本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)，特別涉及一，種基于云邊優(yōu)化智能算法的可信互操作系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，全球預(yù)計有超過百億數(shù)量的終端和傳感器，物聯(lián)網(wǎng)接入節(jié)點數(shù)量呈爆發(fā)性增長趨勢。這一現(xiàn)象為網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r性、網(wǎng)絡(luò)帶寬帶來新挑戰(zhàn)，同時也對數(shù)據(jù)的存儲、分析、處理提出了更高的要求。傳統(tǒng)的集中式云計算模型已經(jīng)無法滿足萬物互聯(lián)時代下海量數(shù)據(jù)的高效傳輸和處理需求。為解決上述問題，邊緣計算應(yīng)運(yùn)而生，通過將云原生能力延伸至邊緣，由云端進(jìn)行ai模型的訓(xùn)練，在將數(shù)據(jù)處理、業(yè)務(wù)應(yīng)用和訓(xùn)練好的ai模型等下沉到邊緣節(jié)點執(zhí)行，有效解決了物聯(lián)網(wǎng)落地時的響應(yīng)實時性、數(shù)據(jù)隱私性、維護(hù)便利性等問題。

2、特別是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中連接了海量的數(shù)字設(shè)備并產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，使得對計算資源的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長，給終端設(shè)備自身有限的計算資源帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。使用邊緣計算和云計算結(jié)合的云邊協(xié)同計算模式處理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的計算密集型任務(wù)和時延敏感型任務(wù)，將更好地滿足系統(tǒng)用戶的需求。但當(dāng)計算任務(wù)進(jìn)行卸載時，云邊協(xié)同系統(tǒng)中的計算、通信、存儲等資源將產(chǎn)生動態(tài)變化。如何對系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度優(yōu)化，高效地進(jìn)行資源分配，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑢崿F(xiàn)資源利用效率的最大化，成為迫切需要解決的問題。此外，如何實現(xiàn)開放環(huán)境中設(shè)備實體信任并防止數(shù)據(jù)隱私泄露，也是當(dāng)前有待解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種基于云邊優(yōu)化智能算法的可信互操作系統(tǒng)，解決現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)云邊協(xié)同系統(tǒng)不能很好地進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，數(shù)據(jù)傳輸過程容易泄密的問題。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于云邊優(yōu)化智能算法的可信互操作系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括可信任機(jī)構(gòu)、云計算平臺、邊緣計算平臺、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺；

3、所述可信任機(jī)構(gòu)用于生成密鑰，并對接入的終端設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證；所述云計算平臺用于儲存加密的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以及對經(jīng)過可信任機(jī)構(gòu)認(rèn)證的終端設(shè)備的請求進(jìn)行響應(yīng)；還用于接收物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺傳輸?shù)娜蝿?wù)并執(zhí)行，將執(zhí)行結(jié)果返回至物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺；

4、所述邊緣計算平臺包括加密模塊，加密模塊用于將接收物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺提供的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行加密，并將加密的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸至云計算平臺；還用于接收物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺傳輸?shù)娜蝿?wù)并執(zhí)行，將執(zhí)行結(jié)果返回至物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺；

5、所述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺包括云邊協(xié)同任務(wù)管理模塊，云邊協(xié)同任務(wù)管理模塊用于識別物聯(lián)設(shè)備的任務(wù)類別，并通過預(yù)訓(xùn)練好的調(diào)度模型得到卸載決策；并根據(jù)卸載決策將任務(wù)進(jìn)行本地計算，或卸載至邊緣計算平臺或物聯(lián)平臺進(jìn)行計算處理。

