[发明专利]基于无服务器雾计算系统架构的复杂任务分配方法

权利要求书

1.一种基于无服务器雾计算系统架构的复杂任务分配方法，其特征在于，包括：

步骤1，终端设备向雾节点发送任务请求，雾节点接受任务请求传输到应用层开始服务；

步骤2，应用层的访问控制模块对任务请求进行访问控制；

步骤3，访问控制模块将允许访问的任务请求传输到应用层的请求转发模块进行任务请求的优先级排序；

步骤4，请求转发模块将排序后的任务请求传输到应用层的服务管理器，服务管理器对任务请求进行难度判断和分配；

步骤5，服务管理器将任务请求传输到传输控制层的FaaS模块、私有云代理模块和协同管理器进行处理；

步骤6，将FaaS模块、私有云代理模块和协同管理器处理后的任务请求的结果返回终端设备；

还包括：

应用开发者通过传输控制层的应用转发模块将应用程序上传到FaaS模块中进行处理；

所述步骤2具体包括：

应用层的访问控制模块通过权限验证单元对任务请求进行权限验证，通过权限验证的任务请求传输到请求转发模块，未通过权限验证的任务请求拒绝访问；

所述步骤3具体包括：

将通过权限验证的任务请求添加到请求转发模块的请求队列单元中进行任务请求的优先级排序；

所述步骤4具体包括：

服务管理器从请求队列单元中依次取出任务请求进行难度判断和分配，服务管理器将简单任务请求分配到传输控制层的FaaS模块进行处理，将复杂任务请求分配到基础设施层的协调管理器进行处理，将困难任务请求分配到传输控制层的私有云代理模块进行处理；

所述步骤5具体包括：

FaaS模块通过触发简单任务请求对应的特定事件函数来对简单任务请求进行处理，FaaS模块通过基础设施层中的Docker容器的容器API单元创建容器供简单任务请求使用，通过容器来进行FaaS模块的函数实例化运行，简单任务请求完成后将结果返回终端设备；

所述步骤5还包括：

协同服务管理器将复杂任务请求分解成多个子任务请求，通过分配单元将多个子任务请求按需分配给其他雾节点进行处理，并将未分配的子任务请求进行多轮次的按需分配，直到其他雾节点全部完成子任务请求，协同服务管理器将所有子任务请求的处理结果进行合并处理后返回终端设备；

所述步骤5还包括：

协同服务管理器采用指数移动平均方法预测雾节点的性能，雾计算i的前轮的性能数据可表示为{θ₁，θ₂，...，θ_k}，则k+1的预期性能为θ_k+1，根据指数移动平均公式计算得：

其中，α表示平滑指数，可根据实际需要调整，表示前k轮的平均值，初始为0；

雾计算系统架构包括应用层、传输控制层和基础设施层，应用层、传输控制层和基础设施层均运行在雾节点之上，应用层为雾计算系统架构的最顶层，应用层用于管理和处理终端用户的服务请求，应用层包括访问控制模块、请求转发模块和服务管理器，访问控制模块包括权限验证单元，请求转发模块中包括请求队列单元，服务管理器用于收集任务请求的相关信息，其中，任务请求的相关信息包括服务时间、数据量、任务类型、设备类型和紧急程度，通过访问控制模块对租用雾节点的用户进行管理，其中，服务请求由UID、待处理数据、容器编号和请求事件组成；请求队列单元主要负责对不同的任务请求做调度，紧急事件的任务请求优先级高于非紧急事件的任务请求优先级，请求队列单元中设置的优先级调度算法根据任务请求的等待时长，增高任务请求优先级，服务管理器用于验证用户信息和计算服务资费，根据任务请求的不同，将计算量特别巨大的任务请求直接转发给私有云代理模块处理，根据任务请求的不同与BaaS模块和FaaS模块间传递服务，当请求队列单元负载过高时，服务管理器将服务进行服务迁移；传输控制层为雾计算系统架构的关键层，传输控制层主要采用Serverless的FaaS服务为函数处理服务，传输控制层包括FaaS模块、应用转发模块和私有云代理模块，FaaS模块根据供应商定义的事件类型触发函数，其中，定义的事件类型包括文件更新、时间和加入总线的消息；基础设施层为雾计算系统架构的最底层，主要管理对象为容器，基础设施层包括BaaS模块、物理硬件、Docker容器和内核管理器，BaaS模块包括协同服务管理器和DB数据库，FaaS模块根据Docker容器提供的容器API单元的接口使用容器服务；

