[发明专利]一种基于边缘计算的纺纱CPS及其实时任务处理方法

权利要求书

1.一种基于边缘计算的纺纱CPS系统，包括物理层和信息层，物理层与信息层通过通信层连接实现交互，所述信息层设于云中心，其特征在于：所述云中心的计算和存储资源以边缘计算结点的形式分散到所述物理层的物理实体；边缘计算结点连接物理实体，边缘计算结点还通过通信层连接云中心；通过边缘计算结点处理物理实体的实时任务；

所述边缘计算结点由以下模块构成：

任务代理模块：用于检测任务，以此判断是直接传动到云中心还是进入缓冲队列；

任务缓冲区：用于接受符合条件的相关任务；

任务调度模块：用于调度任务缓冲区中的任务；

资源监控模块：用于监控本地边缘计算结点的资源以及通过与外结点交互窗口监控其他边缘计算结点的资源和云中心资源，为资源配置模块提供基本依据；

资源配置模块：用于给已调度的任务调配资源；

通信与接口：是本地边缘计算结点与外结点交互的通道，通过该通道能够监控外结点资源情况，同时也能够接受外结点监控本地资源；

生产参数重新配置模块：用于根据资源配置模块及相关任务处理的实际需要，对生产过程参数进行动态配置；

任务代理模块、任务缓冲区、任务调度模块依次连接，任务代理模块还连接云中心，任务调度模块连接资源监控模块和资源配置模块，资源配置模块连接通信与接口、生产参数重新配置模块。

2.如权利要求1所述的一种基于边缘计算的纺纱CPS系统，其特征在于：每个物理实体独有边缘计算结点或多个物理实体共有边缘计算结点。

3.如权利要求2所述的一种基于边缘计算的纺纱CPS系统，其特征在于：通过边缘计算结点处理某个物理实体的实时任务或者多个物理实体的实时任务。

4.如权利要求1～3任一项所述的一种基于边缘计算的纺纱CPS系统，其特征在于：所述边缘计算结点e的模型如下：

e＝(m，s，f^max，b，p^max，trTime，task_agent，task_buffer，CRpool，interaction_window)

其中，m、task_buffer表示边缘计算结点的内存和实时任务缓冲区；s、f^max、p^max、task_agent、CRpool分别表示边缘计算结点的CPU计算速度、CPU最大频率、最大功耗、实时任务代理和资源池；b、trTime分别表示边缘计算结点的带宽和数据从该边缘计算节点到云中心的传输时间；interaction_window表示该边缘计算结点与其它边缘计算结点交互的窗口；

整个纺纱CPS系统物理层中边缘计算结点的集合E＝{e₁，e₂，...，e_n}，n为边缘计算结点的总个数。

5.如权利要求4所述的一种基于边缘计算的纺纱CPS系统，其特征在于：设CRpool_i表示任意一个边缘计算结点e_i的资源池，即该边缘计算结点e_i所有的资源总和，则有：

CRpool_i＝{r_i1，r_i2，...，r_im}，i∈[1，n]

其中，r_ik表示资源块，k∈[1，m]，m为该边缘计算结点e_i的资源块的个数。

6.如权利要求5所述的一种基于边缘计算的纺纱CPS系统，其特征在于：所述资源r_ik＝(m_ik，s_ik，f_ik，b_ik，p_ik，c_ik)，i∈[1，n]；

其中，m_ik、s_ik、f_ik、b_ik、p_ik分别是边缘计算结点e_i分配给每个资源块的内存、CPU计算速度、CPU频率、带宽和功率；c_ik是资源CPU的状态。