面向云边端一体化的AIoT中间件架构设计及应用

数字经济已成为推动中国经济增长的核心力量,其中人工智能物联网(AIoT)的作用日益凸显.随着边缘计算的不断发展,AIoT边缘设备正在逐渐演化,云边端一体化成为未来重要演进方向.传统IoT中间件在处理不同异构设备时需要为每种设备开发特定的中间件,然而,随着异构设备数量的增加,这种开发模式使得设备间的数据整合和协同工作变得更加困难.同时,资源管理的复杂化也凸显了对于新架构设计的紧迫需求.此外,大规模的设备数据导致了服务算力不匹配和任务处理时延的产生. 针对上述问题,本文设计并实现了一种面向云边端一体化的AIoT中间件架构.该架构融合了云边端一体化,分布式,边云协同,负载均衡算法,AIoT架构等多种技术,实现对大规模异构终端设备的数据接入和数据处理,有效降低了中间件中设备与服务资源管理的复杂程度,并对AIoT应用进行智能化任务调度,覆盖AIoT中间件系统的整体链路. 1,针对物联网设备数据协议与格式的多样性和复杂性的问题,提出了一种云边端数据一体化方案.通过将不同通信总线上报的数据经由自定义规则引擎处理后,进行云边协同的统一协议代理,设计并完成了一种高性能多协议边缘功能组件,为数据传输提供了兼容性解决方案; 2,针对传统IoT中间件在异构设备和边缘节点的资源管理上存在扩展性较差的问题,提出了一种云边端资源一体化方案.通过采用原生IoT物模型构建了设备抽象模型,设计并完成了一套统一的异构设备资源管理方案,并通过虚拟化技术实现边缘节点容器的统一管理; 3,针对大规模边缘数据的计算处理导致的算力不匹配和处理时延的问题,提出了一种云边端调度一体化方案.通过利用边云协同技术,对节点负载情况和网络时延进行系统建模,设计了应用李雅普诺夫理论进行调度的智能任务调度器,从而实现智能化任务调度,确保计算任务可以合理分配到数据计算服务节点. 基于本架构的系统已在多个实际项目中部署实施,包括部署于杭州市某福利院的紧急呼叫系统,部署于高校宿舍和电瓶车充电等场景的智能用电监测系统,以及部署于室分基站的智能节能控制系统等.同时,智能用电监测系统在中国研究生智慧城市技术与创意设计大赛中获得了国家三等奖.

面向云边端一体化的AIoT中间件架构设计及应用

数字经济已成为推动中国经济增长的核心力量,其中人工智能物联网(AIoT)的作用日益凸显.随着边缘计算的不断发展,AIoT边缘设备正在逐渐演化,云边端一体化成为未来重要演进方向.传统IoT中间件在处理不同异构设备时需要为每种设备开发特定的中间件,然而,随着异构设备数量的增加,这种开发模式使得设备间的数据整合和协同工作变得更加困难.同时,资源管理的复杂化也凸显了对于新架构设计的紧迫需求.此外,大规模的设备数据导致了服务算力不匹配和任务处理时延的产生. 针对上述问题,本文设计并实现了一种面向云边端一体化的AIoT中间件架构.该架构融合了云边端一体化,分布式,边云协同,负载均衡算法,AIoT架构等多种技术,实现对大规模异构终端设备的数据接入和数据处理,有效降低了中间件中设备与服务资源管理的复杂程度,并对AIoT应用进行智能化任务调度,覆盖AIoT中间件系统的整体链路. 1,针对物联网设备数据协议与格式的多样性和复杂性的问题,提出了一种云边端数据一体化方案.通过将不同通信总线上报的数据经由自定义规则引擎处理后,进行云边协同的统一协议代理,设计并完成了一种高性能多协议边缘功能组件,为数据传输提供了兼容性解决方案; 2,针对传统IoT中间件在异构设备和边缘节点的资源管理上存在扩展性较差的问题,提出了一种云边端资源一体化方案.通过采用原生IoT物模型构建了设备抽象模型,设计并完成了一套统一的异构设备资源管理方案,并通过虚拟化技术实现边缘节点容器的统一管理; 3,针对大规模边缘数据的计算处理导致的算力不匹配和处理时延的问题,提出了一种云边端调度一体化方案.通过利用边云协同技术,对节点负载情况和网络时延进行系统建模,设计了应用李雅普诺夫理论进行调度的智能任务调度器,从而实现智能化任务调度,确保计算任务可以合理分配到数据计算服务节点. 基于本架构的系统已在多个实际项目中部署实施,包括部署于杭州市某福利院的紧急呼叫系统,部署于高校宿舍和电瓶车充电等场景的智能用电监测系统,以及部署于室分基站的智能节能控制系统等.同时,智能用电监测系统在中国研究生智慧城市技术与创意设计大赛中获得了国家三等奖.