6、本方案產(chǎn)生的有益效果是：通過引入可信任機(jī)制，并在數(shù)據(jù)傳輸過程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，可以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性和完整性，有助于防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改，保護(hù)用戶的隱私和敏感信息。云邊協(xié)同任務(wù)管理模塊通過利用預(yù)訓(xùn)練的調(diào)度模型，根據(jù)任務(wù)的類型、任務(wù)數(shù)據(jù)量大小和系統(tǒng)的實時狀態(tài)等智能地決定任務(wù)的執(zhí)行位置，從而優(yōu)化資源利用率和響應(yīng)時間；能夠有效地平衡邊緣計算和云計算的負(fù)載，提高整體系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景和需求靈活調(diào)整任務(wù)的執(zhí)行策略。例如，對于需要快速響應(yīng)的任務(wù)，可以選擇在邊緣節(jié)點執(zhí)行；而對于計算量大且時延要求低的任務(wù)，則可以選擇卸載到云中心節(jié)點執(zhí)行；使得系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種不同的應(yīng)用需求。通過合理地分配任務(wù)到邊緣節(jié)點和云中心節(jié)點，可以減少對云計算資源的依賴，從而降低運(yùn)營成本。同時，由于邊緣節(jié)點通常更接近用戶，因此可以減少網(wǎng)絡(luò)延遲和帶寬消耗，進(jìn)一步降低通信成本。當(dāng)云端連接不可用時，系統(tǒng)仍然可以在邊緣節(jié)點或本地終端設(shè)備上執(zhí)行任務(wù)，保證了業(yè)務(wù)的連續(xù)性和可靠性。

7、進(jìn)一步，所述云邊協(xié)同任務(wù)管理模塊還用于對不同任務(wù)類別分配不同的類別優(yōu)先級s，并對同類任務(wù)賦予動態(tài)優(yōu)先級p，并根據(jù)類別優(yōu)先級s和動態(tài)優(yōu)先級p進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，動態(tài)優(yōu)先級根據(jù)任務(wù)等待時間tiw和任務(wù)預(yù)估計算時間tic確定，動態(tài)優(yōu)先級計算公式如下p＝(tjc+tic+tiw)/tic；所述tjc為當(dāng)前調(diào)度任務(wù)預(yù)估計算時間。

8、當(dāng)系統(tǒng)隊列新來一個任務(wù)時，該任務(wù)就會根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)正在執(zhí)行的任務(wù)的剩余計算時間作為等待時間，與估計的本身的計算時間來計算優(yōu)先級p，該優(yōu)先級定義為響應(yīng)比。當(dāng)系統(tǒng)在執(zhí)行完畢任務(wù)、并重新進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時，選取隊列中優(yōu)先級p值最高任務(wù)執(zhí)行。同時，再根據(jù)選取的任務(wù)的計算時間作為隊列中其他任務(wù)的增加的等待時間重新計算優(yōu)先級p，以此不斷更迭，直到任務(wù)處理完畢?？紤]了進(jìn)程等待時間和服務(wù)時間的比例，因此能夠更公平地分配cpu時間片，能夠有效地利用cpu資源，避免饑餓現(xiàn)象。與短任務(wù)優(yōu)先調(diào)度算法相比，本方案更加公平，不會完全忽略長任務(wù)的需求。

9、進(jìn)一步，所述邊緣計算平臺還包括數(shù)據(jù)清洗模塊，數(shù)據(jù)清洗模塊用于對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，去除冗余。通過識別和刪除重復(fù)或不必要的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)集的簡潔性和準(zhǔn)確性，有助于提高數(shù)據(jù)加密性能。

10、進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)加密模塊采用rijndael加密算法、blowfish算法和twofish算法中任一種算法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密。rijndael算法支持可變的數(shù)據(jù)塊長度和密鑰長度，提供了極大的靈活性。這種靈活性使得它能夠適應(yīng)不同的安全需求和應(yīng)用環(huán)境，blowfish算法允許使用不同長度的密鑰進(jìn)行加密，最長可達(dá)448位，為用戶提供了靈活的選擇空間。此外，它還支持多種加密模式，如ecb、cbc等，進(jìn)一步增強(qiáng)了其應(yīng)用靈活性。twofish算法同樣支持多種密鑰長度選項(128、192、256位)，并且可以擴(kuò)展到更大的分組長度和更多的輪數(shù)，以滿足更高的安全性要求。這種設(shè)計使得twofish算法在面對不同的安全挑戰(zhàn)時更加靈活多變。

11、進(jìn)一步，所述調(diào)度模型為包括輸入層、lstm層、全連接層、優(yōu)勢和價值層與輸出層的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述調(diào)度模型輸入特征包括任務(wù)大小、計算隊列狀態(tài)、傳輸隊列狀態(tài)、邊緣計算平臺的狀態(tài)以及邊緣計算平臺的歷史負(fù)載信息、云計算平臺的狀態(tài)以及云計算平臺歷史負(fù)載信息。通過采用基于lstm的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算系統(tǒng)任務(wù)產(chǎn)生到計算結(jié)束的相關(guān)時間段，從而更快的預(yù)測邊緣節(jié)點的負(fù)載變化情況，及時做出合理有效的卸載決策，滿足用戶業(yè)務(wù)的差異化需求。

