[发明专利]一种用于无损检测的最小化延迟的边缘计算部署方法

说明书

一种用于无损检测的最小化延迟的边缘计算部署方法：提取网络状态稳定情况下边缘端可用计算资源与云端可用计算资源的比例；将无损检测系统的信号分析任务划分为n个可分开执行的子任务，并测试各个子任务在边缘端运行的计算消耗时间；提取各个子任务执行后得到的数据在边缘端与云端之间进行数据传输消耗的时间；构建无损检测系统最小化延迟的边缘计算部署的数学模型；采用混洗蛙跳算法对K进行优化得到最优K；根据K获得最优边缘计算部署策略。本发明提高了系统的计算效率，降低了系统延迟。

技术领域

本发明涉及自动无损检测的优化部署方法，特别是针对工业检测的最小化延迟的边缘计算部署方法。

背景技术

1.无损检测

无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，无损检测的重要性已得到公认，主要有射线检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和液体渗透检测(PT)四种。其他无损检测方法有涡流检测(ECT)、声发射检测(AE)、热像/红外(TIR)、泄漏试验(LT)、交流场测量技术(ACFMT)、漏磁检验(MFL)、远场测试检测方法(RFT)、超声波衍射时差法(TOFD)等。

在无损检测中，为了提高检测精度，通常需要复杂的系统才能实现高精度的无损检测。因此，在实际应用中，需要在保证检测精度的基础上，尽可能地减小系统时延，提高系统实时性，使得系统能够快速且高精度地进行无损检测，得到被测对象的物理特性。如，在酒厂，采用无损检测方法检测出酒瓶存在的缺陷，从而减小酒瓶缺陷造成的渗漏问题，减小不必要的损失。

2.无损检测系统模块及其部署

无损检测利用物质的声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小，位置，性质和数量等信息。无损检测过程主要包括信号采集、信号传输、信号分析三大步骤。其中，信号分析主要是对采集得到的信号进行特征提取和分类。常用的无损检测系统实现框图如图1所示。

无损检测的工作量可分为信号采集、信号传输和信号分析。显然，信号采集步骤是在设备层中实现的。另外，由于云计算能力强，其他步骤一般在云层进行处理，系统部署如图2所示。然而，数据传输的速度限制了云计算范式的应用。因此，为了平衡数据传输与云计算资源的使用，需要将部分步骤下推到边缘端，以减小数据传输带来的时延。

由于数据采集和控制操作这两部分的操作依赖于设备层的设备，部署在设备层，然后将无损检测系统的信号分析任务的所有子任务分别部署在边缘端和云端，在尽可能减小数据传输带来的时延的同时，充分利用边缘端和云端的计算资源，以达到无损检测系统运行的最小时延。

3.最小化延迟的边缘计算部署模型

基于边缘计算部署系统之前，需要将系统中可灵活部署的任务进行子任务的划分，无损检测系统任务划分模型图如图3所示。其中Ci表示系统的第i个子任务。T_p0表示从边缘端将设备层采集的信号数据传输到云端消耗的时间，T_pi第i个子任务执行后得到的数据在边缘端与云端之间传输需要消耗的时间。T_Ci表示第i个子任务在边缘端执行消耗的时间。a_i取值0或者1，为了表示不同层之间是否需要进行数据传输，当a_i＝1时，边缘端与云端需要进行数据传输，否则不需要进行数据传输。

设γ是边缘端可用计算资源与云端可用计算资源的比例，任务在云端计算消耗时间与在边缘端计算消耗时间的比例，那么云端计算消耗时间t′_Ci与在边缘端计算消耗时间t_Ci的关系如公式(1)。