[发明专利]一种基于物联网多级边缘节点的缓存和预取方法

说明书

一种基于物联网多级边缘节点的缓存和预取方法，属于数字信息传输技术领域，包括以下步骤：步骤S1，建立物联网多级边缘节点架构；所述物联网多级边缘节点架构，包括物联网终端设备、第二边缘层、第一边缘层和云端；步骤S2，传感数据的边缘缓存；步骤S3，第二级边缘节点的边缘预取。针对物联网终端设备与边缘节点之间的交互次数多且单次交互的数据较小的特点，在原始边缘层和物联网终端设备之间增加了一个边缘层，将第一边缘层、第二边缘层设置成为轻量级的数据处理中心，从而减少数据流量，降低访问延迟。

技术领域

本发明属于数字信息传输技术领域，具体涉及为一种基于物联网多级边缘节点的缓存和预取方法。

背景技术

边缘节点是对边缘网关、边缘控制器、边缘服务器等边缘侧多种产品形态的基础共性能力的逻辑抽象，这些产品形态具备边缘侧实时数据分析、本地数据存储、实时网络联接等共性能力。目前，边缘节点整体处于布局和发展初期。边缘节点位置介于用户和云中心之间，相比较传统的云中心边缘节点更接近用户（数据源），具有小型化、分布式的特性。

物联网(IoT，Internet of things)即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。

今年来，随着智慧社区等概念的推出和实践，大量的物联网终端设备接入网络，信息交互从而产生海量数据。常见的物联网终端设备有摄像头、电脑、移动通信工具、传感器等。如果直接将物联网终端设备的源数据上传到云计算中心进行处理，一方面会挤占用大量的带宽，另一方面会给云计算中心的处理带来巨大的负担。

现有技术中，已经存在对利用边缘计算对视频进行数据处理的案例，例如专利号为CN202011414580.0的中国专利公开了一种基于边缘计算的对视频进行结构化分析的方法及装置，整个系统呈现扁平化分布式架构，中心端只需要完成边缘端节点的调度工作，并且接收边缘端节点传递过来的计算结果，中心端的工作计算量相较于边缘端节点要小很多，因此系统的整体可靠性和容错率有明显提升，不会出现单一节点故障导致影响整个系统的正常功能使用情况，系统可靠性升高；同时利用这种中心和边缘有机结合的分布式架构，可以解决中心或边缘端节点的算力不够、数据处理能力不强的问题，不再受制于单个设备的算力瓶颈，大幅提升计算、分析的能力，加快数据处理速度。

然而，上述方案针对的是视频数据的处理，一方面，视频结构化处理、数据加密等过程需要进行大量计算，另一方面，源数据体量大，占用边缘节点的大量存储空间。

与视频数据相比，物联网终端设备数量多，物联网终端设备与边缘节点之间的交互次数多且单次交互的数据较小。位置相近的物联网终端在同一时间段发送相同的请求数据的概率较高。因此，网络存在重复的数据处理和高冗余的网络流量。例如，智慧社区中安装了用以监测天气的传感器（例如温湿度传感器），该社区中的张三和李四均通过移动终端在同一时间段向边缘节点发送访问天气数据的请求，如果数据只存储于云端，那所有请求都需要访问云端，云端重复发送相同的天气数据。

由于物联网终端设备与边缘节点之间的交互次数频繁，复杂的高访问量判断算法，将加重边缘节点的处理负担，造成网络延迟。

因此，针对物联网终端设备与边缘节点之间的交互次数多且单次交互的数据较小，有必要在终端设备附近布置边缘节点，高需求的数据无需再上传至云端进行处理，通过在网络边缘侧对数据的处理，并采用简单且高效的高访问量判断方式，在确保高缓存命中率的同时，减少请求响应时间，并消除冗余缓存。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于物联网多级边缘节点的缓存和预取方法。

为了达到上述目的，本发明采取了以下的技术方案。

一种基于物联网多级边缘节点的缓存和预取方法，包括以下步骤：