[发明专利]基于计算图和工业云边缘系统的数据请求处理方法

权利要求书

1.一种基于计算图和工业云边缘系统的数据请求处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，构建工业云边缘系统构架；所述工业云边缘系统构架包括：微服务管理器和边缘服务器；其中，在云端布置所述微服务管理器；在总监控区域内存在q个基站，在每个基站中布置一台所述边缘服务器，因此，共布置q台边缘服务器，分别为：边缘服务器BF₁，边缘服务器BF₂,...,边缘服务器BF_q；每台所述边缘服务器的监控区域即为对应的所述基站的覆盖范围；

步骤2，对于任意的每台边缘服务器BF_i，其中，i＝1,2,...,q，建立并实时更新本地存储的数据集合表EDS_i＝(DS_i1,DS_i2,...,DS_in)；

其中，n代表边缘服务器BF_i监控区域当前包含的智能终端的总数量，并且，随着监控的不断进行，当边缘服务器BF_i监控到其监控区域加入新的智能终端时，则更新数据集合表EDS_i，将新加入的智能终端的数据集合DS加入到数据集合表EDS_i；

其中：DS_i1,DS_i2,...,DS_in分别代表边缘服务器BF_i包含的第1个智能终端I_i1的数据集合,第2个智能终端I_i2的数据集合,...,第n个智能终端I_in的数据集合；

对于边缘服务器BF_i包含的任意的第j个智能终端I_ij，其数据集合DS_ij描述方式为：{Key(BF_i,ID_ij):{L_j＝L_t1,L_t2,...,L_tx}}，即：采用键值对的方式存储数据，其中，ID_ij代表边缘服务器BF_i的监控区域包含的第j个智能终端I_ij的智能终端ID；L_j＝L_t1,L_t2,...,L_tx代表从监控开始后，第j个智能终端I_ij采集到的工业现场数据序列，即：L_t1代表监控开始后，采集到的第1个工业现场数据，L_t2代表监控开始后，采集到的第2个工业现场数据，依此类推，L_tx代表监控开始后，采集到的第x个工业现场数据，并且，随着监控不断进行，第j个智能终端I_ij采集到的最新的工业现场数据不断存入该数据集合DS_ij，实现对数据集合DS_ij的实时更新；

步骤3，微服务管理器获得总监控区域内需要运行的微服务集合MS＝[MS₁,MS₂,...,MS_k]，其中，k为总监控区域内需要运行的微服务的总数量；MS₁,MS₂,...,MS_k分别代表总监控区域内需要运行的第1个微服务MS₁，第2个微服务MS₂,...,第k个微服务MS_k；

对于每个任意的微服务MS_l，l＝1,2,...,k，微服务管理器分析到微服务MS_l的输入数据集合DS_l和输出数据集合DR_l，并对各个微服务之间的数据传递关系进行关联分析，形成表征微服务级联依赖关系的计算图；并且，所述微服务管理器将所述计算图发送给各个边缘服务器；其中，所述计算图包括两类节点：一类节点为微服务节点，另一类节点为数据集合节点；

假设计算图共有m层，则最底层，即第m层的各个节点均为数据集合节点，并且，该数据集合节点均为智能终端采集到的工业现场数据序列形成的数据集合，或为智能终端采集到的工业现场数据序列形成的数据集合的子集合；

计算图的第m-1层节点包括至少一个微服务节点，其对应的微服务表示为MS_m-1，微服务MS_m-1与第m层的至少一个数据集合节点采用向上箭头连接，代表第m层的对应数据集合节点所对应的数据集合输入到微服务MS_m-1，微服务MS_m-1对输入的数据集合进行计算处理后，得到输出数据集合DR_m-1，将输出数据集合DR_m-1作为数据集合节点，并表示在第m-2层的某个节点，再采用向上箭头，使微服务MS_m-1连接到其输出的输出数据集合DR_m-1；

微服务MS_m-1输出的输出数据集合DR_m-1，可作为另一个微服务的输入数据集合或输入数据集合的子集，由此采用自下向上方向，实现各个微服务之间的数据传递关系；

步骤4，对于每个微服务MS_l，微服务管理器采用数据就近原则确定微服务MS_l部署到的目标边缘服务器BF，并将微服务MS_l部署在目标边缘服务器BF，同时，微服务管理器将微服务MS_l与目标边缘服务器BF的对应关系，存储到微服务部署表，具体方法为：

步骤4.1，微服务管理器在计算图中定位到微服务MS_l，从微服务MS_l开始，向下定位到与其具有直接连接关系的所有数据集合节点和所有微服务节点；再以定位到的数据集合节点和/或微服务节点为起始节点，向下定位到与自身具有直接连接关系的所有数据集合节点和所有微服务节点，依此类推，直到定位到最底层的数据集合节点，假设定位到的最底层的数据集合节点为c个，则对应的c个数据集合表示为：DS(MS_l)＝[DS₁,DS₂,...,DS_c]；

步骤4.2，微服务管理器将DS(MS_l)＝[DS₁,DS₂,...,DS_c]与步骤2得到的各个边缘服务器BF_i的数据集合表EDS_i＝(DS_i1,DS_i2,...,DS_in)进行匹配，选择交集最大的边缘服务器作为部署微服务MS_l的目标边缘服务器，进而将微服务MS_l部署在目标边缘服务器；

