面向高機動環(huán)境的邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步方法*

葛光富，姚傳明，夏鑫成，朱立捷，吳 鵬，費 超

（中國電子科技集團公司第二十八研究所，江蘇 南京 210007）

0 引言

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)[1]、車聯(lián)網(wǎng)[2]、船聯(lián)網(wǎng)[3]、飛聯(lián)網(wǎng)[4]等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，邊緣計算技術(shù)不斷取得突破，各類云業(yè)務延展至邊緣，提高了信息系統(tǒng)規(guī)模及其復雜度，為邊緣環(huán)境的數(shù)據(jù)組織運用帶來了挑戰(zhàn)。

綜合考慮軍民用市場，邊緣環(huán)境下有著大量的信息設備用于搭建各中小型信息系統(tǒng)，但這些設備的軟硬件資源參差不齊、性能不一，有些甚至較差，其中，終端設備的問題尤為突出，受限的計算、存儲、網(wǎng)絡資源會約束各地能夠集成部署使用的信息服務。為給各類終端設備帶來更多且質(zhì)量有保證的信息服務，可通過集約利用邊緣環(huán)境中如機動車輛、船舶、飛機等的服務器類型設備資源構(gòu)建邊緣云，引接“云”的信息服務能力向網(wǎng)絡邊緣延伸，并就近向“端”提供“云”“邊”信息服務。進一步，能夠滿足高機動場景運用需求，確保邊緣云內(nèi)各服務節(jié)點上任意相同信息服務使用數(shù)據(jù)的實時一致性，支撐各類終端設備適地就近接入邊緣云享用“云”“邊”信息服務，以開展有關(guān)業(yè)務，并兼顧提高資源利用效率和系統(tǒng)可用性。可應用于邊緣環(huán)境高機動條件下的邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步技術(shù)成為信息系統(tǒng)軟件服務平臺統(tǒng)籌規(guī)劃中的必要考慮因素。

目前暫未有針對邊緣環(huán)境高機動條件下邊緣云內(nèi)的數(shù)據(jù)同步方法，故統(tǒng)籌設計機動通信網(wǎng)絡條件下邊緣云的云內(nèi)數(shù)據(jù)，使其有序同步一致，支撐物理分布邊緣云數(shù)據(jù)、服務等資源的弱連接下高可用，以杜絕因邊緣云的各服務節(jié)點上任意相同信息服務基于數(shù)據(jù)的不一致等帶來的終端應用“云”“邊”信息服務風險，已成為當前信息系統(tǒng)建設所急需。

1 概述

邊緣云本質(zhì)上是分布在網(wǎng)絡邊緣側(cè)，提供實時數(shù)據(jù)處理、分析決策的小規(guī)模云數(shù)據(jù)中心，是由大規(guī)模地域分散的邊緣云節(jié)點相互協(xié)同組成的分布式云。邊緣云與中心云和物聯(lián)網(wǎng)終端形成“云、邊、端三體協(xié)同”的端到端的技術(shù)架構(gòu)，通過將網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)、存儲、計算，智能化數(shù)據(jù)分析等工作放在邊緣處理，降低響應時延、減輕云端壓力、降低帶寬成本[5]。

邊緣云的發(fā)展歷程如圖1 所示。1998 年Akamai公司提出了內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡[6]（Content Delivery Network，CDN），它是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的緩存網(wǎng)絡，其體現(xiàn)了邊緣計算的基本思想“功能緩存”。2009 年，Satyanarayanan 等人提出了Cloudle[7]的概念，它是一個可信且資源豐富的主機，部署在網(wǎng)絡邊緣且與互聯(lián)網(wǎng)連接[8]，可以被移動設備訪問并為移動設備提供服務。2013 年，美國太平洋西北國家實驗室Ryan LaMothe 提出了“edge computing[9]”一詞，這是邊緣計算首次被提出。2018 年，《邊緣云計算技術(shù)及標準化白皮書》正式發(fā)布，逐漸明晰邊緣云計算概念定義。邊緣云[10-11]在許多領(lǐng)域應用較為廣泛，其中面向特定領(lǐng)域的邊緣云在智慧醫(yī)療[12]、云游戲、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)展迅速。

