一种缓存卸载与计算卸载的联合移动边缘计算方法和系统

1.本发明涉及一种移动边缘计算方法和系统，具体涉及一种缓存卸载与计算卸载的联合移动边缘计算方法和系统。


背景技术：

2.随着移动互联网的发展，为切实的保证学校师生的安全以及方便管理，学校往往在校门前的门禁系统安置具有人脸识别的摄像头，从而对学生、老师以及过往的人群进行识别，对危险的人群进行预警，主动防范，保证师生的安全。为此，需要设置多个基站，用来处理各摄像头所监控到的画面，并实时更新上传。
3.由于学校路口人流量大，学校内部人员也多，所以往往在门禁系统中需要安置多个摄像头，以便加快识别的速度，因此所设立的基站也相应增加，摄像头拍摄到人脸后，将识别出的信息上传到基站，再由基站进一步传输，由于不同地域的数据采集的量不同，所以不同的基站传输的信息大小不同，传输的速度不同，因此当一个基站完成数据传输时，需要等其他基站处理完后，再同时获取数据传输，并不能根据自身的速度，自主的选择传输数据，在结束一个数据传输后，自动获取下一个待传输数据，从而节约时间。而且，现在的传输方式多为多个基站将所有信息传输到同一个服务器中，统一进行处理，这就极大程度的加大了服务器的处理速度，进而影响数据处理的速度，无法实时传播画面。解决以上问题的途径就是利用移动边缘的计算方法。
4.移动边缘计算的方法，就是在基站进行数据传输的同时，能够自主的对数据进行初步的处理分析，并将分析结果继续上传，进行下一步处理，这也就减轻了服务器的处理压力，大大的增加了处理速度，加快了实时识别的速度，更好的确保安全。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，提高城市安防系统的计算效率，减低时延，对高危人群进行有效监管，实现危险事件主动防范，本发明利用安防识别摄像头、基站、和中央处理器，实现了一种缓存卸载与计算卸载的联合移动边缘计算方法和系统。
6.基于上述目的，本发明提供了一种缓存卸载与计算卸载的联合移动边缘计算方法和系统，其特征在于：包括以下步骤。
7.s1：根据泊松点过程理论，构建移动边缘计算网络的机会缓存卸载与机会计算卸载联合网络模型。
8.s2：边缘计算节点对其周边的用户节点所发出的申请进行响应。
9.s3：当边缘计算节点收到任务后，对缓存数据分发和计算任务结果传输进行判断。
10.s4：若要在这一时隙进行数据分发，计算任务结果的数据传输必须延迟到后面的时隙中。
11.s5：根据计算节点接入概率、内容传输概率和任务成功卸载概率，选择满足最大化移动边缘计算网络的内容分发吞吐量的同时最小化任务的平均计算时延的计算调度策略。
12.所述的步骤2中的边缘计算节点为再同一时隙内不准备进行计算任务结果的数据上传，能量满足能量空调和频谱空洞的最低要求，且传输过程对其他用户节点造成的干扰小于设定阈值，可以上传。
13.根据机会缓存卸载机制，定义“能量空洞”、“频谱空洞”和“计算空洞”，设计机会接入频谱共享机制
[0014]“能量空洞”指对相应位置处的准备进行第n个文件的内容传输的边缘计算节点，存贮能量低于规定的门限值，则称该边缘计算节点处于“能量空洞”，主要目的是平抑节点供能的随机波动。
[0015]“频谱空洞”指对相应位置处的准备进行第n个文件的内容传输的边缘计算节点，若其对于其他用户节点j所进行的不同类型的文件传输造成的干扰，都处于一定的门限内，则称该边缘计算节点处于“频谱空洞”。同理可得到用户节点处于“频谱空洞”指其对其他计算节点的干扰处于一定的门限内。
[0016]“计算空洞”指有空闲计算资源的计算节点。
[0017]
通过利用处于“频谱空洞”内的边缘计算节点进行数据分发，规避无线数据传输之间的相互干扰，从而实现最大化网络的空间复用度。具体来说，基于机会接入技术的频谱共享机制，假定网络中的用户发出文件申请需求后，只允许能量足够的，不处于“能量空洞”且处于“内容频谱空洞”和“计算空洞”这几点要求的边缘计算节点，进行计算任务的上传和之后的任务结果的数据传输。
[0018]
