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,、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)算對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有眾多應(yīng)用場景和應(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)對各種復(fù)雜的應(yīng)用場景和應(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),。

未來，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的指導(dǎo)下,，各方將充分發(fā)揮在發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方面的人才,、技術(shù)、市場,、資金和管理等優(yōu)勢,，本著優(yōu)勢互補(bǔ)、平等互利,、著眼長遠(yuǎn),、共同發(fā)展的原則，緊密圍繞提升農(nóng)民專業(yè)合作社發(fā)展質(zhì)量,，建立工作協(xié)調(diào)機(jī)制,，加強(qiáng)信息交流，努力構(gòu)建社會(huì)專業(yè)服務(wù)力量支持農(nóng)民專業(yè)合作社發(fā)展的良性機(jī)制,。

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)備相對空閑的問題,，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),。

在新時(shí)期培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)是多個(gè)方面因素綜合作用的結(jié)果,，尤其是在素質(zhì)教育全面深入的背景下,，更是受到高度重視，在實(shí)踐分析之后我對其現(xiàn)狀作如下分析：

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,，通過本地識別出車禍信息,，將車禍信息利用顯示器告知后方來車，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,，并且減少對傳輸速率、通信鏈路帶寬的需求與消耗,。

類比映射階段是根據(jù)類比訪問所搜尋到的結(jié)果,，找出一個(gè)從始源S到目標(biāo)T的類比映射函項(xiàng)fM，建立始源S和目標(biāo)T中的組成元素間的全面對應(yīng),。fM是一個(gè)有序?qū)?s,t)的集合,其中,，s∈S,t∈T。這種對應(yīng)關(guān)系要能最大程度地保持源域的結(jié)構(gòu),。結(jié)構(gòu)保持映射最好是一一對應(yīng)的,，如果達(dá)不到，也可以是多對一的,。

基于智慧路燈系統(tǒng)應(yīng)用場景,，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明表

Table 1 Establishment of edge computing model and function description

主要組成模型種類主要功能服務(wù)器端智慧控制平臺(tái)①收集智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備上傳的信息②發(fā)布邊緣計(jì)算任務(wù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備 ①與傳感器設(shè)備交換數(shù)據(jù)②處理數(shù)據(jù)得到相關(guān)信息③發(fā)布工作給智慧燈具設(shè)備④傳輸信息給智慧控制平臺(tái)外接設(shè)備傳感器設(shè)備①感知路面場景相應(yīng)數(shù)據(jù)②收集數(shù)據(jù)傳輸給智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備端智慧燈具設(shè)備執(zhí)行來自智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備分配的工作

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),。

基于了解5種外來相思在原產(chǎn)地與引種地的物候期差異狀況，為此對前人的研究成果進(jìn)行綜合整理(表4),。從表4可以看出,，5種外來相思在原產(chǎn)地與各引種地的花期、果熟期均不相同,，各樹種于原產(chǎn)地基本上半年開花,，下半年果實(shí)成熟，即當(dāng)年開花,、結(jié)實(shí)及成熟,；而引種至國內(nèi)后從開花至果實(shí)成熟則需2 a時(shí)間，即當(dāng)年下半年開花,，次年上半年果實(shí)成熟,；本地種臺(tái)灣相思則在當(dāng)年開花結(jié)實(shí)及成熟。從相對緯度來看,，低緯地比高緯地更早開花及成熟,，如馬占相思在海南萬寧比在福建漳浦較早進(jìn)入花期和果全熟期。

圖1 智慧路燈系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)

Fig.1 Connection structure of smart street lamp system

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),。

通過官方認(rèn)證是微信公眾號獲得公眾信任與關(guān)注的途徑之一,。目前，機(jī)關(guān)單位,、行業(yè)協(xié)會(huì),、企業(yè)注冊的少數(shù)民族傳統(tǒng)體育微信公眾號全部進(jìn)行了官方認(rèn)證,，但172個(gè)個(gè)人注冊的少數(shù)民族傳統(tǒng)體育微信公眾號未進(jìn)行官方認(rèn)證，未通過認(rèn)證的賬號比例占59.3%,。而通過對部分個(gè)人賬號的名稱進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),，其賬號歸屬單位與注冊地點(diǎn)不一致，不利于騰訊官方對賬號的管理,。