圖1 邊緣云發(fā)展歷程

目前，已有諸多云服務提供商打造出了邊緣云產(chǎn)品，如騰訊云物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算平臺（IoT Edge Compting Platform，IECP）、阿里云IoT Link Rack、百度云智能邊緣（Baidu IntelliEdge，BIE）、浪潮云行·邊緣云（ICP Edge Cloud，IEC）等。這些邊緣云產(chǎn)品多用于固定有線互聯(lián)通信環(huán)境，不能很好地適用于高機動無線通信環(huán)境。因此，面向高機動環(huán)境的邊緣云一系列技術(shù)亟待突破，包括邊緣云內(nèi)多節(jié)點數(shù)據(jù)并發(fā)有序同步有關(guān)技術(shù)。

2 系統(tǒng)模型

邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)模型中，當多節(jié)點邊緣云內(nèi)任意節(jié)點的數(shù)據(jù)有源自本地的增量變化時，寫入本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)記錄表，對照本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)同步最近記錄，列出本節(jié)點同步向云內(nèi)數(shù)據(jù)增量要求。據(jù)此，將同步向云內(nèi)對應節(jié)點的所有增量數(shù)據(jù)條目按時序插入對應節(jié)點的同步向云內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)增量發(fā)送隊列；之后，對應節(jié)點的同步向云內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)增量發(fā)送隊列依序分別將若干項增量數(shù)據(jù)條目打包成數(shù)據(jù)增量同步要求，并送達云內(nèi)對應節(jié)點。當邊緣云內(nèi)其他節(jié)點收到數(shù)據(jù)增量同步要求時，向發(fā)送方節(jié)點回復已接收，并將數(shù)據(jù)增量同步要求的所有增量數(shù)據(jù)條目按時序插入本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列。之后，本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列的每項增量數(shù)據(jù)條目依次與本節(jié)點全增量數(shù)據(jù)記錄表比對，決策相應條目數(shù)據(jù)是否本節(jié)點所需寫入的增量，如果是，則寫入相應本地數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)文件，以支持完成本節(jié)點數(shù)據(jù)與云內(nèi)的同步一致。系統(tǒng)模型如圖2 所示。

該系統(tǒng)模型中，節(jié)點是邊緣云中能被分配任務執(zhí)行的服務節(jié)點[13]個體；網(wǎng)絡是邊緣云內(nèi)節(jié)點間通信所在網(wǎng)絡[14]，主要以無線方式連接，且遵循IP通信標準。各節(jié)點集成部署邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步模塊，用于節(jié)點數(shù)據(jù)增量記錄的存儲和查詢，本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、云內(nèi)分發(fā)，以及云內(nèi)增量數(shù)據(jù)的接收、同步。

當多節(jié)點邊緣云內(nèi)任意節(jié)點的數(shù)據(jù)有源自本地的增量變化時，將增量數(shù)據(jù)寫入本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)記錄表，更新節(jié)點自增量同步云內(nèi)隊列；根據(jù)節(jié)點自增量同步云內(nèi)隊列，分別向邊緣云內(nèi)對應節(jié)點依次分包發(fā)送數(shù)據(jù)增量同步要求。

當多節(jié)點邊緣云內(nèi)其他節(jié)點收到數(shù)據(jù)增量同步要求時，將數(shù)據(jù)增量同步要求按時序插入本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列；之后本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列依次與本節(jié)點全增量數(shù)據(jù)記錄表比對，將本節(jié)點所需云同步增量寫入本地數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)文件，以實現(xiàn)本節(jié)點數(shù)據(jù)與云內(nèi)數(shù)據(jù)的同步。

上述系統(tǒng)模型考慮了高機動條件下邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)庫、文件數(shù)據(jù)的節(jié)點間同步，然而暫未有針對該場景下邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)的節(jié)點間有序同步的方法。因此，針對該問題，本文提出一種面向高機動環(huán)境的邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步方法。

3 邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)有序同步方法

面向高機動環(huán)境的邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步方法包括節(jié)點數(shù)據(jù)自增量發(fā)現(xiàn)和云內(nèi)數(shù)據(jù)增量同步兩個階段，具體如下文所述。

3.1 節(jié)點數(shù)據(jù)自增量發(fā)現(xiàn)