所述的步骤3中当边缘计算节点收到计算任务后，对缓存数据分发和计算任务结果传输进行，通过判断“能量空洞、“频谱空洞”和“计算空洞”后得到该计算节点只进行数据分发，得到边缘计算节点进行内容传输的概率。
[0019]
进一步的，一种缓存卸载与计算卸载的联合移动边缘计算系统，包括门禁系统，基站，中央服务器和存储器，其特征在于，门禁系统与基站通信连接，基站与中央服务器通信连接，存储器存储有可在门禁系统、基站和中央服务器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现上述的缓存卸载与计算卸载的联合移动边缘计算方法的步骤。
[0020]
进一步的，所述的安防识别摄像头包括驱动模块、辅助模块、调节模块和保护罩，其特征在于：所述的驱动模块包括底板、中间齿轮支架、升降板、中间从动齿轮、驱动电机支架、驱动电机、驱动主动齿轮、中间主动齿轮、摆动板支架和驱动执行齿轮，所述底板上表面的两侧均固定连接有保护罩。
[0021]
所述保护罩的内侧设置有辅助模块，所述的辅助模块包括摆动板、齿条、辅助转轴支架、辅助转轴、辅助执行齿轮、齿条滑块、辅助从动齿轮、辅助电机、辅助电机支架、辅助主动齿轮和辅助支撑架；所述的调节模块包括预埋罩、调节主动齿轮、调节丝杠、调节防转杆、调节螺母齿轮支架、调节螺母齿轮和调节电机，所述底板的下表面固定连接有预埋罩；所述底板上表面的两侧均开设有通孔，并且两个通孔的内壁均滑动连接有升降板，升降板的上表面固定连接有摆动板支架，摆动板支架的顶端活动连接有摆动板；所述摆动板的侧方通过连接轴固定连接有驱动执行齿轮，驱动执行齿轮的外表面齿轮连接有中间主动齿轮，中间主动齿轮的侧方通过连接轴固定连接有中间从动齿轮，所述中间从动齿轮和中间主动齿轮与摆动板支架通过中间齿轮支架转动连接；所述中间从动齿轮的内侧齿轮连接有驱动主动齿轮，驱动主动齿轮的侧方设置有驱动电机，驱动电机的外表面套接有驱动电机支架，驱
动电机支架与中间齿轮支架固定连接，所述驱动主动齿轮与驱动电机的输出轴固定连接。
[0022]
所述摆动板支架的侧方设置有辅助支撑架，辅助支撑架的底端与升降板的上表面固定连接，所述辅助支撑架的顶端通过齿条滑块滑动连接有齿条，齿条远离齿条滑块的一端与摆动板的顶端活动连接；所述齿条的上表面齿轮连接有辅助执行齿轮，辅助执行齿轮与辅助支撑架的顶端通过辅助转轴支架和辅助转轴转动连接，所述辅助执行齿轮的侧方通过连接轴固定连接有辅助从动齿轮，辅助从动齿轮与辅助转轴支架的侧面转动连接；所述辅助从动齿轮的外表面齿轮连接有辅助主动齿轮，辅助主动齿轮的侧方设置有辅助电机，辅助电机的外表面套接有辅助电机支架，辅助电机支架与辅助支撑架的侧面固定连接，所述辅助主动齿轮与辅助电机的输出轴固定连接。
[0023]
所述升降板的下表面固定连接有调节丝杠和调节防转杆，所述调节丝杠的外表面螺纹连接有调节螺母齿轮，调节螺母齿轮与底板通过调节螺母齿轮支架转动连接，所述调节丝杠和调节防转杆与底板通过调节螺母齿轮支架滑动连接；所述调节螺母齿轮的外表面齿轮连接有调节主动齿轮，调节主动齿轮的侧方设置有调节电机，调节电机与底板的下表面固定连接，所述调节主动齿轮与调节电机的输出轴固定连接。
[0024]
本发明采用了上述技术方案，具有以下有益效果：本发明通过采用移动边缘计算的方法，搭建分布式优化框架，完成机会缓存卸载和计算卸载任务，加快了数据传输处理的速度；本发明有效的降低了边缘基站的能耗，提高了边缘基站的使用率，促进了数据的传输；本发明通过随机几何等数学工具，刻画用户节点接入的概率，极大程度的提高了回传数据的概率和内容传输的准确率，保证了数据的实时性，确保了校园门禁的安全性；本发明提升了网络的资源利用率、计算资源利用率，有效平抑由能量采集引起的边缘计算节点的功能波动，保证了门禁系统的稳定性；本发明同样解决普通闸口出现电机损坏行人就不能通过的问题；并且本发明可以防止非法人员强行通过本装置。
附图说明
[0025]
下面结合本发明实施例中的附图，用来提供对本发明的进一步理解，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]