步骤5，在所有微服务均部署在自身对应的目标边缘服务器后，采用以下方法，实现对客户端的数据请求处理过程：

步骤5.1，客户端A向微服务管理器发送获取所需的微服务MS_l物理地址的请求消息；

步骤5.2，微服务管理器根据步骤4确定的各个微服务的部署情况，确定当前部署微服务MS_l的边缘服务器BF(MS_l)，并向客户端A返回边缘服务器BF(MS_l)的物理地址；

步骤5.3，客户端A根据获得的边缘服务器BF(MS_l)的物理地址，向边缘服务器BF(MS_l)上的微服务MS_l发送数据集合DR(MS_l)获取请求；其中，该数据集合DR(MS_l)为微服务MS_l的输出数据集合；

步骤5.4，微服务MS_l判断本地是否缓存位于生命周期内的数据集合DR(MS_l)，如果没有，则执行步骤5.5-步骤5.8；如果有，则直接从本地缓存读取到位于生命周期内的数据集合DR(MS_l)，并执行步骤5.9；

步骤5.5，微服务MS_l根据数据集合DR(MS_l)确定本次需要输入的多路输入数据集合，分别表示为：输入数据集合DS_l1,DS_l2,...,DS_lr，其中，r为本次需要输入的输入数据集合的总路数；

步骤5.6，对于每路输入数据集合DS_lu，其中，u＝1,2,...,r，微服务MS_l均采用以下方式收集获取：

步骤5.6.1，微服务MS_l判断本地是否缓存位于生命周期内的输入数据集合DS_lu，如果没有，则执行步骤5.6.2-步骤5.6.3；如果有，则直接从本地缓存读取到位于生命周期内的输入数据集合DS_lu，并执行步骤5.7；

步骤5.6.2，微服务MS_l确定输入数据集合DS_lu的类型，其中，所述输入数据集合DS_lu的类型包括三类，第一种类型为：输入数据集合DS_lu为边缘服务器BF(MS_l)监控区域中智能终端I(BF(MS_l))采集到的工业现场数据序列；第二种类型为：输入数据集合DS_lu为边缘服务器BF监控区域中智能终端I(BF)采集到的工业现场数据序列；其中，边缘服务器BF与边缘服务器BF(MS_l)为不同的边缘服务器；第三种类型为：微服务MS_l通过分析边缘服务器BF(MS_l)本地存储的计算图，确定输入数据集合DS_lu为微服务MS_v的直接输出数据集合或微服务MS_l的直接输出数据集合的子集合，其中，微服务MS_v与微服务MS_l为不同的微服务；

步骤5.6.3，如果输入数据集合DS_lu为第一种类型，则微服务MS_l查找边缘服务器BF(MS_l)本地存储的数据集合表EDS，直接读取到所需的输入数据集合DS_lu；

如果输入数据集合DS_lu为第二种类型，则微服务MS_l向边缘服务器BF发送获得智能终端I(BF)采集到的输入数据集合DS_lu的请求消息，边缘服务器BF接收到该请求消息后，通过查找本地存储的数据集合表，读取到所需的由智能终端I(BF)采集到的输入数据集合DS_lu，并返回给微服务MS_l，因此，微服务MS_l获得所需的输入数据集合DS_lu；

如果输入数据集合DS_lu为第三种类型，则采用以下方式：

1)微服务MS_l向微服务管理器发送获取微服务MS_v物理地址的请求消息；

2)微服务管理器确定当前部署微服务MS_v的边缘服务器BF(MS_v)，并向微服务MS_l返回边缘服务器BF(MS_v)的物理地址；

3)微服务MS_l根据获得的边缘服务器BF(MS_v)的物理地址，向边缘服务器BF(MS_v)上的微服务MS_v发送输入数据集合DS_lu获取请求；

4)微服务MS_v根据输入数据集合DS_lu，确定本次需要输入的至少一路输入数据集合，并对所需要的各路输入数据集合进行汇聚和分析，得到输入数据集合DS_lu；

5)微服务MS_v将分析计算得到的输入数据集合DS_lu发送给微服务MS_l；

至此，微服务MS_l收集获取到输入数据集合DS_lu；然后执行步骤5.7；

步骤5.7，微服务MS_l收集获取到所需的各种输入数据集合DS_l1,DS_l2,...,DS_lr后，将输入数据集合DS_l1,DS_l2,...,DS_lr缓存在本地，并且，输入数据集合DS_l1,DS_l2,...,DS_lr在本地缓存存在生命周期，当到达生命周期长度时，删除或将其标记为失效状态；然后执行步骤5.8；

步骤5.8，微服务MS_l以DS_l1,DS_l2,...,DS_lr为输入，进行分析处理，得到数据集合DR(MS_l)；微服务MS_l将数据集合DR(MS_l)缓存在本地，并且，数据集合DR(MS_l)在本地缓存存在生命周期，当到达生命周期长度时，删除或将其标记为失效状态；然后执行步骤5.9；

步骤5.9，然后，微服务MS_l将获得的数据集合DR(MS_l)发送给客户端A，实现对客户端A请求的处理。