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

城鄉(xiāng)規(guī)劃編制的一項(xiàng)重要內(nèi)容是城市用地豎向規(guī)劃,，它是指在某規(guī)劃地段，對原地形地貌進(jìn)行改造開發(fā)而開展的一系列規(guī)劃設(shè)計(jì)工作,，包括平衡土石方,、高程控制和確定坡度等內(nèi)容，前提是必須綜合滿足城市景觀,、道路交通,、建筑布置、地面排水等方面的要求,。規(guī)劃者可以從城市豎向設(shè)計(jì)的實(shí)際需要出發(fā)搭建一個(gè)三維地理仿真環(huán)境,，通過對測繪地理等多源數(shù)據(jù)的集成和融合，來研究場地設(shè)計(jì),、用地因子評價(jià),、綜合管網(wǎng)以及路網(wǎng)優(yōu)化等內(nèi)容，同時(shí)參考其他幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),，比如協(xié)同設(shè)計(jì)框架,、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的三維建模、漸進(jìn)式規(guī)劃設(shè)計(jì)等,，來完成基于三維地理空間環(huán)境下的城市用地豎向規(guī)劃方案(如圖2所示),。

(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?；?span>Tdelay,，通過式(5)來判斷智能網(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

Fig.2 Working state transfer diagram of smart gateway equipment

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

Fig.3 Working model of single smart gateway equipment and smart control platform

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,；智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備收集來自攝像頭、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,，來調(diào)整工作狀態(tài)。

2.2 武術(shù)對外教材是武術(shù)“走出去”的有力推手 武術(shù)對外教材是指用于武術(shù)國際推廣與傳播使用的正式出版教材,、教學(xué)影像等出版物,。武術(shù)教材在中國武術(shù)傳播史上的貢獻(xiàn)巨大，隨著科技時(shí)代的到來,，教學(xué)影像的出現(xiàn)打破了書籍這一唯一的傳播媒介,，生動(dòng)的視頻影像使武術(shù)的教學(xué)變得更加方便快捷，受到廣大武術(shù)習(xí)練者的喜愛,。在中國武術(shù)的國際推廣進(jìn)程中,，武術(shù)對外教材為武術(shù)的國際化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是由于種種原因,，目前的武術(shù)對外教材在“走出去”方面還存在著許多問題亟待解決,。

隨著國家對節(jié)能工作的越來越重視，隨著電氣設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)和節(jié)能減排意識的提高,，電氣工程的節(jié)能工作有了一定的成效,。為了使電氣工程進(jìn)一步提高節(jié)能的效果，以適應(yīng)社會(huì)需要,，滿足國家可持續(xù)發(fā)展的要求,，應(yīng)該加大節(jié)能力度，將節(jié)能的理念貫穿于整個(gè)用電過程,。從生產(chǎn)到管理,，從輸送到使用，都應(yīng)該以節(jié)能為目的,，為合理利用資源做貢獻(xiàn),。

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

Fig.4 Balanced task allocation and scheduling in busy working state

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；

黃源深版：要是你對那些強(qiáng)橫霸道的人,，總是客客氣氣,，說啥聽啥，那壞人就會(huì)為所欲為,，就會(huì)天不怕地不怕,，非但永遠(yuǎn)不會(huì)改，而且會(huì)越變越壞,。

實(shí)踐中,，網(wǎng)約車的產(chǎn)生憑借新的技術(shù)條件和經(jīng)營方式突破了專營的市場藩籬，構(gòu)成對傳統(tǒng)出租車經(jīng)營的巨大沖擊,。我國傳統(tǒng)的出租車經(jīng)營在誕生之初因其國營性質(zhì)而采取行政許可專營方式,，造成了出租車行業(yè)的自然壟斷屬性。當(dāng)政府在對自然壟斷行業(yè)實(shí)行邊際成本定價(jià)管制時(shí),，為了分?jǐn)傂袠I(yè)的平均成本,，政府需要對其進(jìn)行適度補(bǔ)貼或者賦予其壟斷地位。在面對網(wǎng)約車侵蝕原有出租車經(jīng)營者的利益時(shí),，政府不應(yīng)繼續(xù)通過嚴(yán)厲的管制來排斥,、壓制網(wǎng)約車的發(fā)展，而應(yīng)以促進(jìn)出租車市場健康發(fā)展和滿足廣大民眾出行需求為出發(fā)點(diǎn)改革原有的行政管理模式,，充分發(fā)揮負(fù)面清單前述的自發(fā)管理,、自由發(fā)展等積極因素，實(shí)現(xiàn)交通服務(wù)于民眾的經(jīng)濟(jì),、社會(huì)目的,。

