述服务器上构建的；每个容器均为一个独立的运行环境，具有文件系统、网络和进程空间。
3.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述通信模组包括wifi6通信模组和5g通信模组；所述wifi6通信模组用于实现移动终端以wifi方式接入移动物联网；所述5g通信模组，包括多个5g通信模组，用于实现移动物联网边缘智能管理多模网关计入5g移动通信网络；每个5g通信模组相互独立。
4.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述网络接口，包括fddi光纤接口和rj45网络接口，用于支持所述移动物联网边缘智能管理多模网关以光纤接口和以太网接口方式接入互联网。
5.根据权利要求1所述的移动物联网边缘智能管理多模网关，其特征在于，所述网络连接管理的功能包括终端wifi6接入、wifi6yu 5g的融合管理以及5g网络智能切换管理；其中，5g网络智能切换管理是通过所述通信模组，利用人工智能决策树分类学习算法，建立智能切网策略实现的。
6.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽，
申请(专利权)人：北京烽火万家科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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