本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)異步更新領(lǐng)域，具體是一種基于邊緣計算的數(shù)據(jù)異步更新方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，車輛產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量持續(xù)激增，包括車輛狀態(tài)、行駛路線、?駕駛行為、環(huán)境信息等數(shù)據(jù)信息，需要大量的存儲和計算資源及時對這些數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確的處理和分析，以實現(xiàn)車輛的智能化和自動化，對通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量提出更高的要求。然而，現(xiàn)有的車聯(lián)網(wǎng)無法滿足車載應(yīng)用在計算資源和時延方面的需求，數(shù)據(jù)處理的速度過慢就會導(dǎo)致車輛行駛的穩(wěn)定性和安全性下降。而且，在數(shù)據(jù)采用同步更新模式下，如果數(shù)據(jù)更新操作因為網(wǎng)絡(luò)延遲、設(shè)備故障等原因阻塞，那么整個系統(tǒng)可能會因此陷入等待狀態(tài)，影響其他操作的執(zhí)行。而異步更新則允許系統(tǒng)在遇到阻塞時繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，從而增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2、因此，采用邊緣計算以滿足新型車載應(yīng)用對計算資源和時延的需求，可以實現(xiàn)低延遲和降低帶寬消耗；同時，數(shù)據(jù)異步更新通過提高系統(tǒng)響應(yīng)速度、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源利用、增強系統(tǒng)穩(wěn)定性、提升用戶體驗并支持靈活的數(shù)據(jù)處理策略，實現(xiàn)了更高效、更可靠的數(shù)據(jù)傳輸與更新機制。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、（1）要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明的目的在于提供一種基于邊緣計算的數(shù)據(jù)異步更新方法和系統(tǒng)，以解決數(shù)據(jù)由于復(fù)雜的因素，包括網(wǎng)絡(luò)延遲、設(shè)備故障等原因?qū)е聰?shù)據(jù)無法及時有效的進行數(shù)據(jù)更新的問題。

3、（2）技術(shù)方案

4、為實現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種基于邊緣計算的數(shù)據(jù)異步更新方法，所述方法包括：

5、s1、獲取車聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)，將所述車聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)根據(jù)遷移計算方法傳輸至邊緣計算節(jié)點并通過數(shù)據(jù)緩存方法進行分層存儲；通過邊緣計算節(jié)點實時監(jiān)測數(shù)據(jù)狀態(tài)，所述數(shù)據(jù)狀態(tài)包括數(shù)據(jù)的時間戳、數(shù)據(jù)變化、緩存容量；

6、s2、根據(jù)所述數(shù)據(jù)狀態(tài)設(shè)定異步更新的觸發(fā)條件；獲取數(shù)據(jù)狀態(tài)滿足異步更新的觸發(fā)條件的數(shù)據(jù)并記為待更新數(shù)據(jù)；獲取待更新數(shù)據(jù)的重要性和更新頻率，根據(jù)所述待更新數(shù)據(jù)的重要性和更新頻率通過統(tǒng)計分析方法進行優(yōu)先級排序得到待更新數(shù)據(jù)的排序結(jié)果；根據(jù)所述排序結(jié)果進行異步更新；

7、s3、將所述待更新數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)壓縮算法和數(shù)據(jù)加密算法后根據(jù)所述異步更新傳輸至接收方；當(dāng)所述接收方接收到所述待更新數(shù)據(jù)后，則進行數(shù)據(jù)驗證；當(dāng)監(jiān)測待更新數(shù)據(jù)傳輸失敗時，則根據(jù)預(yù)設(shè)的重試次數(shù)和重試間隔進行重新傳輸；

8、s4、當(dāng)監(jiān)測邊緣計算節(jié)點進行數(shù)據(jù)更新后則更新緩存狀態(tài)，所述更新緩存狀態(tài)包括更新管理緩存空間、更新緩存時間戳。

