[发明专利]一种分布式边缘计算系统及分布式边缘计算方法

说明书

本发明公开了一种分布式边缘计算系统及分布式边缘计算方法，对位于同一个局域网内的主节点和计算节点采用分布式设计，收集计算节点状态信息分配计算资源；将待分析数据根据计算资源预处理和切分；任务管理模块将分析任务分派至各计算节点的节点管理模块，各计算节点的节点管理模块启动运算模块执行运算；运算完成后，将分析结果传回至主节点进行结果汇聚并整理输出到使用方。本发明的优点在于：利用分布式边缘计算系统可以通过增加计算节点的方式动态扩展并行计算单元的运算能力；利用分布式设计的多个计算节点上的运算模块提升并行计算单元的复杂运算分析能力，实现了去中心化、多接口等功能，节省传输时间和成本，降低数据延迟，增强数据安全。

技术领域

本发明涉及分布式边缘计算系统及分布式边缘计算方法，属于边缘计算领域。

背景技术

近年来，随着5G和工业互联网的快速发展，新兴业务对边缘计算的需求十分迫切，在众多垂直行业新兴业务中，对边缘计算的需求主要体现在时延、带宽和安全三个方面。众所周知，边缘计算通过把数据处理由云端推向离数据和应用更近的边缘，减少系统响应时延、节省网络带宽、保护数据安全，因而可以完全满足包括智能制造、智慧城市、直播游戏、车联网等垂直行业应用场景的需求。

在边缘计算领域，目前基于ARM架构的终端产品，其系统和方法只能进行单一图像的简单算法分析，对于连续图像的复杂分析不能在端进行，或者不能近实时地得出运算结果。随着物联网技术的发展，对平台通讯前端进行边缘计算的要求越来越迫切。开发人员希望在前端选择不同分析算法及应用软件，将结构化计算结果回传，充分发挥前端采集数据的价值，大大缓解网络传输压力，降低数据延迟，增强数据安全。

目前，边缘计算主要是在物联网设备上进行实现的，由于设备本身计算效率不高，且无法实现多操作系统的软件、算法间的调用，因而应用价值不是很大。

发明内容

为解决上述边缘计算不能进行复杂运算分析或者不能近实时地得出复杂分析运算结果的技术问题，本发明提供一种分布式边缘计算系统及分布式边缘计算方法。

所述分布式边缘计算系统包括：包括外设接口、网络模块、供电模块、并行计算单元、至少一个主节点和至少一个计算节点。外设接口与并行计算单元相连，组成操作系统模块；供电模块分别与并行计算单元、网络模块相连，负责提供电源；主节点和计算节点分布在并行计算单元上，并且在同一个局域网内，所有的主节点模块分布在至少一个并行计算单元上，所有的计算节点模块分布在至少一个并行计算单元上；网络模块通过局域网将所有的并行计算单元连接；

所述主节点包括：

1、资源管理模块，用于收集分布式边缘计算中，计算节点管理模块上传的节点状态信息，包括节点内存状态、CPU状态、GPU状态、正在运行任务信息。其中，子节点各自获取其内存状态、CPU状态、GPU状态，并利用通信协议将该信息传递至主节点。

2、任务管理模块，用于下发分析任务到计算节点。调度机制可采用推测执行调度、公平调度、容量调度和比例数据分配的策略：

1)推测执行调度策略：如果一个任务的运行时间低于平均值时，主节点将启动新任务来重新运行这个慢任务，同时，原任务和新任务两者之间先运行完的一方把慢的一方给关掉。

2)公平调度策略：把资源平均分配到每个用户。

3)容量调度策略：以队列为最小单位，每个队列设置资源的使用下限和上限。当某一队列资源有剩余时，可分享给另一个队列使用，用完后归还。

4)比例数据分配策略：先利用各种应用程序在每个计算节点上测试，统计每个节点运行该任务所花费的时间，将其置换成相对处理速率，根据节点计算速率进行重新组合划分的相同尺寸数据块，让每个节点执行的任务与其处理速率成正比，以降低节点间数据的移动量。