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,，我們設(shè)計(jì)對應(yīng)的能實(shí)現(xiàn)智能自愈的邊緣計(jì)算算法來處理,。

首先對故障的判斷設(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

Fig.5 External devices connected by single smart gateway devices

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)傳輸帶寬對應(yīng)的傳輸時(shí)延圖

Fig.6 Delay diagram of smart gateway device and smart control platform transmission bandwidth

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)量對于網(wǎng)絡(luò)總時(shí)延變化圖

Fig.7 Change of total network delay due to the edge computing tasks amount for single smart gateway device

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

Fig.8 Changes in total network delay of smart gateway devices during busy work

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對這一過程進(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碇悄芫W(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,。

(6)從試驗(yàn)成果可知,，南夾江實(shí)施裁彎后老河道淤積呈先快后慢,、逐步趨穩(wěn)的態(tài)勢，隨著上游來沙量的減少,，老河道淤積有可能進(jìn)一步減緩,，老河道作為泄洪通道和水生態(tài)重要生境的功能將長期存在[18]。裁彎后老河道建閘既有利于防洪,，又保持了老河道與長江的聯(lián)通,，建閘后老河道的水位、流速,、河道淤積等與不建閘相比,，變化不大。

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

Fig.9 Change in smart street lamp system when smart gateway equipment fails

4 總結(jié)

本文從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的前景出發(fā),，對于智慧路燈系統(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,。通過建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與智慧控制平臺(tái)的模型,，對網(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,。

推薦理由:作品以明朝“洪武大移民”為背景,，通過女孩紅豆在磨礪中自強(qiáng)成長的故事，展現(xiàn)了中國女孩傳承千年的自立,、善良,、智慧等優(yōu)秀品質(zhì)。作為“中國女孩”系列中的一冊,，秉承“突破固有的出版理念與形式,，傳播中華文化中的精髓”的選題立意，有歷史的故事加之有知識的鏈接,，帶讀者感受時(shí)代脈搏,、感悟中國精神，帶來文化,、歷史與文學(xué)的盛宴,。

參考文獻(xiàn)

[1] ROMAN R, LOPEZ J, MAMBO M. Mobile edge computing, fog et al.: A survey and analysis of security threats and challenges [J]. Future Generation Computer Systems, 2018, 78: 680-698.

[2] 王偉. 面向邊緣計(jì)算的光網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供技術(shù)研究 [D]. 北京：北京郵電大學(xué), 2018.

[3] 安星碩, 曹桂興, 苗莉, 等. 智慧邊緣計(jì)算安全綜述 [J]. 電信科學(xué), 2018, 34(7): 135-147.

[4] YU Yifan. Mobile Edge Computing Towards 5G: Vision, Recent Progress, and Open Challenges[J]. 中國通信, 2016, 13(增刊): 89-99.

[5] ZHOU Yuezhi, ZHANG Di, XIONG Naixue. Post-Cloud Computing Paradigms: A Survey and Comparison [J]. Tsinghua Science and Technology, 2017, 22(6): 714-732.

[6] 張海波, 欒秋季, 朱江, 等. 車輛異構(gòu)網(wǎng)中基于移動(dòng)邊緣計(jì)算的任務(wù)卸載與資源分配 [J]. 物聯(lián)網(wǎng)學(xué)報(bào), 2018, 2(3): 36-43.

[7] 余韻, 連曉燦, 朱宇航，等. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場景下移動(dòng)邊緣計(jì)算資源分配優(yōu)化方法 [J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2019, 39(1): 22-25.

[8] SARDELLITTI S, SCUTARI G, BARBAROSSA S. Joint optimization of radio and computational resources for multicell mobile-edge computing [J]. IEEE Transactions on Signal and Information Processing over Networks, 2015, 1(2): 89-103.

[9] 蔡政. 移動(dòng)邊緣計(jì)算中的任務(wù)遷移與任務(wù)部署[D]. 杭州：浙江大學(xué), 2019.