9、進一步地，所述根據(jù)所述數(shù)據(jù)狀態(tài)設(shè)定異步更新的觸發(fā)條件；獲取數(shù)據(jù)狀態(tài)滿足異步更新的觸發(fā)條件的數(shù)據(jù)并記為待更新數(shù)據(jù)；獲取待更新數(shù)據(jù)的重要性和更新頻率，根據(jù)所述待更新數(shù)據(jù)的重要性和更新頻率通過統(tǒng)計分析方法進行優(yōu)先級排序得到待更新數(shù)據(jù)的排序結(jié)果；根據(jù)所述排序結(jié)果進行異步更新的方法包括：

10、所述觸發(fā)條件包括數(shù)據(jù)過期、數(shù)據(jù)發(fā)生變化、緩存容量達到閾值；所述數(shù)據(jù)過期為數(shù)據(jù)當(dāng)前時間超出數(shù)據(jù)有效時間戳加上預(yù)設(shè)的時間閾值；所述數(shù)據(jù)發(fā)生變化為監(jiān)測到數(shù)據(jù)變化量超過預(yù)設(shè)的變化量閾值；所述緩存容量達到閾值為邊緣計算節(jié)點的當(dāng)前緩存容量占用率超過預(yù)設(shè)的緩存容量占用率閾值；

11、通過獲取邊緣計算節(jié)點接收的歷史數(shù)據(jù)，所述歷史數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)傳輸時間、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量、傳輸頻率；通過所述歷史數(shù)據(jù)通過趨勢分析得到分析結(jié)果，根據(jù)所述分析結(jié)果調(diào)整異步更新的觸發(fā)條件；

12、獲取邊緣計算節(jié)點的集合并記為?，通過動態(tài)差分算法得到第個邊緣計算節(jié)點在時間??的待更新數(shù)據(jù)；所述待更新數(shù)據(jù)的計算公式為：

13、?；

14、其中??表示時間??的數(shù)據(jù)狀態(tài)，為上一時間的數(shù)據(jù)狀態(tài)，為衰減因子,為指數(shù)衰減函數(shù)，為上次數(shù)據(jù)更新時間；

15、根據(jù)所述排序結(jié)果并按照異步更新時間進行異步更新，所述異步更新時間通過異步傳輸時間預(yù)測方法得到。

16、進一步地，所述根據(jù)所述排序結(jié)果并按照異步更新時間進行異步更新，所述異步更新時間通過異步傳輸時間預(yù)測方法得到的方法包括：

17、獲取網(wǎng)絡(luò)帶寬使用情況，通過時間序列分析建立網(wǎng)絡(luò)帶寬隨時間變化的預(yù)測模型，根據(jù)所述預(yù)測模型得到，所述表示網(wǎng)絡(luò)帶寬隨時間?的變化；通過網(wǎng)絡(luò)性能分析方法實時檢測得到，所述表示第?個邊緣計算節(jié)點到接收方的實時傳輸速率；通過異步傳輸時間預(yù)測方法得到異步更新時間；所述異步更新時間的計算公式為：

18、；

19、其中，?用于計算在時間區(qū)間?內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)帶寬的累積量減去所有邊緣計算節(jié)點所需傳輸數(shù)據(jù)量的累積差；表示所有邊緣計算節(jié)點在時間時每秒需要傳輸?shù)臅r間；表示所有邊緣計算節(jié)點在平均傳輸速率下完成數(shù)據(jù)傳輸所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬累積量；?是第?個邊緣計算節(jié)點需要傳輸?shù)拇聰?shù)據(jù)增量,所述待更新數(shù)據(jù)增量的計算公式為：

20、；

21、為第?個邊緣計算節(jié)點的平均傳輸速率，通過獲取預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的并通過均值計算方法得到所述平均傳輸速率；所述平均傳輸速率的計算公式為：

22、；

23、其中，是預(yù)設(shè)的時間窗口，是預(yù)設(shè)的起始時間。

24、進一步地，所述將所述待更新數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)壓縮算法和數(shù)據(jù)加密算法后根據(jù)異步更新時間傳輸至接收方的方法包括：

