云边数据分流传输方法、边缘节点、控制中心及存储介质

摘要

本发明涉及一种云边数据分流传输方法、边缘节点、控制中心及存储介质，包括：测量与邻近边缘节点间逻辑链路的可用带宽，并发送给控制中心以更新边缘层叠网信息库；向云计算节点发送探测消息，当根据与探测消息对应的探测反馈消息确定云边传输带宽不足时，向控制中心发送分流请求；根据控制中心发送分流请求反馈成功消息中的边缘中继路径进行数据分流传输；边缘中继路径为控制中心根据分流请求和边缘层叠网信息库计算得到的由至少一个边缘节点作为中继的路径；边缘层叠网信息库包括各边缘节点地址和边缘节点间链路的可用带宽；通过控制中心对边缘节点之间的逻辑链路进行维护，通过对网络资源的充分利用进行数据分流传输，提高云边数据传输质量。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种云边数据分流传输方法、边缘节点、控制中心及存储介质。

背景技术

边缘计算雏形可追溯到上世纪90年代提出的CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)技术，近年来由于万物互联的兴起成为一个研究热点。边缘计算目前还没有严格的统一定义。太平洋西北国家实验室将边缘计算定义为：一种把应用、数据和服务从中心节点向网络边缘拓展的方法，可以在数据源端进行分析和知识生成。ISO/IEC对边缘计算的定义为：一种将主要处理和数据存储放在网络边缘的分布计算形式。虽然不同边缘计算定义的描述有所差异，但其含义基本相同。边缘计算中的“边缘”是一个相对的概念，其也无统一的定义。对运营商而言，边缘节点处于接入网到核心网之间。云计算是一种按使用量付费的集中计算模式，其具有高可靠性、易扩展性、虚拟化等优势。近年来，结合边缘计算和云计算两者优势的云边协同模式逐步受到学术界和工业界的广泛重视。

云边协同需要在云节点和边缘节点间频繁进行数据交换。在有些情况下，云边直接需要进行大量的数据传输。网络传输带宽是影响云边数据传输的关键；然而，带宽资源总体匮乏是长期以来困扰互联网发展的一个主要问题，并且将在未来相当长的一段时间内难以得到根本解决；根据思科2019年预测，从2017年到2022年全球跨骨干网的固网IP流量将会增长3倍以上，而同期全球固网带宽仅增长近2倍。以上数据显示了互联网带宽资源相对于流量需求的匮乏性；另一方面，当前互联网缺乏全局流量优化，导致在局部链路成为热点链路的同时，还有大量链路特别是边缘网络链路处于空闲状态；一项对欧洲骨干网Geant的研究表明，Geant平均链路利用率仅为2％左右，但其热点链路的带宽占用率却高达90％。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种云边数据分流传输方法、边缘节点、控制中心及存储介质，通过控制中心对边缘节点之间的逻辑链路进行维护，通过对网络资源的充分利用进行数据分流传输，提高云边数据传输质量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种云边数据分流传输方法，应用于边缘节点，所述云边数据分流传输方法包括：

测量与邻近边缘节点间逻辑链路的可用带宽，并发送给控制中心；

向云计算节点发送探测消息，当根据与所述探测消息对应的探测反馈消息确定云边传输带宽不足时，向所述控制中心发送分流请求；

当收到分流请求反馈成功消息时，根据所述分流请求反馈成功消息中的边缘中继路径进行数据分流传输；所述边缘中继路径为控制中心根据分流请求和边缘层叠网信息库计算得到的由至少一个边缘节点作为中继的路径；所述边缘层叠网信息库包括各边缘节点地址和边缘节点间逻辑链路的可用带宽。

本发明的有益效果是：边缘节点测量与邻近边缘节点间链路的可用带宽，以便于控制中心对边缘中继路径进行维护与更新，且在云边传输带宽不足时，请求数据分流，并根据控制中心的反馈的边缘中继路径进行数据分流传输，通过数据分流传输合理利用网络带宽，以提高云边数据传输质量，且避免热点链路和空闲链路的分级化。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述根据与所述探测消息对应的探测反馈消息确定云边传输带宽不足包括：