运行过程：终端设备请求启动应用程序，雾节点开始处理，雾节点与终端设备之间使用Wifi或4G或5G移动通信进行连接，首先访问的是应用层，访问控制模块对终端设备请求进行访问控制，每个用户一个单独的UID，未授权的用户一律拒绝，通过权限验证之后，任务请求加入到请求转发模块的请求队列单元中，请求队列单元采用优先级对队列中的任务请求进行排序，优先级高的任务请求先服务，服务管理器从请求队列单元中依次取出任务请求进行分析，首先收集终端设备已有的信息并对任务请求进行判断，如果任务请求简单，则直接由传输控制层进行处理，传输控制层接收到任务请求会在Serverless的FaaS模块中处理，FaaS模块通过任务请求触发特定事件函数，FaaS模块通过基础设施层中的容器API单元创建容器供任务请求使用，FaaS模块的函数实例化运行在容器中，当任务请求完成后将结果返回终端设备，回收容器；如果任务请求复杂，则转发到BaaS模块中的协同服务管理器进行处理，协同服务管理器包括分配单元，预测单元和计算单元，协同服务管理器将复杂任务请求分解成多个子任务请求并通过分配单元将子任务请求分配给附近可用的其他雾节点进行处理，预测单元负责获取其他雾节点相关信息，对后续分配任务请求做分析预测，当经过多轮循环分配之后，全部雾节点完成任务，协同服务管理器将结果合并处理后返回给终端设备，每轮协同服务管理器中循环分配至附近可用的其他雾节点的子任务请求大小均不同，根据雾节点系统资源进行分配；如果任务请求困难，则直接转发到云端进行处理，如果任务请求中有隐私数据则使用私有云单元处理，否则使用公有云单元处理，当一轮任务请求完成后，终端设备继续任务请求，则重复上述运行过程；

当一个终端用户租用服务，假设终端用户为非恶意攻击的正常使用者，终端用户发送服务请求，雾节点收到请求之后由应用层验证用户身份，获得请求许可之后获得服务权限并开始收费计时，终端用户发送的任务请求加入到请求队列中，服务管理器根据服务类型的不同解析服务命令进行转发，传输控制层接收到服务命令之后，对一系列命令进行任务分配，通过内核管理器对分配的任务分别调用基础设施层的容器API单元创建用户任务请求的单独容器，当容器创建完成之后用户的计算服务命令和存储服务命令均由无服务工具库进行服务；

协同服务管理器处理任务请求的步骤：

第一步，每轮对任务请求进行判断，如果超过当前节点的处理能力，则将任务请求分解成多个子任务请求分配给其他雾节点；

第二步，依次寻找合适的雾节点，并判断雾节点是否处于空闲状态，如果雾节点处于空闲状态则根据公式(1)预测雾节点的性能，根据雾节点的性能分配对应的任务请求量到雾节点上；

第三步，循环重复第二步，直到所有子任务请求全部完成，将所有子任务请求的结果返回到初始雾节点上；

第四步，初始雾节点对所有子任务请求的结果合并处理后将结果返回给终端设备，本轮任务请求结束。

2.根据权利要求1所述的基于无服务器雾计算系统架构的复杂任务分配方法，其特征在于，所述步骤5还包括：

困难任务请求通过传输控制层的私有代理模块进行处理，困难任务请求中有隐私数据使用私有云单元进行处理，困难任务请求中没有隐私数据使用公有云单元进行处理。