一种基于边缘计算的智慧园区一体化管理平台的制作方法

本发明涉及智慧园区管理领域，涉及到一种基于边缘计算的智慧园区一体化管理平台。

背景技术：

1、随着物联网、人工智能等技术的快速发展，智慧园区作为城市数字化转型的重要载体，正逐步向智能化、集成化方向演进。传统园区管理多依赖人工巡检与分散式信息系统，存在数据孤岛、响应滞后、资源调度效率低等问题。尤其在园区规模扩大、设备数量激增的背景下，基于中心化云计算的传统架构面临高延迟、带宽压力大、实时性不足等挑战，难以满足安防监控、能源管理、设备协同等场景对低时延、高可靠性及隐私保护的需求。

2、当前智慧园区管理平台通常采用垂直化子系统设计，导致跨系统数据交互困难，动态资源分配能力受限。而园区作为产业集聚与城市运行的核心单元，其管理效率直接影响资源利用率、运营成本及用户体验。

3、在此背景下，融合边缘计算技术构建一体化管理平台成为突破瓶颈的关键。边缘计算通过将算力下沉至靠近终端设备的网络边缘，有效减少数据传输时延与云端负载，同时支持本地化数据处理与隐私保护。因此，研发基于边缘计算的智慧园区一体化管理平台，对推动园区智能化升级、降低运维成本、保障安全可持续发展具有重要意义，亦是新型智慧城市建设的迫切需求。

4、然而，现有的基于边缘计算的智慧园区管理在实际应用中仍存在一些局限性和不足之处。

5、例如，现有的公开号为cn111210150a的中国专利公开了一种基于边缘计算的智慧园区系统，包括中央服务器和园区服务器，园区服务器用于发送数据请求；中央服务器用于接收数据请求，并获取数据请求的即时性要求和带宽压力。若中央服务器获取的带宽压力大于第一阈值且该数据请求的即时性要求低，则中央服务器将该数据请求排入等待序列；中央服务器在获取到与目标的园区服务器的带宽压力小于第二阈值后，根据数据请求中的目标的园区服务器信息向相应的园区服务器发送该数据请求。该发明通过对数据请求的即时性要求以及对带宽压力的判断，保证了即时性要求高的数据请求的处理时延，又能够降低了高峰时期中央服务器与园区服务器之间网络带宽压力。

6、上述专利存在以下几点不足：1.未对园区内终端设备与服务器之间的通信质量进行检测和对通信质量不佳的原因进行排查，进而无法及时发现终端设备与服务器之间通信异常和作出应对，从而使得不利于智慧园区的可靠性管理。

7、2.园区内各服务器独立运行，即园区内各服务器仅存储和处理自身数据，无法与园区相邻服务器通信，当园区某服务器宕机时，无备用服务器接管其设备群，从而无法保障智慧园区管理系统的稳定运行。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种基于边缘计算的智慧园区一体化管理平台，实现对智慧园区管理的功能。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：本发明提供一种基于边缘计算的智慧园区一体化管理平台，包括：设备与服务器通信质量检测模块：获取园区内各边缘设备与边缘服务器之间通信性能指标信息，评估各边缘设备与边缘服务器之间的通信质量。

3、设备与服务器通信异常识别模块：根据各边缘设备与边缘服务器之间通信质量的评估结果，判断各边缘设备与边缘服务器之间通信是否异常，进行标记和预警。

4、通信异常疑似原因分析模块：检测更换通信路径后通信异常的边缘设备与边缘服务器之间通信质量的改善效果，分析边缘设备与边缘服务器之间通信异常的疑似原因类型并反馈。

5、服务器宕机检测模块：检测各边缘服务器是否宕机并预警。

6、服务器协同容灾模块：根据宕机的各边缘服务器邻近各冗余边缘服务器的负载情况、网络情况和地理位置，分析宕机的各边缘服务器的匹配冗余边缘服务器并接管其设备群。

7、数据库：存储边缘设备与边缘服务器通信的网络性能评估指标和应用层性能评估指标，并存储边缘服务器宕机的故障表征库。

8、在上述实施例的基础上，所述设备与服务器通信质量检测模块的具体工作过程包括：提取数据库中存储的边缘设备与边缘服务器通信的网络性能评估指标，得到边缘设备与边缘服务器之间通信的延迟、抖动、带宽、丢包率、错误率的阈值。

9、根据园区内分布式各边缘设备与边缘服务器之间通信的延迟、抖动、带宽、丢包率、错误率和各项对应的阈值，分析各边缘设备与边缘服务器之间的通信质量第一评估系数，其中通信质量第一评估系数的计算公式为其中表示第i个边缘设备与边缘服务器之间的通信质量第一评估系数，i＝1,2,...,n，di、ji、bi、li、ei分别表示第i个边缘设备与边缘服务器之间通信的延迟、抖动、带宽、丢包率、错误率，d′、j′、b′、l′、e′分别表示延迟、抖动、带宽、丢包率、错误率的阈值，ε1、ε2、ε3、ε4、ε5分别表示延迟、抖动、带宽、丢包率、错误率的权重，ε1+ε2+ε3+ε4+ε5＝1。