當多節(jié)點邊緣云內(nèi)任意節(jié)點的數(shù)據(jù)有源自本地的增量變化時，寫入本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)記錄表，對照本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)同步最近記錄，列出本節(jié)點同步向云內(nèi)數(shù)據(jù)增量要求。據(jù)此，將同步向云內(nèi)對應節(jié)點的所有增量數(shù)據(jù)條目，按時序插入對應節(jié)點的同步向云內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)增量發(fā)送隊列；之后，對應節(jié)點的同步向云內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)增量發(fā)送隊列依序分別將若干項增量數(shù)據(jù)條目打包成數(shù)據(jù)增量同步要求，并送達云內(nèi)對應節(jié)點。節(jié)點數(shù)據(jù)自增量發(fā)現(xiàn)過程如圖3 所示。

圖3 節(jié)點數(shù)據(jù)自增量發(fā)現(xiàn)的過程

節(jié)點數(shù)據(jù)自增量發(fā)現(xiàn)包括節(jié)點數(shù)據(jù)自增量日志記錄、節(jié)點自增量同步云內(nèi)要求列出、節(jié)點自增量同步云內(nèi)隊列更新、節(jié)點自增量同步云內(nèi)分包送達4 個階段。

3.1.1 節(jié)點數(shù)據(jù)自增量日志記錄

當多節(jié)點邊緣云內(nèi)任意節(jié)點的數(shù)據(jù)有源自本地的增量變化時，即有本地服務應用系統(tǒng)更改本節(jié)點管理數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)，則將節(jié)點數(shù)據(jù)自增量日志(tSelfAdd,DataSelfAddExCode)，包括本節(jié)點數(shù)據(jù)自增量發(fā)生時刻、執(zhí)行代碼信息，添加到本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)記錄表，該過程表示如下：

式中：tSelfAdd為本節(jié)點數(shù)據(jù)自增量發(fā)生時刻；DataSlfAddExCode為本節(jié)點數(shù)據(jù)自增量執(zhí)行代碼，其涵蓋寫入數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)文件路徑，執(zhí)行增加、刪除或修改的數(shù)據(jù)內(nèi)容；DataSelfAddRcdTab為本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)記錄表，其中按時序記錄本節(jié)點數(shù)據(jù)自增量的發(fā)生時刻及對應的執(zhí)行代碼。

3.1.2 節(jié)點自增量同步云內(nèi)要求列出

對照本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)同步最近時刻記錄表，LastSyncToRcd列出本節(jié)點同步向云內(nèi)數(shù)據(jù)增量要求單如下：

式中：iNode為邊緣云內(nèi)節(jié)點編號，范圍為[1,N]，其中N表示邊緣云內(nèi)節(jié)點總數(shù)量；LastSyncToTimeiNode為本節(jié)點向邊緣云第iNode個節(jié)點的同步數(shù)據(jù)最近時刻，即本節(jié)點向邊緣云第iNode個節(jié)點同步數(shù)據(jù)的最近一次同步成功的時刻；LastSyncToRcd為本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)同步最近時刻記錄表；SyncToRqList為本節(jié)點同步向云內(nèi)數(shù)據(jù)增量要求單，即要求本節(jié)點向邊緣云內(nèi)對應的iNode個節(jié)點同步LastSyncToTimeiNode之后的數(shù)據(jù)增量。

3.1.3 節(jié)點自增量同步云內(nèi)隊列更新

按照本節(jié)點同步向云內(nèi)數(shù)據(jù)增量要求單SyncToRqList，根據(jù)節(jié)點順序依次更新本節(jié)點同步向云內(nèi)其他各節(jié)點的數(shù)據(jù)增量發(fā)送隊列，其過程如圖4 所示。

圖4 節(jié)點自增量同步云內(nèi)隊列更新的過程

節(jié)點自增量同步云內(nèi)隊列更新的具體步驟為：

（1）同步其他節(jié)點數(shù)據(jù)增量首條查找。逆時序遍歷本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)記錄表DataSelfAddRcdTab，從中找到最后一條本節(jié)點數(shù)據(jù)自增量發(fā)生時刻tSelfAdd大于LastSyncToTimeiNode（本節(jié)點向邊緣云第iNode個節(jié)點同步數(shù)據(jù)的最近時刻）的記錄，即為本節(jié)點向邊緣云第iNode（從iNode=1 開始）個節(jié)點的首條增量數(shù)據(jù)條目。

