姜玉稀，何孝亮，李 閃

(上海三思電子工程有限公司，上海 201199)

引言

智慧路燈系統(tǒng)面向“智慧城市”建設(shè)，能夠充分運(yùn)用信息和通信技術(shù)手段感測(cè)、分析、整合城市運(yùn)作核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，并做出智能的響應(yīng)，為人類創(chuàng)造出更美好的城市生活[1,2]。然而，隨著智慧路燈系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其面臨聯(lián)接海量與異構(gòu)、業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性、安全等技術(shù)需求，而且日益強(qiáng)烈。本文基于邊緣計(jì)算理念[3,4]，將邊緣計(jì)算引入智慧路燈系統(tǒng)的線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)云端服務(wù)器發(fā)布邊緣計(jì)算的任務(wù)，由網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)進(jìn)行邊緣計(jì)算，以提升智慧路燈系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和安全性。同時(shí)，本文進(jìn)行邊緣計(jì)算算法仿真，驗(yàn)證算法是否滿足智慧路燈系統(tǒng)的需求。

1 智慧路燈系統(tǒng)應(yīng)用邊緣計(jì)算的難點(diǎn)

智慧路燈系統(tǒng)主要采用線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即其以燈桿照明系統(tǒng)為單體，組建適應(yīng)于自然物感功能的有限面積“點(diǎn)”狀的自組內(nèi)網(wǎng)；以若干個(gè)燈桿照明單體自組內(nèi)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)，形成適應(yīng)于物理流量“線(道路)”狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；基于智慧路燈系統(tǒng)的線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用邊緣計(jì)算調(diào)度算法，有助于智慧城市大數(shù)據(jù)分析挖掘等的聯(lián)合運(yùn)作技術(shù)突破創(chuàng)造了扎實(shí)的基礎(chǔ)條件。對(duì)于將邊緣計(jì)算應(yīng)用于智慧路燈系統(tǒng)的線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需要平衡網(wǎng)絡(luò)設(shè)備計(jì)算工作量與網(wǎng)絡(luò)傳輸計(jì)算工作。因此，在邊緣計(jì)算具體實(shí)施時(shí)，將面臨以下幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

1)邊緣計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)。目前應(yīng)用的邊緣計(jì)算體系結(jié)構(gòu)主要是從計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、軟件等資源調(diào)度的角度出發(fā)，側(cè)重于設(shè)施優(yōu)化配置解決方案，面向算法改進(jìn)、計(jì)算能力優(yōu)化、數(shù)據(jù)重新布局。這是因?yàn)檫吘売?jì)算對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有眾多應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用模式。在本文中，邊緣計(jì)算主要應(yīng)用于智慧路燈系統(tǒng)線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由多個(gè)燈桿照明單體自組內(nèi)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)組成，除需要研究通用邊緣計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用模式外，還需要考慮智慧路燈系統(tǒng)的線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行面向智慧路燈系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)。

2)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)施邊緣計(jì)算的處理器能力。單個(gè)智慧路燈系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)下的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的處理器能力、功耗不同。如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)施邊緣計(jì)算是以控制為目的，則處理器運(yùn)算能力相對(duì)較弱；而如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)施邊緣計(jì)算用于處理數(shù)據(jù)，以減少數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸、降低網(wǎng)絡(luò)延遲和實(shí)時(shí)信息處理為目的(高清視頻監(jiān)控等)，數(shù)據(jù)需要就近處理，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理器的運(yùn)算能力相對(duì)較高[5-7]。因此，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)施邊緣計(jì)算的處理器能力，協(xié)調(diào)邊緣計(jì)算任務(wù)的下發(fā)。