当收到所述探测反馈消息的时间与发送探测消息时间差超过预设时间阈值时，确定云边传输带宽不足。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过收到探测反馈时间的长短来确定云边传输带宽是否不足，保证分流请求或取消分流请求的可靠性。

进一步，所述分流请求包括所述边缘节点与云计算节点的地址和分流期望带宽值，所述方法还包括：

当收到分流请求反馈失败消息时，调整所述分流期望带宽值，根据新的分流期望带宽值向所述控制中心重新发送分流请求；或预设时间段后，向所述控制中心重新发送分流请求。

采用上述进一步方案的有益效果是：分流失败时，通过调整分流期望带宽值或调整重新请求的时间，以请求分流传输，进而提高云边数据传输的质量。

进一步，所述根据所述分流请求反馈成功消息中的边缘中继路径进行数据分流传输之后包括：

当探测到云边传输带宽充裕且正在进行数据分流传输时，向所述控制中心发送分流取消请求消息。

采用上述进一步方案的有益效果是：当云边传输带宽充裕且正在进行数据分流传输，取消分流，以避免占用其他路径的资源。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种云边数据分流传输方法，应用于控制中心，所述云边数据分流传输方法包括：

接收边缘节点发送的与邻近边缘节点间逻辑链路的可用带宽，并更新边缘层叠网信息库，所述边缘层叠网信息库包括各边缘节点地址和边缘节点间逻辑链路的可用带宽；

接收所述边缘节点发送的分流请求；

根据所述分流请求和所述边缘层叠网信息库计算得到由至少一个边缘节点作为中继的边缘中继路径时，向所述边缘节点发送包含所述边缘中继路径的分流请求反馈成功消息。

采用上述进一步方案的有益效果是：控制中心维护边缘层叠网信息库，并在接收分流请求后，通过分流请求的边缘层叠网信息库计算相应的边缘中继路径，由边缘节点根据边缘中继路径进行数据分流传输，通过数据分流传输合理利用网络带宽，以提高云边数据传输质量，且避免热点链路和空闲链路的分级化。

进一步，所述根据所述边缘层叠网信息库计算得到边缘中继路径时，向所述边缘节点发送分流请求反馈成功消息包括：

根据所述分流请求的云计算节点地址、分流期望带宽值、边缘层叠网信息库的边缘节点的可用带宽和地址，按照带宽约束的最短路径算法确定得到边缘中继路径时，通知作为中继的边缘节点进行中继传输，并向所述边缘节点发送所述分流请求反馈成功消息。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过分流请求和边缘节点的可用带宽，按照带宽约束的最短路径算法确定边缘中继路径，保证边缘中继路径的合理性，通知中继的边缘节点进行中继传输，保证中继传输的可靠性。

进一步，所述向所述边缘节点发送分流请求反馈成功消息之后，包括：

接收所述边缘节点发送的分流取消请求，通知作为中继的边缘节点取消中继传输，并向所述边缘节点发送分流取消确认成功消息。

采用上述进一步方案的有益效果是：

为了解决上述问题，本发明实施例还提供一种边缘节点，所述边缘节点包括可用带宽测量模块、云边传输探测模块和分流调度模块；

所述可用测量模块，用于测量与邻近边缘节点间逻辑链路的可用带宽，并发送给控制中心；

所述云边传输探测模块，用于向云计算节点发送探测消息；

所述分流调度模块，用于当根据与所述探测消息对应的探测反馈消息确定云边传输带宽不足时，向所述控制中心发送分流请求；还用于当收到分流请求反馈成功消息时，根据所述分流请求反馈成功消息中的边缘中继路径进行数据分流传输；所述边缘中继路径为控制中心根据分流请求和边缘层叠网信息库计算得到的由至少一个边缘节点作为中继的路径；所述边缘层叠网信息库包括各边缘节点地址和边缘节点间逻辑链路的可用带宽。