（2）同步其他節(jié)點數(shù)據(jù)增量隊列更新。將本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)記錄表DataSelfAddRcdTab中，從同步其他節(jié)點數(shù)據(jù)增量首條開始的所有記錄，按時序追加到對應的第iNode（從iNode=1 開始）個節(jié)點的同步向云內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)增量發(fā)送隊列，該過程表示如下：

式中：iNode為邊緣云內(nèi)節(jié)點編號，范圍為[1,N]，其中N表示邊緣云內(nèi)節(jié)點總數(shù)量；LastSyncToTimeiNode為本節(jié)點向邊緣云第iNode個節(jié)點同步數(shù)據(jù)最近時刻；tSel為同步向云內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)自增量發(fā)生時刻；DataSelExCode為同步向云內(nèi)節(jié)點自增量執(zhí)行代碼；DataSyncSndQueiNode為同步向云內(nèi)第iNode個節(jié)點數(shù)據(jù)增量發(fā)送隊列，包括同步向云內(nèi)第iNode個節(jié)點的按時序存入數(shù)據(jù)自增量的發(fā)生時刻及對應的執(zhí)行代碼。

（3）轉(zhuǎn)到下一個同步其他節(jié)點，重復步驟1和步驟2，直至iNode=N結(jié)束。

3.1.4 節(jié)點自增量同步云內(nèi)分包送達

將本節(jié)點自增量同步云內(nèi)其他各節(jié)點的數(shù)據(jù)增量依次分包送達云內(nèi)對應節(jié)點，其過程如圖5 所示。

圖5 節(jié)點自增量同步云內(nèi)分包送達的過程

節(jié)點自增量同步云內(nèi)分包送達的具體步驟如下文所述。

（1）同步其他節(jié)點數(shù)據(jù)增量等待。等待直至同步向云內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)增量發(fā)送隊列DataSyncSndQueiNode不為空，即存在待送達云內(nèi)對應第iNode個節(jié)點的數(shù)據(jù)增量，轉(zhuǎn)至步驟2。

（2）同步其他節(jié)點數(shù)據(jù)增量分包。在同步向云內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)增量發(fā)送隊列DataSyncSndQueiNode中，按照時序且不超過數(shù)據(jù)增量同步要求包正文大小上限D(zhuǎn)ataSyncSndPackSizemax，選取若干項增量數(shù)據(jù)條目分別打包成數(shù)據(jù)增量同步要求，具體如下：

式中：iNode為邊緣云內(nèi)節(jié)點編號，范圍為[1,N]，其中，N表示邊緣云內(nèi)節(jié)點總數(shù)量；LastSyncToTimeiNode為本節(jié)點向邊緣云第iNode個節(jié)點同步數(shù)據(jù)最近時刻；WaitSyncToTimeiNode為本節(jié)點向邊緣云第iNode個節(jié)點的待同步數(shù)據(jù)最近時刻，即本節(jié)點向邊緣云第iNode個節(jié)點發(fā)起準備同步數(shù)據(jù)的最近一次的時刻；tSnd為送達云內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)自增量發(fā)生時刻；DataSndExCode為送達云內(nèi)節(jié)點自增量執(zhí)行代碼；DataSyncSndPackiNode為送達云內(nèi)第iNode個節(jié)點的數(shù)據(jù)增量同步要求，包括送達云內(nèi)第iNode個節(jié)點的按時序存入數(shù)據(jù)自增量的發(fā)生時刻及對應的執(zhí)行代碼。

（3）同步其他節(jié)點數(shù)據(jù)增量發(fā)送。將數(shù)據(jù)增量同步要求DataSyncSndPackiNode發(fā)送至云內(nèi)第iNode個節(jié)點，其中要求接收方做接收確認回復。

（4）同步其他節(jié)點數(shù)據(jù)增量接收應答。邊緣云內(nèi)第iNode個節(jié)點收到數(shù)據(jù)增量同步要求DataSyncSndPackiNode時，向發(fā)送方節(jié)點回復數(shù)據(jù)增量同步要求已接收確認消息，消息內(nèi)容包括已接收確認的報文序列號。