图1是本发明方法的流程示意图。
[0027]
图2是本发明系统结构图。
[0028]
图3是本发明门禁系统的结构示意图。
[0029]
图4是本发明门禁系统内部的结构示意图。
[0030]
图5-图8是本发明门禁系统其他的结构示意图。
[0031]
1-驱动模块；2-辅助模块；3-调节模块；4-保护罩；101-底板；102-中间齿轮支架；103-升降板；104-中间从动齿轮；105-驱动电机支架；106-驱动电机；107-驱动主动齿轮；108-中间主动齿轮；109-摆动板支架；110-驱动执行齿轮；201-摆动板；202-齿条；203-辅助转轴支架；204-辅助转轴；205-辅助执行齿轮；206-齿条滑块；207-辅助从动齿轮；208-辅助电机；209-辅助电机支架；210-辅助主动齿轮；211-辅助支撑架；301-预埋罩；302-调节主动齿轮；303-调节丝杠；304-调节防转杆；305-调节螺母齿轮支架；306-调节螺母齿轮；307-调节电机。
具体实施方式
[0032]
为使本发明实施例的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
实施例1。
[0034]
如图1所述，为本发明实施提供的一种缓存卸载与计算卸载的联合移动边缘计算方法，移动边缘计算网络需要为完成用户计算卸载任务的计算节点进行供能，整个网络中能源资源分配是整个系统的需要解决的技术问题，根据边缘计算能量分布与机会卸载网络模型的关系，以最小化移动边缘计算网络的能耗和时延为目标，设计内容缓存和传输策略、计算选择策略和计算资源调度策略，提升频谱资源和能量资源效率。在本发明的技术方案中，建立通讯模型、计算模型和存贮模型，在满足完成传输时延的要求下最小化移动边缘计算网络的能耗为目标，根据计算节点的能耗和传输时间可以得到计算节点的传输能耗，建立效用模型，探明边缘计算节点的能量分布和机会缓存、机会计算卸载策略关系。
[0035]
在移动边缘计算网络中，受通信资源限制，计算节点在同一时隙仅能进行缓存数据的分发或者计算任务结果的数据传输，但计算任务能够在缓存数据分发的过程中同时进行，在同一时隙内，活跃的计算节点可分为三种不同状态：只进行数据分发，只进行结果回传，既进行数据分发有进行计算任务。只允许同一时隙内不准备进行计算任务结果的数据传输，能量满足最低要求，不处于能量空洞，且处于计算空洞和频谱空洞的边缘计算节点。计算节点在进行计算结果的数据传输中，对其他用户节点所进行的文件传输或者计算任务结果的数据传输造成的干扰，也需要小于设定阈值。
[0036]
进一步的，能量空洞表示为准备进行能量传输的边缘计算节点，存贮能量低于设定的阈值。
[0037]
进一步的，频谱空洞为频谱空洞是对其他活跃的计算节点造成的干扰小于设定阈值的用户节点，或对其他活跃的用户节点造成的干扰小于设定阈值的计算节点。
[0038]
进一步的，计算空洞是具有足够的完成传输能量和空闲的计算资源的计算节点。
[0039]
边缘计算节点收到计算任务后，仍然可以对被申请的文件进行数据分发，但计算任务结果的数据传输不能再这一时隙进行。需要对缓存数据分发和计算任务结果传输进行判断，如果要在这一时隙进行数据分发，计算任务结果的数据传输必须延迟到后面的时隙中。
[0040]
如果对缓存数据分发和计算任务结果传输进行判断后得到该计算节点只进行数据分发，得到边缘计算节点进行内容传输的概率。
[0041]
如果对缓存数据分发和计算任务结果传输进行判断后得到该计算节点只进行计算任务结果的数据传输，得到计算节点回传计算任务结果的概率。
[0042]
针对进行数据分发同时进行计算任务的边缘计算节点，其缓存数据分发与计算任务的计算过程相互独立，因此此类计算节点与前两类的区别在于，当判决进行缓存数据分发时，计算完成得到的计算任务结果只能在之后的时隙里进行结果传输，当判决进行计算任务结果的数据输出时，不能对被申请的文件进行响应。该判决条件的设计满足最大化移动边缘计算网络的内容分发吞吐量的同时最小化任务的平均计算时延。