3)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)施邊緣計(jì)算算法任務(wù)的協(xié)同處理。邊緣計(jì)算的理念決定了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要做一定量的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理[8]，但是，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備計(jì)算越多，計(jì)算工作量越大。對(duì)于實(shí)施邊緣計(jì)算的線性網(wǎng)絡(luò)，同一時(shí)間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備承擔(dān)的計(jì)算任務(wù)是不同的，會(huì)存在部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備計(jì)算繁忙、部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相對(duì)空閑的問(wèn)題，這使得網(wǎng)絡(luò)處理信息效率低下，網(wǎng)絡(luò)延遲增加。如何通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間協(xié)同處理，將繁忙網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的計(jì)算任務(wù)分配給其他相對(duì)空閑的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而提高網(wǎng)絡(luò)的整體效率，這是邊緣計(jì)算面向應(yīng)用的一個(gè)主要難點(diǎn)。

2 基于智慧路燈系統(tǒng)的線性邊緣計(jì)算算法

2.1 智慧路燈系統(tǒng)模型與連接結(jié)構(gòu)建立

本文設(shè)計(jì)以路燈作為邊緣計(jì)算的物理載體，在路燈收集到各種數(shù)據(jù)后，直接在本地(物理位置上本路燈)通過(guò)邊緣計(jì)算得到處理后的信息，例如：攝像頭拍攝道路路況，通過(guò)本地識(shí)別出車禍信息，將車禍信息利用顯示器告知后方來(lái)車，提醒減速慢行，并上傳信息給云端服務(wù)器發(fā)布道路交通突發(fā)新聞。這樣可利用邊緣計(jì)算處理道路場(chǎng)景，將所采集數(shù)據(jù)直接本地處理與消化，提高信息時(shí)效性，并且減少對(duì)傳輸速率、通信鏈路帶寬的需求與消耗。

基于智慧路燈系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景，為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備邊緣計(jì)算算法設(shè)計(jì)，建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與智慧控制平臺(tái)模型，如表1所示。服務(wù)器端主要包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和智慧控制平臺(tái)，智慧控制平臺(tái)用于下發(fā)邊緣計(jì)算任務(wù)并收集計(jì)算結(jié)果，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則保存邊緣計(jì)算結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要有智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備與外接設(shè)備端兩個(gè)部分，智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備執(zhí)行邊緣技術(shù)任務(wù)與外接設(shè)備交換數(shù)據(jù)，并傳輸計(jì)算給智慧控制平臺(tái)；外接設(shè)備主要包括具有感知功能的傳感器設(shè)備與只執(zhí)行的智慧照明設(shè)備，傳感器設(shè)備負(fù)責(zé)采集接收各種數(shù)據(jù)，智慧照明設(shè)備負(fù)責(zé)照明、顯示等智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備下發(fā)的任務(wù)。

表1 邊緣計(jì)算模型建立及功能說(shuō)明表

基于表1，搭建智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備與智慧控制平臺(tái)的連接結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其中傳感器設(shè)備采集最原始數(shù)據(jù)，并傳輸給智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備；智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備計(jì)算數(shù)據(jù)得到相關(guān)信息，并發(fā)布工作給智慧燈具設(shè)備執(zhí)行端，同時(shí)傳輸信息給智慧控制平臺(tái)；智慧控制平臺(tái)還可以發(fā)布邊緣計(jì)算任務(wù)給智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備，網(wǎng)關(guān)端將任務(wù)分解成不同工作給相應(yīng)的外接設(shè)備執(zhí)行。

基于圖1所示的智慧路燈系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)，通過(guò)邊緣計(jì)算算法設(shè)計(jì)，完善系統(tǒng)任務(wù)的均衡分配和調(diào)度能力，聯(lián)合多個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備組成一個(gè)靈活分配邊緣計(jì)算任務(wù)并具有故障自愈性的智慧路燈系統(tǒng)。

圖1 智慧路燈系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)

2.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備邊緣計(jì)算算法設(shè)計(jì)