12、進(jìn)一步，所述任務(wù)類別包括指令控制類、信息采集類和移動應(yīng)用類，所述指令控制類類別優(yōu)先級大于信息采集類類別優(yōu)先級大于移動應(yīng)用類類別優(yōu)先級?？刂浦噶铑惏ňW(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令、資源分配指令、應(yīng)急指令、管理控制指令等指令集數(shù)據(jù)，需要低帶寬、低時延和高可靠性的通信支持。因此，指令控制類的任務(wù)類別優(yōu)先級最高。

技術(shù)特征：

1.一種基于云邊優(yōu)化智能算法的可信互操作系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括可信任機(jī)構(gòu)、云計算平臺、邊緣計算平臺、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云邊優(yōu)化智能算法的可信互操作系統(tǒng)，其特征在于：所述云邊協(xié)同任務(wù)管理模塊還用于對不同任務(wù)類別分配不同的類別優(yōu)先級s，并對同類任務(wù)賦予動態(tài)優(yōu)先級p，并根據(jù)類別優(yōu)先級s和動態(tài)優(yōu)先級p進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，動態(tài)優(yōu)先級根據(jù)任務(wù)等待時間tiw和任務(wù)預(yù)估計算時間tic確定，動態(tài)優(yōu)先級計算公式如下p＝(tjc+tic+tiw)/tic；所述tjc為當(dāng)前調(diào)度任務(wù)預(yù)估計算時間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云邊優(yōu)化智能算法的可信互操作系統(tǒng)，其特征在于：所述邊緣計算平臺還包括數(shù)據(jù)清洗模塊，數(shù)據(jù)清洗模塊用于對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，去除冗余。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云邊優(yōu)化智能算法的可信互操作系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)加密模塊采用rijndael加密算法、blowfish算法和twofish算法中任一種算法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云邊優(yōu)化智能算法的可信互操作系統(tǒng)，其特征在于：所述調(diào)度模型為包括輸入層、lstm層、全連接層、優(yōu)勢和價值層與輸出層的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述調(diào)度模型輸入特征包括任務(wù)大小、計算隊列狀態(tài)、傳輸隊列狀態(tài)、邊緣計算平臺的狀態(tài)以及邊緣計算平臺的歷史負(fù)載信息、云計算平臺的狀態(tài)以及云計算平臺歷史負(fù)載信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云邊優(yōu)化智能算法的可信互操作系統(tǒng)，其特征在于：所述任務(wù)類別包括指令控制類、信息采集類和移動應(yīng)用類，所述指令控制類類別優(yōu)先級大于信息采集類類別優(yōu)先級大于移動應(yīng)用類類別優(yōu)先級。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于云邊優(yōu)化智能算法的可信互操作系統(tǒng)，包括可信任機(jī)構(gòu)、云計算平臺、邊緣計算平臺、云邊協(xié)同任務(wù)管理模塊；可信任機(jī)構(gòu)用于生成密鑰，并對接入的終端設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證；云計算平臺用于儲存加密的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以及對經(jīng)過可信任機(jī)構(gòu)認(rèn)證的終端設(shè)備的請求進(jìn)行響應(yīng)；邊緣計算平臺用于將接收物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺提供的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行加密，并將加密的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸至云計算平臺；云邊協(xié)同任務(wù)管理模塊用于識別物聯(lián)設(shè)備的任務(wù)類別得到卸載決策；根據(jù)卸載決策將任務(wù)進(jìn)行本地計算，或卸載至邊緣計算平臺或物聯(lián)平臺進(jìn)行計算處理。本專利的目的在于解決現(xiàn)有系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度資源利用率低，數(shù)據(jù)傳輸過程容易泄密的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：楊靈運(yùn),張昌福,王飛飛,袁江遠(yuǎn),葉智,李琳,文金,趙紫怡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：貴州航天云網(wǎng)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19