25、將所述待更新數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)壓縮算法后得到第一壓縮數(shù)據(jù)，將所述第一壓縮數(shù)據(jù)通過壓縮效率算法得到壓縮效率評估值，通過所述壓縮效率評估值選擇數(shù)據(jù)壓縮算法；所述壓縮效率評估值的計算公式為：

26、*；

27、其中，為待更新數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量；為第一壓縮數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量,表示壓縮前后數(shù)據(jù)量的壓縮效率；表示壓縮效率指標(biāo)；?表示壓縮效率指標(biāo)調(diào)整因子；為的使用影響系數(shù)，所述根據(jù)實驗數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計分析得到；表示使用率，所述通過系統(tǒng)性能監(jiān)控方法得到；

28、根據(jù)待更新數(shù)據(jù)的重要性選擇不同的數(shù)據(jù)加密算法對數(shù)據(jù)進行加密。

29、進一步地，所述將所述車聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)根據(jù)遷移計算方法傳輸至邊緣計算節(jié)點并通過數(shù)據(jù)緩存方法進行分層存儲的方法包括：

30、獲取邊緣計算節(jié)點的距離、帶寬、處理能力、負(fù)載情況并記為第一數(shù)據(jù)，將所述第一數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)歸一化后得到第二數(shù)據(jù)，將所述第二數(shù)據(jù)通過線性加權(quán)算法得到綜合權(quán)重值；獲取車聯(lián)網(wǎng)終端到所有邊緣計算節(jié)點的綜合權(quán)重值，將車聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄C合權(quán)重值的最大值對應(yīng)的邊緣計算節(jié)點；

31、通過實時監(jiān)測邊緣計算節(jié)點的負(fù)載情況調(diào)整傳輸策略，獲取邊緣計算節(jié)點的負(fù)載情況的增長速率，根據(jù)所述增長速率預(yù)測邊緣計算節(jié)點的負(fù)載情況達到預(yù)設(shè)的負(fù)載飽和閾值的飽和時間；獲取數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭吘売嬎愎?jié)點的完成時間，當(dāng)所述完成時間位于所述飽和時間之后，則按照綜合權(quán)重值從大到小的順序依次重新選擇邊緣計算節(jié)點；

32、所述數(shù)據(jù)緩存方法是按照數(shù)據(jù)的訪問頻率和重要性進行分層存儲；所述分層存儲的緩存層級是根據(jù)訪問速度和緩存容量進行預(yù)設(shè)定。

33、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種基于邊緣計算的數(shù)據(jù)異步更新系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)獲取和管理模塊、數(shù)據(jù)異步更新觸發(fā)模塊、數(shù)據(jù)異步更新管理模塊、數(shù)據(jù)緩存管理模塊，各個模塊之間依次通訊連接；

34、數(shù)據(jù)獲取和管理模塊，用于獲取車聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)，將所述車聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)根據(jù)遷移計算方法傳輸至邊緣計算節(jié)點并通過數(shù)據(jù)緩存方法進行分層存儲；通過邊緣計算節(jié)點實時監(jiān)測數(shù)據(jù)狀態(tài)，所述數(shù)據(jù)狀態(tài)包括數(shù)據(jù)的時間戳、數(shù)據(jù)變化、緩存容量；

35、數(shù)據(jù)異步更新觸發(fā)模塊，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)狀態(tài)設(shè)定異步更新的觸發(fā)條件；獲取數(shù)據(jù)狀態(tài)滿足異步更新的觸發(fā)條件的數(shù)據(jù)并記為待更新數(shù)據(jù)；獲取待更新數(shù)據(jù)的重要性和更新頻率，根據(jù)所述待更新數(shù)據(jù)的重要性和更新頻率通過統(tǒng)計分析方法進行優(yōu)先級排序得到待更新數(shù)據(jù)的排序結(jié)果；根據(jù)所述排序結(jié)果進行異步更新；