邊緣計(jì)算算法面向聯(lián)合多個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備所組成的智慧路燈系統(tǒng)線性網(wǎng)絡(luò)，是智慧路燈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的核心需求與保障。本文設(shè)定智慧控制平臺(tái)與智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間的性能參數(shù)主要包括網(wǎng)絡(luò)流量、延遲、響應(yīng)速度，在執(zhí)行邊緣計(jì)算任務(wù)過(guò)程中，可以用傳輸總時(shí)延表征智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備的工作負(fù)載和工作狀態(tài)。

假設(shè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備Si與智慧控制平臺(tái)傳輸速率為ui，智慧控制平臺(tái)傳輸任務(wù)的數(shù)據(jù)量為Di，智慧控制平臺(tái)的發(fā)布任務(wù)傳輸時(shí)延為

(1)

設(shè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備Si接收任務(wù)后處理任務(wù)速率為pi，則處理分配任務(wù)的時(shí)間為

(2)

智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備Si連接的第j個(gè)外接設(shè)備處理數(shù)據(jù)量為Dij，傳輸速率為nij，智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備計(jì)算外接設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)時(shí)間為

(3)

所以，智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備Si連接完成一次智慧控制平臺(tái)發(fā)下的數(shù)據(jù)量為Di的邊緣計(jì)算任務(wù)的總時(shí)延為

(4)

總時(shí)延Tdelay可以表征智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備計(jì)算任務(wù)負(fù)載?；赥delay，通過(guò)式(5)來(lái)判斷智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備所處的工作狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

(5)

其中，Tnormal為最大正常工作時(shí)延，Toverwork為最大繁忙工作時(shí)延。

相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示。根據(jù)此狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，可進(jìn)行智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備執(zhí)行任務(wù)均衡分配和調(diào)度的邊緣計(jì)算算法設(shè)計(jì)。

圖2 智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

1)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備在正常工作狀態(tài)下所執(zhí)行邊緣計(jì)算。單個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備在正常工作狀態(tài)下執(zhí)行邊緣計(jì)算任務(wù)，設(shè)計(jì)為采用圖3所示的工作模型。

圖3 單個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備與智慧控制平臺(tái)工作模型

智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備需將智慧控制平臺(tái)發(fā)送的任務(wù)轉(zhuǎn)換成智慧燈具設(shè)備的控制信號(hào)；智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備收集來(lái)自攝像頭、傳感器等不同傳感器設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)鏈路發(fā)回服務(wù)器端完成信息收集功能。在進(jìn)行邊緣計(jì)算任務(wù)的同時(shí)，智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備計(jì)算自身此時(shí)的總時(shí)延，來(lái)調(diào)整工作狀態(tài)。

2)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備在繁忙工作狀態(tài)下執(zhí)行邊緣計(jì)算。當(dāng)總時(shí)延超過(guò)最大正常工作時(shí)延Tnormal時(shí)，表明智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備負(fù)載過(guò)大，邊緣計(jì)算效率降低，此時(shí)單個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備無(wú)法滿足智慧控制平臺(tái)下發(fā)的邊緣計(jì)算任務(wù)。因此在繁忙工作狀態(tài)下，需要聯(lián)合多個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備來(lái)進(jìn)行邊緣計(jì)算任務(wù)的均衡分配和調(diào)度，具體如圖4所示。

圖4 繁忙工作狀態(tài)任務(wù)均衡分配與調(diào)度

當(dāng)一個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備出現(xiàn)繁忙狀態(tài)，會(huì)選擇與其距離接近的處于正常工作的智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備，與其進(jìn)行交流通信；通過(guò)通信協(xié)議，進(jìn)行邊緣計(jì)算任務(wù)的均衡分配與調(diào)度。具體流程如下：

a. 智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備A計(jì)算總時(shí)延，進(jìn)入了繁忙工作狀態(tài)；

b. 智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備A尋找臨近正常工作智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備B；

c. 智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備A將與自身相關(guān)性低的邊緣計(jì)算任務(wù)卸載并分配給智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備B；

d. 重新計(jì)算智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備A的總時(shí)延，調(diào)整工作狀態(tài)，如果仍然為繁忙狀態(tài)，則重新進(jìn)行a～c步驟。