10、在上述实施例的基础上，所述设备与服务器通信质量检测模块的具体工作过程还包括：提取数据库中存储的边缘设备与边缘服务器通信的应用层性能评估指标，得到边缘设备与边缘服务器之间通信的响应时长、吞吐量的阈值。

11、根据园区内分布式各边缘设备与边缘服务器之间通信的响应时长、吞吐量和各项对应的阈值，分析各边缘设备与边缘服务器之间的通信质量第二评估系数，其中通信质量第二评估系数的计算公式为其中表示第i个边缘设备与边缘服务器之间的通信质量第二评估系数，φi、分别表示第i个边缘设备与边缘服务器之间通信的吞吐量、响应时长，φ′、tr′分别表示吞吐量、响应时长的阈值，α1、α2分别表示预设的吞吐量、响应时长的权重，α1+α2＝1。

12、在上述实施例的基础上，所述设备与服务器通信质量检测模块的具体工作过程还包括：根据园区内分布式各边缘设备与边缘服务器之间的通信质量第一评估系数、通信质量第二评估系数，分析园区内分布式各边缘设备与边缘服务器之间的通信质量，其中通信质量的计算公式为其中γi表示第i个边缘设备与边缘服务器之间的通信质量，表示预设的通信质量的修正因子，e表示自然常数，η1、η2分别表示预设的通信质量第一评估系数、通信质量第二评估系数的权重，η1+η2＝1。

13、在上述实施例的基础上，所述通信异常疑似原因分析模块的具体工作过程包括：更换各标记边缘设备与边缘服务器之间通信的路径，采集更换通信路径后各标记边缘设备与边缘服务器之间通信的延迟、抖动、带宽、丢包率、错误率、响应时长、吞吐量，评估更换通信路径后各标记边缘设备与边缘服务器之间的通信质量。

14、将更换通信路径前、后各标记边缘设备与边缘服务器之间的通信质量进行比对，获取更换通信路径后各标记边缘设备与边缘服务器之间通信质量的变化量，分析更换通信路径后各标记边缘设备与边缘服务器之间通信质量的改善效果，其中通信质量改善效果的计算公式为其中λj表示更换通信路径后第j个标记边缘设备与边缘服务器之间通信质量的改善效果，j＝1,2,...,m，δγj表示更换通信路径后第j个标记边缘设备与边缘服务器之间通信质量的变化量，μγ表示预设的单位通信质量变化量对应的影响因子。

15、在上述实施例的基础上，所述通信异常疑似原因分析模块的具体工作过程还包括：将更换通信路径后各标记边缘设备与边缘服务器之间通信质量的改善效果与预设的改善效果阈值进行比较，若更换通信路径后某标记边缘设备与边缘服务器之间通信质量的改善效果大于或等于预设的改善效果阈值，则该标记边缘设备与边缘服务器之间通信异常的疑似原因类型为通信连接，反之，则为硬件问题，统计各标记边缘设备与边缘服务器之间通信异常的疑似原因类型，反馈至园区管理云中心。

16、在上述实施例的基础上，所述服务器协同容灾模块的具体工作过程为：获取园区中宕机的各边缘服务器周边设定范围内的各冗余边缘服务器，将其记为宕机的各边缘服务器邻近各冗余边缘服务器。

17、监测宕机的各边缘服务器邻近各冗余边缘服务器的负载情况、网络情况和地理位置，获取宕机的各边缘服务器邻近各冗余边缘服务器连接的边缘设备数量、网络带宽、相对距离，分析宕机的各边缘服务器邻近各冗余边缘服务器的匹配度，其中匹配度的计算公式为其中表示宕机的第p个边缘服务器邻近第x个冗余边缘服务器的编号，p＝1,2,...,q，x＝1,2,...,y，npx、bpx、spx分别表示宕机的第p个边缘服务器邻近第x个冗余边缘服务器的连接边缘设备数量、网络带宽、相对距离，y表示邻近冗余边缘服务器的数量，σ1、σ2、σ3分别表示预设的连接边缘设备数量、网络带宽、相对距离的权重，σ1+σ2+σ3＝1。

18、将最大匹配度对应的邻近冗余边缘服务器记为宕机边缘服务器的匹配冗余边缘服务器，统计宕机的各边缘服务器的匹配冗余边缘服务器并接管其设备群。

19、相对于现有技术，本发明所述的一种基于边缘计算的智慧园区一体化管理平台以下有益效果：1.本发明通过检测园区内分布式边缘设备与边缘服务器之间通信质量评估指标信息，判断边缘设备与边缘服务器之间通信是否异常，进一步获取更换通信路径后通信异常的边缘设备与边缘服务器之间通信质量的改善效果，分析通信异常的疑似原因类型，进而能够及时发现终端设备与服务器之间通信故障和作出应对，有利于智慧园区的可靠性管理。

20、2.本发明通过检测园区内边缘服务器是否宕机，并根据宕机边缘服务器邻近各冗余边缘服务器的负载情况、网络情况和地理位置，分析宕机边缘服务器的匹配冗余边缘服务器并接管其设备群，进而提高智慧园区管理的鲁棒性。