本發(fā)明涉及云計算、邊緣計算的，尤其涉及一種基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)（iot）、大數(shù)據(jù)、以及云計算技術(shù)的快速發(fā)展，邊緣計算作為一種新興的計算范式受到了廣泛關(guān)注，邊緣計算旨在將數(shù)據(jù)處理任務(wù)從云端轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，以此減少延遲、節(jié)約帶寬并提升數(shù)據(jù)處理速度和安全性；在此背景下，云邊協(xié)同技術(shù)應(yīng)運而生，通過有效結(jié)合云計算的強大計算能力與邊緣計算的實時響應(yīng)能力，能夠優(yōu)化整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理和資源分配，盡管如此，當(dāng)前的云邊協(xié)同技術(shù)仍面臨諸多挑戰(zhàn)；例如，異構(gòu)性和動態(tài)變化的邊緣節(jié)點環(huán)境增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，現(xiàn)有的協(xié)作通信協(xié)議往往不能有效適應(yīng)這種變化，導(dǎo)致數(shù)據(jù)同步和協(xié)作效率低下。

2、現(xiàn)有技術(shù)在邊緣節(jié)點的管理和協(xié)同操作方面存在明顯不足，例如在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，不同類型的邊緣設(shè)備和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)使得數(shù)據(jù)的協(xié)同處理變得困難，這不僅影響了處理效率，還可能引起數(shù)據(jù)安全問題；此外，現(xiàn)有解決方案通常忽視了根據(jù)邊緣節(jié)點性能動態(tài)調(diào)整控制策略的需求，無法有效地對邊緣計算資源進行優(yōu)化配置，導(dǎo)致資源浪費和響應(yīng)速度不足；這些技術(shù)缺陷限制了云邊協(xié)同系統(tǒng)在高要求應(yīng)用場景下的廣泛部署，如實時大數(shù)據(jù)處理和城市智能交通系統(tǒng)等。

3、針對以上問題，本發(fā)明提出了一種基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法，其針對異構(gòu)性和動態(tài)變化的邊緣節(jié)點環(huán)境改進了協(xié)作通信協(xié)議，使其能夠在不同的網(wǎng)絡(luò)條件和設(shè)備性能下都保持高效穩(wěn)定的通信；通過這種改進的協(xié)作通信協(xié)議，能夠在邊緣側(cè)和云端更有效地采集和處理數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)；引入數(shù)據(jù)協(xié)同權(quán)重的概念，并通過預(yù)處理這些任務(wù)以優(yōu)化數(shù)據(jù)流向和處理策略；通過自適應(yīng)控制算法構(gòu)建邊緣控制模型，并將其部署在云端，實現(xiàn)對邊緣計算資源的智能調(diào)控，顯著提高了系統(tǒng)的整體性能和資源使用效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例，在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

3、因此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)協(xié)同處理效率低下和資源配置不合理的問題。

4、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

5、基于異構(gòu)性和動態(tài)變化的邊緣節(jié)點環(huán)境改進協(xié)作通信協(xié)議；

6、利用所述改進協(xié)作通信協(xié)議分別在邊緣側(cè)、云端部署數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)；

7、執(zhí)行所述數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)，獲取數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級；

8、通過自適應(yīng)控制算法構(gòu)建控制模型，輸入所述數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)束后，得到邊緣控制模型；

9、所述邊緣控制模型以數(shù)據(jù)包的形式安裝于云端服務(wù)器中運行程序，分別對邊緣側(cè)、云端所執(zhí)行的數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)進行自適應(yīng)調(diào)控。

10、作為本發(fā)明所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法的一種優(yōu)選方案，改進所述協(xié)作通信協(xié)議，包括：

11、采集來自所有邊緣節(jié)點的性能數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)；

12、應(yīng)用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理，以識別網(wǎng)絡(luò)瓶頸、資源限制點和潛在的故障模式；

13、根據(jù)分析結(jié)果，對通信協(xié)議進行調(diào)整，并在邊緣節(jié)點上實施調(diào)整后的通信協(xié)議，自動調(diào)整傳輸參數(shù)以最優(yōu)化性能。

14、作為本發(fā)明所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法的一種優(yōu)選方案，所述采集來自所有邊緣節(jié)點的性能數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，包括但不限于實時的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)和位置信息。

15、作為本發(fā)明所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法的一種優(yōu)選方案，部署的所述數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)用于收集、處理和同步邊緣側(cè)、云端的數(shù)據(jù)，以支持決策和控制策略的實時更新。

16、作為本發(fā)明所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法的一種優(yōu)選方案，所述數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)包括但不限于性能監(jiān)測數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、事件日志和用戶交互數(shù)據(jù)。

17、作為本發(fā)明所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法的一種優(yōu)選方案，獲取所述數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級，可通過下式數(shù)學(xué)公式進行表示：