36、數(shù)據(jù)異步更新管理模塊，用于將所述待更新數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)壓縮算法和數(shù)據(jù)加密算法后根據(jù)所述異步更新傳輸至接收方；當(dāng)所述接收方接收到所述待更新數(shù)據(jù)后，則進行數(shù)據(jù)驗證；當(dāng)監(jiān)測待更新數(shù)據(jù)傳輸失敗時，則根據(jù)預(yù)設(shè)的重試次數(shù)和重試間隔進行重新傳輸；

37、數(shù)據(jù)緩存管理模塊，用于當(dāng)監(jiān)測邊緣計算節(jié)點進行數(shù)據(jù)更新后則更新緩存狀態(tài)，所述更新緩存狀態(tài)包括更新管理緩存空間、更新緩存時間戳。

38、進一步地，所述數(shù)據(jù)異步更新觸發(fā)模塊包括：

39、觸發(fā)條件管理模塊，用于所述觸發(fā)條件包括數(shù)據(jù)過期、數(shù)據(jù)發(fā)生變化、緩存容量達到閾值；所述數(shù)據(jù)過期為數(shù)據(jù)當(dāng)前時間超出數(shù)據(jù)有效時間戳加上預(yù)設(shè)的時間閾值；所述數(shù)據(jù)發(fā)生變化為監(jiān)測到數(shù)據(jù)變化量超過預(yù)設(shè)的變化量閾值；所述緩存容量達到閾值為邊緣計算節(jié)點的當(dāng)前緩存容量占用率超過預(yù)設(shè)的緩存容量占用率閾值；通過獲取邊緣計算節(jié)點接收的歷史數(shù)據(jù)，所述歷史數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)傳輸時間、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量、傳輸頻率；通過所述歷史數(shù)據(jù)通過趨勢分析得到分析結(jié)果，根據(jù)所述分析結(jié)果調(diào)整異步更新的觸發(fā)條件；

40、待更新數(shù)據(jù)計算模塊，用于獲取邊緣計算節(jié)點的集合并記為?，通過動態(tài)差分算法得到第個邊緣計算節(jié)點在時間??的待更新數(shù)據(jù)；所述待更新數(shù)據(jù)的計算公式為：

41、?；

42、其中??表示時間??的數(shù)據(jù)狀態(tài)，為上一時間的數(shù)據(jù)狀態(tài)，為衰減因子,為指數(shù)衰減函數(shù)，為上次數(shù)據(jù)更新時間；

43、異步更新執(zhí)行模塊，用于根據(jù)所述排序結(jié)果并按照異步更新時間進行異步更新，所述異步更新時間通過異步傳輸時間預(yù)測方法得到。

44、進一步地，所述異步更新執(zhí)行模塊包括以下步驟：

45、獲取網(wǎng)絡(luò)帶寬使用情況，通過時間序列分析建立網(wǎng)絡(luò)帶寬隨時間變化的預(yù)測模型，根據(jù)所述預(yù)測模型得到，所述表示網(wǎng)絡(luò)帶寬隨時間?的變化；通過網(wǎng)絡(luò)性能分析方法實時檢測得到，所述表示第?個邊緣計算節(jié)點到接收方的實時傳輸速率；通過異步傳輸時間預(yù)測方法得到異步更新時間；所述異步更新時間的計算公式為：

46、；

47、其中，?用于計算在時間區(qū)間?內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)帶寬的累積量減去所有邊緣計算節(jié)點所需傳輸數(shù)據(jù)量的累積差；表示所有邊緣計算節(jié)點在時間時每秒需要傳輸?shù)臅r間；表示所有邊緣計算節(jié)點在平均傳輸速率下完成數(shù)據(jù)傳輸所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬累積量；?是第?個邊緣計算節(jié)點需要傳輸?shù)拇聰?shù)據(jù)增量,所述待更新數(shù)據(jù)增量的計算公式為：