为了解决上述问题，本发明实施例还提供一种控制中心，所述控制中心包括信息库更新模块、路径计算模块；

所述信息库更新模块，用于接收边缘节点发送的与邻近边缘节点间逻辑链路的可用带宽，并更新边缘层叠网信息库；

所述路径计算模块，用于接收所述边缘节点发送的分流请求，根据所述分流请求和所述边缘层叠网信息库计算得到由至少一个边缘节点作为中继的边缘中继路径时，向所述边缘节点发送包含所述边缘中继路径的分流请求反馈成功消息。

为了解决上述问题，本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质包括存储有一个或者多个计算机程序，所述一个或者多个计算机程序可被一个或者多个处理器执行，以实现根据如上边缘节点实施所述的云边数据分流传输方法的步骤，或以实现根据如上控制中心实施所述的云边数据分流传输方法的步骤。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种边缘节点实施的云边数据分流传输方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的一种边缘中继路径的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种控制中心实施的云边数据分流传输方法的流程图；

图4为本发明一实施例提供的边缘节点和控制中心的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，图1为发明实施例提供的一种云边数据分流传输方法的流程图，该云边数据分流传输方法应用于边缘节点；如图2所示，任意一个边缘节点与最近的k(k为正整数)个边缘节点存在逻辑链路相连接；从边缘节点到云计算节点的传输可利用以下两种途径：边缘节点与云计算节点直接进行数据传输；边缘节点与云计算节点通过边缘节点进行中转，图2所示的由至少一个边缘节点作为中继的路径称为边缘中继路径，该云边数据传输分流包括：

S101、测量与邻近边缘节点间逻辑链路的可用带宽，并发送给控制中心；

S102、向云计算节点发送探测消息，当根据与探测消息对应的探测反馈消息确定云边传输带宽不足时，向控制中心发送分流请求；

S103、当收到分流请求反馈成功消息，根据分流请求反馈成功消息中的边缘中继路径进行数据分流传输，边缘中继路径为控制中心根据分流请求和边缘层叠网信息库计算得到的由至少一个边缘节点作为中继的路径；边缘层叠网信息库包括各边缘节点地址和边缘节点间逻辑链路的可用带宽。

在本实施例中，边缘节点测量与邻近边缘节点间链路的可用带宽，以便于控制中心对边缘中继路径进行维护与更新，且在云边传输带宽不足时，请求数据分流，并根据控制中心的反馈的边缘中继路径进行数据分流传输，通过数据分流传输合理利用网络带宽，以提高云边数据传输质量，且避免热点链路和空闲链路的分级化。

在本实施例中，边缘节点可周期性地测量与邻近边缘节点间的逻辑链路的可用带宽，逻辑链路可用带宽测量可采用基于报文间隔模型(Probabilistic Graphical Models，PGM)，如初始间隔递增(Initial Gap Increasing，IGI)算法；还可采用基于卡尔曼滤波的可用带宽测量方法，在此不再一一赘述；其中周期性地测量的周期可以根据实际情况进行灵活调整，例如在数据传输高峰期如白天周期时间短一些，如30分钟，在非高峰期如凌晨，周期时间长一些，如2个小时。

在本实施例中，边缘节点周期性向云计算节点发送探测消息，云计算节点在收到该探测消息后发送探测反馈消息，根据收到探测反馈消息的时间长短来判断云边传输带宽是否不足，具体的，当收到探测反馈消息的时间与发送探测消息时间差超过预设时间阈值时，确定云边传输带宽不足，表示云边传输拥塞；当收到探测反馈消息的时间与发送探测消息时间差低于预设云边传输拥塞时间阈值，确定云边传输带宽充裕；其中该预设时间阈值可以根据云边传输拥塞的历史记录确定，例如预设时间阈值为5分钟，假设边缘节点1在9:10向云计算节点发送探测消息，在9:17接收到探测反馈消息，则时间差为7分钟大于预设时间阈值5分钟，则确定云边传输带宽不足。