18、

19、其中，e為數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級的評分，p表示數(shù)據(jù)優(yōu)先級因子，根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性和實時性進行調(diào)整，c表示數(shù)據(jù)壓縮率，通過減少數(shù)據(jù)大小來提高傳輸效率，f表示容錯度，s表示安全強度，是數(shù)值穩(wěn)定性的小常數(shù)，用于防止分母為0，其取值通常為0.01。

20、作為本發(fā)明所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法的一種優(yōu)選方案，由數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級的評分e的數(shù)值大小，獲知數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級，再利用機器學(xué)習(xí)算法計算得到權(quán)重，所述權(quán)重用于控制模型的訓(xùn)練優(yōu)化。

21、作為本發(fā)明所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法的一種優(yōu)選方案，所述邊緣控制模型可通過下式進行表示：

22、

23、其中，表示模型的輸出，用于調(diào)控資源使用，表示第i個數(shù)據(jù)協(xié)同權(quán)重，表示自適應(yīng)控制算法中針對第i個權(quán)重的調(diào)整參數(shù)，表示第i個權(quán)重的指數(shù)調(diào)整參數(shù)，影響其在模型中的非線性表現(xiàn)，表示偏置項，用于調(diào)整模型整體輸出的閾值。

24、作為本發(fā)明所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法的一種優(yōu)選方案，所述邊緣控制模型的輸出范圍為[0,1]，用于表示資源調(diào)配的程度，其中：

25、當(dāng)輸出值趨近于0時，表示無資源調(diào)配；

26、當(dāng)輸出值趨近于1時，表示全資源調(diào)配。

27、作為本發(fā)明所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，包括：

28、一個或多個處理器；

29、存儲器，存儲可被操作的指令，所述指令在通過所述一個或多個處理器執(zhí)行時使得所述一個或多個處理器執(zhí)行操作，所述操作包括如前述基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法的流程。

30、本發(fā)明的有益效果：

31、1、本發(fā)明考慮到不同邊緣設(shè)備的特性和網(wǎng)絡(luò)條件，采用動態(tài)適應(yīng)技術(shù)，自動調(diào)整通信參數(shù)以最優(yōu)化通信效率，這種改進不僅增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還減少了因環(huán)境變化導(dǎo)致的連接問題和數(shù)據(jù)傳輸錯誤，從而顯著提高了整體網(wǎng)絡(luò)的可靠性和響應(yīng)速度；

32、2、本發(fā)明不僅提高了數(shù)據(jù)處理的時效性和準(zhǔn)確性，還優(yōu)化了資源分配，減輕了云端服務(wù)器的負(fù)載，使得系統(tǒng)能夠更加經(jīng)濟和高效地運行；同時增強了數(shù)據(jù)處理的靈活性和精確度，有助于更好地理解數(shù)據(jù)流和用戶需求，進而實現(xiàn)更為精細(xì)化的服務(wù)和控制。

技術(shù)特征：

1.一種基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法，其特征在于，改進所述協(xié)作通信協(xié)議，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法，其特征在于，所述采集來自所有邊緣節(jié)點的性能數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，包括但不限于實時的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)和位置信息。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法，其特征在于，部署的所述數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)用于收集、處理和同步邊緣側(cè)、云端的數(shù)據(jù)，以支持決策和控制策略的實時更新。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)包括但不限于性能監(jiān)測數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、事件日志和用戶交互數(shù)據(jù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法，其特征在于，獲取所述數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級，可通過下式數(shù)學(xué)公式進行表示：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法，其特征在于，由數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級的評分e的數(shù)值大小，獲知數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級，再利用機器學(xué)習(xí)算法計算得到權(quán)重，所述權(quán)重用于控制模型的訓(xùn)練優(yōu)化。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法，其特征在于，所述邊緣控制模型可通過下式進行表示：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法，其特征在于，所述邊緣控制模型的輸出范圍為[0,1]，用于表示資源調(diào)配的程度，其中：

10.一種基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于云計算與邊緣計算技術(shù)領(lǐng)域，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)協(xié)同處理效率低下和資源配置不合理的問題，具體公開了一種基于云邊協(xié)同的輕量化邊緣控制方法及系統(tǒng)，包括：基于異構(gòu)性和動態(tài)變化的邊緣節(jié)點環(huán)境改進協(xié)作通信協(xié)議；利用改進協(xié)作通信協(xié)議分別在邊緣側(cè)、云端部署數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)；執(zhí)行數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)，獲取數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級；通過自適應(yīng)控制算法構(gòu)建控制模型，輸入數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)先級進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)束后，得到邊緣控制模型；邊緣控制模型以數(shù)據(jù)包的形式安裝于云端服務(wù)器中運行程序，分別對邊緣側(cè)、云端所執(zhí)行的數(shù)據(jù)協(xié)同任務(wù)進行自適應(yīng)調(diào)控。本發(fā)明提高了整體網(wǎng)絡(luò)的可靠性和響應(yīng)速度，優(yōu)化了資源分配，減輕了云端服務(wù)器的負(fù)載。

技術(shù)研發(fā)人員：李輝,路曉陽,王鑫,張國慶
受保護的技術(shù)使用者：南京深度智控科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10