[发明专利]一种面向智能家居的边缘计算带宽资源分配方法及系统

说明书

本发明涉及了一种面向智能家居的边缘计算带宽资源分配方法，所述分配方法根据边缘计算分配结果计算用户终端资源和边缘节点资源；根据用户终端资源，利用用户终端内的效用程序计算用户终端下载链路参数；根据边缘节点能力和边缘节点资源，计算边缘节点上传链路参数；以用户终端下载链路参数和边缘节点上传链路参数的差值的绝对值作为优化目标，实现对边缘计算分配结果的不断优化，能够有效的收敛到带宽资源分配的最优点，从而可以保障获得带宽资源的用户终端的满意度。

技术领域

本发明涉及边缘计算技术领域，特别是涉及一种面向智能家居的边缘计算带宽资源分配方法及系统。

背景技术

近几年来，在万物互联背景下，关于边缘计算的研究与应用呈现出爆发式增长趋势。在传统的智能家居环境中，云计算作为提供平台服务的核心点，在智能家居应用间的协调和便捷服务中扮演着重要角色，然而当不同的智能家居应用通过网络连接和控制时，存在许多问题，如数据隐私、安全、端到端延迟、有限的主干链路带宽、能源消耗严重、链路拥挤等，尤其是数据安全。一般而言，智能家居应用是单一智能化的，例如智能安全系统和监控摄像头。通常，它们依赖云平台实现远程控制，云平台一旦发生网络故障，客户可能会失去对应用的控制。然而，边缘计算技术的出现将使智能家居应用间的智能连接和稳定运行成为可能。边缘计算是指在用户和云计算中心之间插入一个中间节点层，中间节点层更接近网络中的用户，并且位于整个网络的边缘。作为云计算技术发展到一定阶段的延伸领域，边缘计算着力解决在网络结构低层的设备与设备间的资源共享问题。相较于云计算，边缘计算模式与其说成是一种避免向云端传输处理任务，去中心化的数据计算模式，不如说是一种在处理数据量控制在一定范围内的情况下将计算能力化整为零，充分利用计算用户附近的资源改善整体服务性能的“中心下放”的网络结构。对于强交互性软件来说，云端至用户终端的往返延时应控制在100毫秒内，否则将极大降低用户操作云端软件的体验，所以，边缘计算从延迟性角度来考虑亦有天然优势，它将每个边缘计算节点下放到用户附近，减少以往云计算模式中过多的中间节点，因此，边缘计算具有可扩展性强、低时延、高移动性、节省带宽、低能耗、系统安全和高性能等特征。当边缘计算系统部署在智能家居环境中时，充当边缘节点的智能家居应用通过有线/无线传感器收集信息，这些信息包括室内温度、亮度、空气湿度以及由室外/室内摄像机收集以进行全面分析的图像信息等，然后，向其他智能家居应用发出特定命令，完成对智能家居环境中照明、温度系统及报警机制等系统的智能联动控制，从而避免了与云计算中心过多的数据传输而产生的时延，链路拥堵和安全性等问题。

面向智能家居的边缘计算可以进一步保护用户数据安全，避免由于云计算模型下主干链路拥堵造成的时延问题，但同时智能家居应用侧数据量的快速增长也对资源受限的边缘节点带来了挑战，一方面，从供给上来讲，过去十几年由于移动通信的发展，网络数据流量激增，并且随着第五代(5G)移动网络的出现和发展，在智能家居应用侧也必然会出现数据处理需求呈指数式增长的局面。另一方面，从需求上来讲，随着人们生活质量的提高和对便捷、舒适的服务需求不断攀升，在智能家居环境中将会出现一大批资源需求量大，带宽要求高的应用和设备，包括4K/8K超高清视频、虚拟增强现实设备(VR/AR)等。

由于边缘计算主要依靠资源有限的边缘节点为用户终端提供资源和服务，因此网络资源的调度、分配和管理就变得尤为重要，目前，边缘计算的资源分配机制包含两种，一种是基于索引的分配策略，主张为用户终端挑选最合适的边缘节点，以降低与该策略相关的计算复杂度和通信开销。另一种是通过边缘节点集群的方式增加其为用户终端提供资源的能力。但是，这两种方式均是通过构建巧妙的资源分配结构以实现分配效率的提升，而很少考虑用户终端的效用问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向智能家居的边缘计算带宽资源分配方法及系统，以合理的分配智能家居边缘网络中有限的资源量，实现在网络边缘侧资源需求大增时，用户终端可以得到其需要的资源，保障获得带宽资源的用户终端的满意度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种面向智能家居的边缘计算带宽资源分配方法，所述分配方法包括如下步骤：