[0043]
如图2所示的一种缓存卸载与计算卸载的联合移动边缘计算系统，包括门禁系统，基站，中央服务器和存储器，门禁系统与基站通信连接，基站与中央服务器通信连接，存储器存储有可在门禁系统、基站和中央服务器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现上述的缓存卸载与计算卸载的联合移动边缘计算方法的步骤。在门禁识别系统中，将门禁系统的计算任务分发到基站中，可以提高整个系统计算效率，降低时延，减少能量资源消耗。
[0044]
如图3-图8所示的一种缓存卸载与计算卸载的联合移动边缘计算系统，门禁系统包括驱动模块1、辅助模块2、调节模块3和保护罩4，其特征在于：所述的驱动模块1包括底板101、中间齿轮支架102、升降板103、中间从动齿轮104、驱动电机支架105、驱动电机106、驱动主动齿轮107、中间主动齿轮108、摆动板支架109和驱动执行齿轮110，所述底板101上表面的两侧均固定连接有保护罩4；
[0045]
所述保护罩4的内侧设置有辅助模块2，所述的辅助模块2包括摆动板201、齿条202、辅助转轴支架203、辅助转轴204、辅助执行齿轮205、齿条滑块206、辅助从动齿轮207、辅助电机208、辅助电机支架209、辅助主动齿轮210和辅助支撑架211；
[0046]
所述的调节模块3包括预埋罩301、调节主动齿轮302、调节丝杠303、调节防转杆304、调节螺母齿轮支架305、调节螺母齿轮306和调节电机307，所述底板101的下表面固定连接有预埋罩301；所述底板101上表面的两侧均开设有通孔，并且两个通孔的内壁均滑动连接有升降板103，升降板103的上表面固定连接有摆动板支架109，摆动板支架109的顶端活动连接有摆动板201；所述摆动板201的侧方通过连接轴固定连接有驱动执行齿轮110，驱动执行齿轮110的外表面齿轮连接有中间主动齿轮108，中间主动齿轮108的侧方通过连接轴固定连接有中间从动齿轮104，所述中间从动齿轮104和中间主动齿轮108与摆动板支架109通过中间齿轮支架102转动连接；所述中间从动齿轮104的内侧齿轮连接有驱动主动齿轮107，驱动主动齿轮107的侧方设置有驱动电机106，驱动电机106的外表面套接有驱动电机支架105，驱动电机支架105与中间齿轮支架102固定连接，所述驱动主动齿轮107与驱动电机106的输出轴固定连接。
[0047]
所述摆动板支架109的侧方设置有辅助支撑架211，辅助支撑架211的底端与升降板103的上表面固定连接，所述辅助支撑架211的顶端通过齿条滑块206滑动连接有齿条202，齿条202远离齿条滑块206的一端与摆动板201的顶端活动连接；所述齿条202的上表面齿轮连接有辅助执行齿轮205，辅助执行齿轮205与辅助支撑架211的顶端通过辅助转轴支架203和辅助转轴204转动连接，所述辅助执行齿轮205的侧方通过连接轴固定连接有辅助从动齿轮207，辅助从动齿轮207与辅助转轴支架203的侧面转动连接；所述辅助从动齿轮207的外表面齿轮连接有辅助主动齿轮210，辅助主动齿轮210的侧方设置有辅助电机208，辅助电机208的外表面套接有辅助电机支架209，辅助电机支架209与辅助支撑架211的侧面固定连接，所述辅助主动齿轮210与辅助电机208的输出轴固定连接。
[0048]
所述升降板103的下表面固定连接有调节丝杠303和调节防转杆304，所述调节丝杠303的外表面螺纹连接有调节螺母齿轮306，调节螺母齿轮306与底板101通过调节螺母齿轮支架305转动连接，所述调节丝杠303和调节防转杆304与底板101通过调节螺母齿轮支架305滑动连接；所述调节螺母齿轮306的外表面齿轮连接有调节主动齿轮302，调节主动齿轮302的侧方设置有调节电机307，调节电机307与底板101的下表面固定连接，所述调节主动
齿轮302与调节电机307的输出轴固定连接。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。