48、；

49、為第?個邊緣計算節(jié)點的平均傳輸速率，通過獲取預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的并通過均值計算方法得到所述平均傳輸速率；所述平均傳輸速率的計算公式為：

50、；

51、其中，是預(yù)設(shè)的時間窗口，是預(yù)設(shè)的起始時間。

52、進一步地，所述數(shù)據(jù)異步更新管理模塊包括以下步驟：

53、將所述待更新數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)壓縮算法后得到第一壓縮數(shù)據(jù)，將所述第一壓縮數(shù)據(jù)通過壓縮效率算法得到壓縮效率評估值，通過所述壓縮效率評估值選擇數(shù)據(jù)壓縮算法；所述壓縮效率評估值的計算公式為：

54、*；

55、其中，為待更新數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量；為第一壓縮數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量,表示壓縮前后數(shù)據(jù)量的壓縮效率；表示壓縮效率指標(biāo)；?表示壓縮效率指標(biāo)調(diào)整因子；為的使用影響系數(shù)，所述根據(jù)實驗數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計分析得到；表示使用率，所述通過系統(tǒng)性能監(jiān)控方法得到；

56、根據(jù)待更新數(shù)據(jù)的重要性選擇不同的數(shù)據(jù)加密算法對數(shù)據(jù)進行加密。

57、進一步地，所述數(shù)據(jù)獲取和管理模塊包括以下步驟：

58、獲取邊緣計算節(jié)點的距離、帶寬、處理能力、負(fù)載情況并記為第一數(shù)據(jù)，將所述第一數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)歸一化后得到第二數(shù)據(jù)，將所述第二數(shù)據(jù)通過線性加權(quán)算法得到綜合權(quán)重值；獲取車聯(lián)網(wǎng)終端到所有邊緣計算節(jié)點的綜合權(quán)重值，將車聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄C合權(quán)重值的最大值對應(yīng)的邊緣計算節(jié)點；

59、通過實時監(jiān)測邊緣計算節(jié)點的負(fù)載情況調(diào)整傳輸策略，獲取邊緣計算節(jié)點的負(fù)載情況的增長速率，根據(jù)所述增長速率預(yù)測邊緣計算節(jié)點的負(fù)載情況達到預(yù)設(shè)的負(fù)載飽和閾值的飽和時間；獲取數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭吘売嬎愎?jié)點的完成時間，當(dāng)所述完成時間位于所述飽和時間之后，則按照綜合權(quán)重值從大到小的順序依次重新選擇邊緣計算節(jié)點；

60、所述數(shù)據(jù)緩存方法是按照數(shù)據(jù)的訪問頻率和重要性進行分層存儲；所述分層存儲的緩存層級是根據(jù)訪問速度和緩存容量進行預(yù)設(shè)定。

61、（3）有益效果

62、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

63、1.通過設(shè)定異步更新的觸發(fā)條件，并結(jié)合數(shù)據(jù)的重要性和更新頻率進行優(yōu)先級排序，實現(xiàn)了對車聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)據(jù)的智能、高效異步更新。借助動態(tài)差分算法預(yù)測待更新數(shù)據(jù)，以及通過異步傳輸時間預(yù)測方法確定最佳更新時間，進一步優(yōu)化了數(shù)據(jù)傳輸策略，減少了不必要的網(wǎng)絡(luò)帶寬占用，提升了整體的數(shù)據(jù)傳輸效率。

64、2.通過數(shù)據(jù)壓縮算法和加密算法對待更新數(shù)據(jù)進行處理，不僅減少了數(shù)據(jù)傳輸所需的時間和帶寬，還提高了數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性。通過綜合考慮邊緣計算節(jié)點的距離、帶寬、處理能力和負(fù)載情況，選擇最合適的節(jié)點進行數(shù)據(jù)緩存和分層存儲，進一步增強了數(shù)據(jù)異步更新處理的高效性和可靠性。