面向智能家居的轻量级雾计算架构研究

• 作 者: 高登云
• 出 处: 湖南大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 雾计算 智能家居 容器管理 服务管理

随着物联网技术的不断进步,智能家居领域取得了长足的发展。许多传统设备被赋予了计算、存储和网络的功能,并借助网络交互实现了数据交换,进而为用户提供多样化的服务。但是终端设备的数量越来越多、功能越来越复杂以后,容易对用户的使用体验造成困扰,因此需要一个统一的智能家居系统去对这些设备进行管理。雾计算作为云计算在网络边缘的延伸,具备低延时、分布式、异构和互操作的特点,能够较好的满足智能家居的应用场景。因此,本文提出了一个面向智能家居的轻量级雾计算架构,架构主要包括雾节点和云平台两部分。云平台包括镜像管理、场景切换分析和反向代理三个模块。雾节点由底层到上层,分别为适配层、数据预处理层和应用层。适配层考虑了架构对不同通信协议的支持性;数据预处理层负责对连接的终端设备进行管理,处理与终端设备的数据交互,同时通过消息队列与上层应用建立联系;应用层基于数据预处理层发送的数据,运行各类智能家居服务。传统的智能家居系统,由用户负责服务的管理,用户在进行系统状态切换时,往往需要控制多个服务,增加了操作的复杂性。针对该情况,本文引入了场景的概念,将系统状态与场景对应,将场景与一组服务对应。这样,用户只需要操作场景,即可完成对一组服务的管理。在实现的时候,采用了Docker容器技术,将多个服务打包到一个镜像,这样对场景的管理就可以转变为对容器实例的管理。借助容器技术本身的隔离性,系统无需考虑因为服务代码耦合带来的场景管理复杂性。在场景切换的时候,根据场景所对应服务的不同,系统会计算需要操作的容器实例,这个过程有一定的计算量,为了保证架构的轻量级属性,本文将该过程迁移到了云平台。本地雾节点将请求发送至云平台的场景切换分析接口,然后根据接口返回的计算结果控制相应的容器实例。最后,本文基于提出的轻量级雾计算架构,设计并实现了一个智能家居系统,通过对系统的功能和性能进行测试,对架构的可用性进行了评估。