在本实施例中，分流请求包括边缘节点与云计算节点的地址和分流期望带宽值，该分流期望带宽值可为预设指定值，也可灵活调整，进而控制中心根据地址和分流期望带宽值确定边缘中继路径；当收到分流请求反馈成功消息时，根据分流请求反馈成功消息中的边缘中继路径进行数据分流传输，即通过边缘中继路径传输分流期望带宽对应数据。例如边缘中继路径为由边缘节点1、2、6、8和云计算节点组成的路径，通过该路径传输部分数据，假设边缘节点1通过原始路径(边缘节点1、4、7和云计算节点)向云计算节点传输数据和分流请求，分流传输之后，边缘节点可同时通过确定的边缘中继路径和原始路径进行数据传输，充分利用了其他路径的网络资源，且提高云边数据传输的速率。在一些实施例中，当边缘节点在数据分流传输时，还可以为数据进行编号，便于云计算节点根据数据编号准确有效地获知完整的数据。

在本实施例中，当边缘节点向控制中心发送分流请求后，控制中心未确定出边缘中继路径时，会发出分流请求反馈失败消息，当边缘节点收到分流请求反馈失败消息时，调整分流期望带宽值，根据新的分流期望带宽值向控制中心重新发送分流请求；该新的分流期望带宽值小于之前的分流期望带宽值，且大于0；或当边缘节点收到分流请求反馈失败消息时，预设时间段后，向控制中心重新发送分流请求。

在本实施例中，由于边缘节点周期性探测云边传输带宽，在云边传输带宽充裕且正在进行数据分流传输时，向控制中心发送分流取消请求消息，以避免占用其他路径的资源；其中分流取消请求可以是通过原始路径传输，也可以是通过边缘中继路径传输。

本实施例还提供一种云边数据分流传输方法，应用于控制中心，如图3所示，该边缘数据分流传输方法包括：

S301、接收边缘节点发送的与邻近边缘节点间逻辑链路的可用带宽，并更新边缘层叠网信息库；

S302、接收边缘节点发送的分流请求；

S303、根据分流请求和边缘层叠网信息库计算得到由至少一个边缘节点作为中继的边缘中继路径时，向边缘节点发送包含边缘中继路径的分流请求反馈成功消息。

在本实施例中，控制中心维护边缘层叠网信息库，并在接收分流请求后，通过分流请求的边缘层叠网信息库计算相应的边缘中继路径，由边缘节点根据边缘中继路径进行数据分流传输，通过数据分流传输合理利用网络带宽，以提高云边数据传输质量，且避免热点链路和空闲链路的分级化。

在本实施例中，边缘层叠网信息库包括各边缘节点地址和边缘节点间逻辑链路的可用带宽；步骤S103具体包括：根据分流请求的云计算节点地址、分流期望带宽值、边缘层叠网信息库的边缘节点的可用带宽和地址，按照带宽约束的最短路径算法确定出边缘中继路径时，通知作为中继的边缘节点进行中继传输，并向边缘节点发送分流请求反馈成功消息。例如分流请求的分流期望带宽值为90M，边缘节点1-2可用带宽为30M，边缘节点2-6可用带宽为20M、边缘节点6-8可用带宽为25M，边缘节点8-云计算节点可用带宽为25M，则该路径的带宽约束为100M，且为最短路径，则将边缘节点1、2、6、8和云计算节点组成的路径作为边缘中继路径，则通过消息通知作为中继的边缘节点2、6、8部署传输路径，并向边缘节点1发送分流请求反馈成功消息，通知边缘节点1进行分流数据传输，作为中继的边缘节点2、6、8可根据通知消息保留对应可用带宽资源，以保证数据传输的有效性。

在本实施例中，向边缘节点发送分流请求反馈成功消息之后，由于边缘节点探测到云边传输带宽充裕且正在进行数据分流传输时，向控制中心发送分流取消请求消息，则控制中心接收边缘节点发送的分流取消请求，通知作为中继的边缘节点取消中继传输，并向边缘节点发送分流取消确认成功消息。