（5）同步其他節(jié)點數(shù)據(jù)增量記錄更新。當本節(jié)點收到數(shù)據(jù)增量同步要求接收方（即云內(nèi)第iNode個節(jié)點）回復的數(shù)據(jù)增量同步要求已接收確認消息時，在本節(jié)點自增量數(shù)據(jù)同步最近時刻記錄表LastSyncToRcd中更新本節(jié)點向邊緣云第iNode個節(jié)點同步數(shù)據(jù)最近時刻LastSyncToTimeiNode。

（6）當同步向云內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)增量發(fā)送隊列DataSyncSndQueiNode不為空時，重復步驟（2）至步驟（5），否則轉(zhuǎn)至步驟（1）。

3.2 云內(nèi)數(shù)據(jù)增量同步

當邊緣云內(nèi)其他節(jié)點收到數(shù)據(jù)增量同步要求時，向發(fā)送方節(jié)點回復已接收，將數(shù)據(jù)增量同步要求的所有增量數(shù)據(jù)條目按時序插入本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列。之后，本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列的每項增量數(shù)據(jù)條目依次與本節(jié)點全增量數(shù)據(jù)記錄表比對，決策相應條目數(shù)據(jù)是否是本節(jié)點所需要寫入的增量，如果是，則寫入相應本地數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)文件，以實現(xiàn)本節(jié)點數(shù)據(jù)與云內(nèi)的同步一致。云內(nèi)數(shù)據(jù)增量同步過程如圖6 所示。

圖6 云內(nèi)數(shù)據(jù)增量同步的過程

云內(nèi)數(shù)據(jù)增量同步包括同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列更新、同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量按需寫入同步兩個階段。具體介紹如下：

（1）同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列更新。當邊緣云內(nèi)第iNode個節(jié)點收到數(shù)據(jù)增量同步要求DataSyncSndPackiNode時，在向發(fā)送方節(jié)點回復數(shù)據(jù)增量同步要求已接收確認消息的同時，將收到的數(shù)據(jù)增量同步要求DataSyncSndPackiNode的所有增量數(shù)據(jù)條目按時序插入相應本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列，該過程表示如下：

式中：LastSyncExTime為本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量最近執(zhí)行時刻；tEx為本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量執(zhí)行時刻；DataRcvExCode為本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量執(zhí)行代碼；DataSyncRcvQue為本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列，包括本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量按時序的執(zhí)行時刻及對應的執(zhí)行代碼。

（2）同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量按需寫入同步。本節(jié)點同步自云內(nèi)數(shù)據(jù)增量處理隊列DataSyncRcvQue的每項增量數(shù)據(jù)條目(tEx,DataRcvExCode)依次與本節(jié)點全增量數(shù)據(jù)記錄表DataAllAddRcdTab中所有已增量數(shù)據(jù)條目比對，如果未查找到，則表明對應條目增量數(shù)據(jù)是本節(jié)點所需寫入的增量，將其相應寫入本地數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)文件，并將對應增量數(shù)據(jù)條目按時序插入更新本節(jié)點全增量數(shù)據(jù)記錄表，該過程表示如下：

式中：tAllAdd為本節(jié)點數(shù)據(jù)全增量發(fā)生時刻；DataAllAddExCode為本節(jié)點數(shù)據(jù)全增量執(zhí)行代碼；DataAllAddRcdTab為本節(jié)點全增量數(shù)據(jù)記錄表，其中按時序記錄本節(jié)點數(shù)據(jù)全增量的發(fā)生時刻及對應的執(zhí)行代碼。

