[发明专利]一种基于工业无线网络的认知无线电与边缘计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业无线网络技术领域，尤其是涉及一种基于工业无线网络的认知无线电与边缘计算联合资源管理的方法。

背景技术

在大约250年前人类开展第一次工业革命后，已经经历了三次工业革命。就在最近，第四次工业革命，或者称之为工业4.0，已经在学术和工业界得到了广泛的关注。在这一工业进程中，传统的制造业正与新兴的电子技术相融合，产生了工业网络、工业大数据分析、自动故障修复、智能供应链管理和个性化生产等诸多复合技术。

无线网络由于其在设备部署上的便利性，成为了工业网络中的一项关键技术。然而目前的情况是，几乎所有用于无线通信的频谱资源都已被占用。本发明所针对的技术之一，认知无线电(CR)技术可以通过获取主用户或网络中空闲的频带，帮助解决这一问题。在本发明中所涉及的基于工业无线网络的认知无线电与边缘计算(CEIN)方法中，认知无线电技术能为传输大量工业数据扩展可用频带提供可行方案。但是需要注意的是，本发明针对的工业网络中的认知无线电技术，其获取的可用频带仅可用于传输延迟容忍度高的数据流量而非携带紧急信息的时延敏感数据包，这是由于动态获取的频带会引入较长且可变的传输延时。

在工业无线网络中，对于携带关键信息的时延敏感数据同样需要进行妥善处理。本发明所针对的技术之二，边缘计算技术能够通过部署在工业传感器和监控器一侧的边缘计算设备，对实时数据进行预处理，之后将处理后的结果传输至云服务器中存储并进行后续分析处理。即便是延迟容忍度高的数据，边缘计算技术也能够满足其数据预处理的需求。

现有的工业无线网络中认知无线电与边缘计算的方法，存在忽略了联合管理网络和计算资源，且没有同时考虑时延敏感和延时容忍两种工业数据的问题。

本发明针对于工业无线网络中认知无线电与边缘计算的方法存在的忽略了联合管理网络和计算资源，且没有同时考虑时延敏感和延时容忍两种工业数据的问题，提出一种基于工业无线网络的认知无线电与边缘计算的联合资源管理方法，同时将两种类型的工业数据分别进行处理。其中认知无线电技术为延时容忍的工业数据传输增加频带，同时边缘计算技术解决数据预处理和实时数据处理的需求。

附：参考文献

[1]C.C.Lin,D.J.Deng,Z.Y.Chen and K.C.Chen,“Key design of driving industry 4.0:Joint energy-efficient deployment and scheduling in group-based industrial wireless sensor networks,”IEEE Communications Magazine,vol.54,no.10,pp.46-52,October 2016.

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对于现有工业无线网络中认知无线电与边缘计算的方法存在的忽略联合管理网络和计算资源，且没有同时考虑时延敏感和延时容忍两种工业数据的问题，提供一种基于工业无线网络的认知无线电与边缘计算的联合资源管理方法，同时将两种类型的工业数据分别进行处理。其中认知无线电技术为延时容忍的工业数据传输增加频带，同时边缘计算技术解决数据预处理和实时数据处理的需求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于工业无线网络的认知无线电与边缘计算方法，同时针对时延敏感和延时容忍两种工业数据进行处理。本发明的技术方案流程如图1所示。本发明的方法包含如下步骤：

1)搭建基于工业无线网络的认知无线电与边缘计算模型架构：

本发明所采用的模型架构为三层，由下至上分别是感知层、网络层和控制层，如图2所示。在感知层中，工业传感器和监控器对工业环境进行参数测量；之后通过有线或无线连接技术将测量的数据上传至网络层，其中网络层的实体为具有边缘计算能力的无线认知路由器(CRECs)。CRECs建立了一条到汇聚节点的逐跳传输的信息采集路径。由于是在工业环境下，因此假定CRECs的位置是固定的，且网络层中具有唯一的信息汇聚节点，以便确定静态的网络拓扑结构和路由路径；控制层负责对网络进行全局控制并处理传感数据。图2中的无线广域网(WAN)基站用于采集网络信息并将控制命令广播至所有的网络设备中，云服务器用于分析存储由汇聚节点上传的工业数据并做出相应的网络控制决策。