這里，邊緣計(jì)算任務(wù)與智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備的相關(guān)性計(jì)算公式如式(6)所示[9]，其用來(lái)計(jì)算邊緣計(jì)算任務(wù)在智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備執(zhí)行的必要性。若相關(guān)性低，則表明大部分邊緣任務(wù)可以由其他智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備承接；反之，則表明此部分邊緣計(jì)算任務(wù)更需要由網(wǎng)關(guān)執(zhí)行。

(6)

其中G為智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備所連接傳感器等外接設(shè)備的使用情況，M表示邊緣計(jì)算任務(wù)的數(shù)據(jù)變量。σG、σM為G和M的方差。

3)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備在故障工作狀態(tài)下所執(zhí)行邊緣計(jì)算?；谥悄芫W(wǎng)關(guān)設(shè)備正常工作狀態(tài)與繁忙工作狀態(tài)的算法設(shè)計(jì)，已經(jīng)構(gòu)建了一個(gè)靈活調(diào)度分配計(jì)算任務(wù)的邊緣計(jì)算工作模式。但在實(shí)際智慧路燈系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景中，會(huì)出現(xiàn)斷網(wǎng)、設(shè)施損壞等突發(fā)情況，考慮到這一故障情形，我們?cè)O(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的能實(shí)現(xiàn)智能自愈的邊緣計(jì)算算法來(lái)處理。

首先對(duì)故障的判斷設(shè)定兩種途徑：①智慧控制平臺(tái)發(fā)現(xiàn)下發(fā)給智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備的邊緣計(jì)算任務(wù)超過(guò)最大工作時(shí)延Toverwork；②臨近智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備與故障網(wǎng)關(guān)通信中斷。

為了保證邊緣計(jì)算層的穩(wěn)定性，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，采用自愈調(diào)度方案，智慧控制平臺(tái)不直接進(jìn)行干預(yù)，調(diào)度流程如下：

a. 臨近智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備在正常工作模式下，互相通信傳輸自身連接的外接設(shè)備地址表；

b. 臨近空閑智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備確定故障網(wǎng)關(guān)發(fā)生故障并確定其物理地址；

c. 臨近空閑智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備根據(jù)故障網(wǎng)關(guān)連接的外接設(shè)備地址表獲取設(shè)備的控制權(quán)限；

d. 臨近智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備執(zhí)行故障網(wǎng)關(guān)設(shè)備的邊緣計(jì)算任務(wù)，并將故障情況傳輸給智慧控制平臺(tái)；

e. 故障智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備恢復(fù)后，臨近智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備執(zhí)行計(jì)算任務(wù)并釋放外接設(shè)備，故障智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備重新接受外接設(shè)備，并將恢復(fù)信息傳輸給智慧控制平臺(tái)。

對(duì)于不同的工作狀態(tài)采用相應(yīng)的邊緣計(jì)算算法可以使智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備工作更具有靈活性、穩(wěn)定性。

3 邊緣計(jì)算算法驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文所提出線性邊緣計(jì)算算法，根據(jù)建立的智慧路燈系統(tǒng)模型與連接結(jié)構(gòu)，搭建仿真驗(yàn)證環(huán)境，以進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。其中，單個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接的外接設(shè)備有傳感器設(shè)備、智慧燈具設(shè)備等，如圖5所示。

圖5 單智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接的外接設(shè)備

仿真實(shí)驗(yàn)中，在同樣邊緣計(jì)算任務(wù)量的情況下，記錄不同帶寬所對(duì)應(yīng)單個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的總時(shí)延、控制平臺(tái)與智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備的傳輸時(shí)延，以及智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備與外接設(shè)備的傳輸時(shí)延，如圖6所示。

