面向大规模异构物联网的边云协同架构设计与实现

作     者：胡晓康 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑宇;杨文峰

授予年度：2020年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 13[艺术学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：物联网 物联网标识 访问控制 边云协同 

摘      要：物联网是国家重点发展的战略性新兴产业,广泛应用于智能安防、智慧医疗、工业5.0、军事国防等领域。针对物联网资源异构化、节点分散化和数据海量化等特点,本文聚焦于大规模异构物联网的边云协同体系架构设计及边云协同方法研究,设计和开发边云协同物联网平台。针对在大规模异构场景下传统中心化物联网平台存在服务处理时延高、中心负载压力大、系统扩展性差的问题,研究物联网资源管理、访问控制和边缘计算等相关技术,提出一种物联网的边云协同体系架构,保障大规模异构场景下物联网服务的高质量提供。在物联网边云协同体系架构设计方面,针对异构资源管理和跨边缘云服务协同问题,提出一种异构物联网边缘云资源标识映射方法,兼容现有的各类物联网标识标准,实现各边缘云对资源的统一管理;对资源的行为和属性进行抽象分类,提出一种边云协同的资源统一描述方法,屏蔽异构资源描述的差异性,为资源在各边缘云的共享提供支撑。针对各边缘云系统的非法访问安全威胁,基于角色的访问控制方法,通过对管理权限进行层次化的划分,提出面向边云协同的系统管理访问控制机制;针对平台资源分散化存储管理问题,采用基于属性的访问控制方法,提出边云协同的资源动态细粒度自适应访问控制方法,保障边云协同的资源受控共享。基于所提议的边云协同体系架构,提出一种面向差异化任务的边云协同方法,实现边缘云系统和云计算中心的计算、网络和存储资源的协同利用。根据请求任务的重要性和响应比信息定义任务的综合优先级,对综合优先级高的任务优先调度资源,实现资源分配策略的动态调节。在保证高优先级的请求任务优先获得执行资源的同时,有效缓解了低优先级任务的饥饿问题。与其他任务调度算法相比,在大规模异构物联网场景下,本文所提出算法具有较小的平均加权响应时间。基于所提议的技术与方法,设计并实现面向大规模异构场景的边云协同物联网平台,该平台具备标识映射、资源描述、节点动态接入、节点发现、权限管理、数据分布式存储、边云协同任务处理等功能。单个边缘云支持并发量700TPS,平均响应时间300ms,满足客户端对平台服务质量的要求。目前,该平台已在智慧园区、智能安防、环境监测等领域得到应用,表明了所研究技术和方法的可用性。