在本实施例中，当根据分流请求和边缘层叠网信息库未确定出边缘中继路径时，则向边缘节点发送分流请求反馈失败消息；其中未确定出边缘中继路径，可以是分流期望带宽过高，或未存在空闲的中继的边缘节点；因此该分流请求反馈消息中还可以包括失败原因，进而边缘节点可以根据失败原因进行对应的重新请求。

实施例2

为了便于理解，本实施例还以一个较为具体的例子对云边数据分流传输方法进行说明，假设边缘节点A的云边数据传输分流建立过程主要包括以下步骤：

(1)A周期性地探测云边传输情况，并在探测到云边传输带宽不足，向控制中心的边缘中继路径计算模块发送分流请求，该请求包含了该边缘节点与相应云计算节点的地址、分流期望的带宽值b(该值为配置参数，可预设指定值)；

(2)控制中心在收到分流请求后，处理如下：根据边缘层叠网信息，按照带宽约束的最短路径算法计算由至少一个边缘节点作为中继的边缘中继路径；若上述过程能得到相应的边缘中继路径，通知作为中继的边缘节点，以部署传输路径，并向A发送相应的分流请求反馈成功消息(该消息包含了所得到的边缘中继路径)；若上述过程不能得到相应的边缘中继路径，并向A发送相应的分流请求反馈失败消息。

(3)若边缘节点A收到分流请求反馈成功消息，则可根据该消息所包含的边缘中继路径进行分流，即选择部分流量通过该路径传输。

(4)若边缘节点A收到分流请求反馈失败消息，则调整分流期望带宽值为b-μ。若b-μ大于0，则根据新的分流期望带宽值向控制中心重新发送分流请求。

某边缘节点A的云边数据传输分流取消过程主要包括以下步骤：

(1)A周期性地探测云边传输情况，并在探测到云边传输带宽充裕且正在进行分流时，向控制中心发送分流取消请求消息。若在规定时间内未收到相应的分流取消确认消息，则重新发送分流取消请求消息。

(2)控制中心在收到分流取消请求后，通知作为中继的边缘节点，以取消相应的中继传输，向A发送相应的分流取消确认功消息。

实施例3

如图4所示，本实施例提供一种边缘节点，边缘节点10包括可用带宽测量模块11、云边传输探测模块12和分流调度模块13；

可用测量模块11，用于测量与邻近边缘节点间逻辑链路的可用带宽，并发送给控制中心；

云边传输探测模块12，用于向云计算节点发送探测消息；

分流调度模块13，用于当根据与探测消息对应的探测反馈消息确定云边传输带宽不足时，向控制中心发送分流请求；还用于当收到分流请求反馈成功消息时，根据分流请求反馈成功消息中的边缘中继路径进行数据分流传输；边缘中继路径为控制中心根据分流请求和边缘层叠网信息库计算得到的由至少一个边缘节点作为中继的路径；所述边缘层叠网信息库包括各边缘节点地址和边缘节点间逻辑链路的可用带宽。

该边缘节点可以实现上述实施例中的云边数据分流传输方法的步骤，在此不再一一赘述。

如图4所示，本实施例还提供一种控制中心，控制中心20包括信息库更新模块21、路径计算模块22；

信息库更新模块21，用于接收边缘节点发送的与邻近边缘节点间逻辑链路的可用带宽，并更新边缘层叠网信息库；

路径计算模块22，用于接收边缘节点发送的分流请求，根据分流请求和边缘层叠网信息库计算得到由至少一个边缘节点作为中继的边缘中继路径时，向边缘节点发送包含边缘中继路径的分流请求反馈成功消息。

该控制中心可以实现上述实施例中的云边数据分流传输方法的步骤，在此不再一一赘述。

本实施例还提供一种存储介质，该存储介质包括存储有一个或者多个计算机程序，一个或者多个计算机程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述实施例中由边缘节点实施的所述的云边数据分流传输方法的步骤，以实现上述实施例中由控制中心实施的所述的云边数据分流传输方法的步骤。在此不再一一赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本专利中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。