4 仿真結(jié)果及分析

4.1 仿真及結(jié)果

按照本文方法使用C++語言編寫邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步程序，結(jié)合運用邊緣云聚云散軟件[15]，并在不同外部無線通信帶寬環(huán)境下對其進行數(shù)據(jù)同步仿真模擬性能試驗。分別在環(huán)境無線帶寬為2 Mbit/s、8 Mbit/s、100 Mbit/s、1 000 Mbit/s 的情況下，依次仿真模擬邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步并設定帶寬可用率為0.5，增量同步數(shù)據(jù)長度為1 000 字節(jié)，邊緣云內(nèi)節(jié)點數(shù)為10 個。同時，IP 協(xié)議頭長度為20 字節(jié)，UDP 報文頭長度為8 字節(jié)，報文序列號字段、增量同步數(shù)據(jù)長度字段、報文確認號字段的長度均為4 字節(jié)。進而可得，增量同步數(shù)據(jù)發(fā)送報大小=20+8+4+4+1 000=1 036 字節(jié)，增量同步數(shù)據(jù)接收確認報大小=20+8+4=32 字節(jié)；增量數(shù)據(jù)同步發(fā)送報傳輸用時=（增量同步數(shù)據(jù)發(fā)送報大小×8 bit）÷（環(huán)境無線帶寬×帶寬可用率×1 048 576 bit）×1 000 000 μs，增量同步數(shù)據(jù)接收確認報傳輸用時=（增量同步數(shù)據(jù)接收確認報大小×8 bit）÷（環(huán)境無線帶寬×帶寬可用率×1 048 576 bit）×1 000 000 μs；邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步用時=（增量數(shù)據(jù)同步發(fā)送報傳輸用時+增量同步數(shù)據(jù)接收確認報傳輸用時）；邊緣云可增量同步數(shù)據(jù)量=（環(huán)境無線帶寬×帶寬可用率×1 048 576 bit）÷（8×（邊緣云內(nèi)節(jié)點數(shù)-1））-（增量同步數(shù)據(jù)接收確認報大小+增量同步數(shù)據(jù)發(fā)送報大小-增量同步數(shù)據(jù)長度）字節(jié)/s。具體數(shù)據(jù)及仿真試驗結(jié)果如表1 所示。邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步的過程中，本地計算時間包括增量同步數(shù)據(jù)發(fā)送報、增量同步數(shù)據(jù)接收確認報的封裝發(fā)送、接收解析時間，可忽略不計。

表1 仿真參數(shù)設置與仿真結(jié)果

4.2 性能分析

由仿真結(jié)果可知，在環(huán)境無線帶寬為2 Mbit/s、8 Mbit/s、100 Mbit/s、1 000 Mbit/s 的條件下，邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步為8 148.19 μs、2 037.05 μs、162.96 μs、16.30 μs，邊緣云可增量同步數(shù)據(jù)量對應為14 495 字節(jié)/s、58 186 字節(jié)/s、728 109 字節(jié)/s、7 281 709 字節(jié)/s。因此，本系統(tǒng)可以適配各種帶寬條件，極速、便捷完成千數(shù)量級以上字節(jié)數(shù)據(jù)的邊緣云內(nèi)同步，并且既可以支持邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)的節(jié)點間動態(tài)高可用同步，又可以實現(xiàn)邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步面向高機動環(huán)境的場景運用，應用的范圍更加廣泛且有助于提高系統(tǒng)邊緣服務的穩(wěn)定性及效能。此外，如圖7 所示，本文方法可支持通過邊緣信息基礎設施平臺[16]監(jiān)視邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步的狀態(tài)，能夠為上層信息服務系統(tǒng)實時掌握其節(jié)點間數(shù)據(jù)同步的狀況提供依據(jù)。

圖7 邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步

5 結(jié)語

本文研究了運用機動弱連接通信條件下的多節(jié)點并發(fā)有序同步技術(shù)，提出了面向高機動環(huán)境的邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)。本文所提系統(tǒng)在邊緣環(huán)境高機動條件下，可隨多節(jié)點邊緣云內(nèi)任意節(jié)點源自本地的數(shù)據(jù)增量變化，將增量數(shù)據(jù)條目依序分包送達云內(nèi)其他節(jié)點執(zhí)行同步寫入，以完成邊緣云內(nèi)各節(jié)點數(shù)據(jù)的實時同步一致。本文所提系統(tǒng)使用方法不但支持邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)的節(jié)點間動態(tài)高可用同步，而且可以實現(xiàn)邊緣云內(nèi)數(shù)據(jù)同步面向高機動環(huán)境的場景運用，可支撐邊緣云平臺環(huán)境確保邊緣云內(nèi)各服務節(jié)點上任意相同信息服務基于數(shù)據(jù)的實時一致性，為各類終端設備隨遇享用“云”“邊”數(shù)據(jù)、信息、服務資源，提供邊緣云內(nèi)“數(shù)據(jù)一致”增效劑，可支撐機動車輛、船舶、飛機等業(yè)務信息系統(tǒng)的隨遇連接并訪問使用邊緣云上的數(shù)據(jù)，有助于提高系統(tǒng)邊緣服務的穩(wěn)定性及效能。