圖6 智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備與智慧控制平臺(tái)傳輸帶寬對(duì)應(yīng)的傳輸時(shí)延圖

由于智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備與外接設(shè)備進(jìn)行高速串口通信，因此，智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備與外接設(shè)備的傳輸時(shí)延較小，而智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備與智慧控制平臺(tái)的傳輸帶寬將影響整個(gè)智慧路燈系統(tǒng)的總時(shí)延。

從圖6中可以得出，隨著傳輸帶寬的增加，智慧控制平臺(tái)與智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間的傳輸時(shí)延逐步減小，并且智慧路燈系統(tǒng)的邊緣計(jì)算傳輸時(shí)延小于2.5 μs。

在不同邊緣計(jì)算任務(wù)量的情況下，單個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備總時(shí)延的變化情況如圖7所示。邊緣計(jì)算的任務(wù)下發(fā)的個(gè)數(shù)逐漸增加時(shí)，總時(shí)延也將增大，因此有必要采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備邊緣計(jì)算調(diào)度算法來(lái)降低邊緣計(jì)算的時(shí)延，從而保證智慧路燈系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的效率。

圖7 單個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備邊緣計(jì)算任務(wù)量對(duì)于網(wǎng)絡(luò)總時(shí)延變化圖

假設(shè)智慧路燈系統(tǒng)中有3個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備，采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備邊緣計(jì)算調(diào)度算法后，3個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備的總時(shí)延隨時(shí)間變化如圖8所示，這里設(shè)定正常工作時(shí)延Tnormal為3 ms，當(dāng)單個(gè)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備時(shí)延超過(guò)Tnormal時(shí)，進(jìn)行智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間任務(wù)均衡分配。例如t7時(shí)刻，智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備3進(jìn)入繁忙工作狀態(tài)，智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備2承接一部分智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備3的邊緣計(jì)算任務(wù)，經(jīng)過(guò)t8、t9時(shí)刻，智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備3的時(shí)延低于Tnormal，轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)。

圖8 繁忙工作時(shí)，多智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)總時(shí)延變化圖

在智慧路燈系統(tǒng)中，當(dāng)智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備出現(xiàn)故障后，實(shí)現(xiàn)自愈調(diào)度控制，圖9對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行了推演。在時(shí)雨圖中，智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備4顏色變?yōu)楹谏?，代表智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備4出現(xiàn)故障，此時(shí)自愈調(diào)度算法控制相鄰智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備3、智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備5承接故障智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備4的工作；智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備3、智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備5承接后，顏色變?yōu)榧t色，表示進(jìn)入繁忙工作狀態(tài)，因此對(duì)繁忙智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備3與智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備5進(jìn)行任務(wù)均衡分配，分配完成后，智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備4不再執(zhí)行邊緣計(jì)算任務(wù)，同時(shí)整個(gè)邊緣計(jì)算層的平均時(shí)延降低。

圖9 智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備故障時(shí)，智慧路燈系統(tǒng)工作狀態(tài)時(shí)雨變化圖

4 總結(jié)

本文從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的前景出發(fā)，對(duì)于智慧路燈系統(tǒng)實(shí)時(shí)性與安全性的技術(shù)需求，設(shè)計(jì)規(guī)劃將邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于智慧路燈系統(tǒng)的線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與智慧控制平臺(tái)的模型，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備邊緣計(jì)算算法進(jìn)行了設(shè)計(jì)。我們將邊緣計(jì)算融入智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備，并采用任務(wù)均衡分配和調(diào)度的邊緣計(jì)算算法，使得單個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的計(jì)算任務(wù)量得到有效控制與降低，進(jìn)而有效提升智慧路燈系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。面對(duì)智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障狀態(tài)，我們引入具有自愈調(diào)度功能的邊緣計(jì)算技術(shù)，并將其融入智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計(jì)中，使面向智慧路燈系統(tǒng)的線性邊緣計(jì)算算法的安全性大大地提升。