CN110661646A - 面向高可用物联网计算服务管理技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高效的物联网计算服务管理技术，包括高响应能力、高可用能力和高容错能力。随着物联网应用的飞速发展，传统的集中式云计算服务难以满足物联网终端设备的各类服务请求，因此以接近终端的中间化存算解决方案兴起，即边缘计算，为满足海量终端设备的存储、计算需求，本项发明设计提供了相应的高效计算服务管理技术，包括计算冗余和容错，确保服务不间断；高效的服务发现，特别是可迅速搜索备份服务器；通过加密链路实现数据安全。上述能力可以将因边缘计算设备故障导致的服务质量影响最小化。本项发明可以广泛的应用于智慧城市、智慧交通已经医疗等涉及海量物联网设备管理与计算存储服务的应用场景。

Description

面向高可用物联网计算服务管理技术
技术领域
本发明属于涉及信息技术领域，尤其是涉及一种高效的物联网设备管理系统的实现，包括高响应能力、高可用能力和高容错能力。
背景技术
随着物联网应用的飞速发展，传统的集中式云计算服务难以满足物联网终端设备的各类服务请求，因此以接近终端的中间化存算解决方案兴起，即边缘计算，为满足海量终端设备的存储、计算需求，需要大量的边缘计算服务器提供存储、计算服务。而如何有效的管理边缘计算服务器，使其能够为物联网终端设备提供最优质服务(即高可用、高性能计算、数据安全)是目前边缘计算中应用服务器管理的技术挑战。
为满足上述技术挑战，本项发明利用虚拟化技术实现对物理计算资源的池化管理，并通过docker容器的方式实现对物联网计算服务的高可用。在数据安全方面，通过提供多种加密链路支持，实现数据传输(特别是关键的设备属性和控制信号)的安全性。通过事件机制实现物联网计算服务和相应的备份服务的注册、更新和注销。通过实现上述功能和系统特性，本项发明可以广泛的应用于智慧城市、智慧交通已经医疗等涉及海量物联网设备管理与计算存储服务的应用场景。
发明内容
本项发明设计了高效的边缘计算服务管理系统，能够快速、便捷、安全的实现对提供物联网计算、存储服务的服务器进行设备管理。提供服务包括：1.服务的注册、注销和状态更新；2.计算服务的高可用(多个物理服务器提供相同服务来容错，计算任务可以实现漂移)；3.设备信息的数据安全。
服务的注册、注销和状态更新：
1.物联网计算服务Sa需要在边缘计算服务器启动时将自己注册于物联网计算服务列表中(参见附图2a,2b)，如果已有同样的服务Sb注册(即Sb为服务的“主”服务提供者)，则Sa将自己注册为Sb的备份服务提供者(即“从”服务，参见图2b)；
2.边缘计算服务器停机或故障时，需要将运行于其上的物联网计算服务注销(参见附图2c,2d,2e)，如果当前服务为主服务提供者，则其中一个备份服务升级至主服务提供者(参见图2e)；
3.当物联网计算服务程序更新时，需要将主服务和备份服务提供者同时更新；
计算服务的高可用需要支持计算服务的容错能力，物联网计算服务可以服务于一个或多个传感器，通常需要数据处理和分析(例如神经网络推理计算)，当一台边缘服务器故障时：
1.备份服务提供者需要即时切换为主服务提供者并继续为传感器提供计算服务；
2.如果没有备份服务提供者注册，需要即时将主服务提供者在可用的边缘计算服务器上拉起，完成注册并向传感器提供计算服务，从而保障计算服务的高可用。
设备信息的数据安全：对于服务的注册、更新和注销过程，以及传感器的数据发送和命令传输，涉及信息安全(例如传感器数据可能涉及敏感控制信息)，因此需要在上述实现过程中以加密数据链路实现。
对应于上述功能，在实现方面需要如下基础技术支持:
a)高效能事件驱动系统；在边缘计算服务器集群中实现高可靠消息分发机制，用以支持i.边缘计算服务器间的物联网计算服务提供者的注册、更新和注销状态维护；ii.主服务提供者和备份服务提供者之间的状态同步和更新；
b)提供稳定的高并发访问服务，且系统本身提供良好的容错能力，确保服务不间断：通过docker容器技术将边缘计算服务器的虚拟化(参见图4，通过docker封装的IoT应用，通过TCP/Restful API向IoT传感器提供服务)，确保对多个服务请求的并发支持，并保障故障隔离能力，即在一个服务提供者崩溃的情况下，其他服务仍然正常运行；
c)通过高可用和数据加密设计实现数据安全：在消息系统和数据传输操作中，均采用加密的TCP服务，以保障数据安全。
本项发明的上述技术方案有益结果如下：
边缘计算已经成为用以支持物联网计算的主要平台，特别是针对大量需要人工神经网络推理计算的需求的智能应用(例如对大规模视频流的采集和图像帧筛选识别)，因此对提升边缘计算集群的服务品质(包括性能、高可用和数据安全)提出很高的要求。本项发明所述的技术方案提供一种用于实现高效的物联网计算服务管理技术，包括高响应能力、高可用能力和高容错能力。本项发明设计提供了相应的高效计算服务管理技术，包括计算冗余和容错，确保服务不间断；高效的服务发现，特别是可迅速搜索备份服务器；通过加密链路实现数据安全。上述能力可以将因边缘计算设备故障导致的服务质量影响最小化。本项发明可以广泛的应用于智慧城市、智慧交通已经医疗等涉及海量物联网设备管理与计算存储服务的应用场景。
附图说明
图1物联网计算服务(IoT应用服务)分布与管理
图2服务生命周期管理
图3基于消息队列的边缘计算服务集群
图4基于docker容器虚拟化的IoT应用服务封装
具体实施方式
本发明具体实现如下：
高效能事件驱动系统技术实现：采用RabbitMQ作为事件驱动系统的基础实现，RabbitMQ已经广泛应用于分布式计算平台，特别是OpenStack虚拟化平台中采用RabbitMQ作为消息总线，因此其高可用和稳定性已经被业界广为认可。在本项发明中，我们采用RabbitMQ实现以边缘计算服务器作为服务提供者的消息分发引擎(参见附图3)。
事件驱动逻辑说明：
1)服务注册伪代码：
服务提供者Sp发送服务注册消息(服务ID，IP地址，端口)到服务管理器Sm；
IF服务ID已经被注册
THEN返回注册信息(注册操作：成功，注册类型：备份)
ELSE返回注册信息(注册操作：成功，注册类型：主)
2)服务注销伪代码：
服务提供者Sp发送服务注销消息(服务ID，IP地址，端口，注册类型)到服务管理器Sm；
IF服务提供者Sp注册类型为主服务提供者
THEN
IF该服务存在备份服务提供者
THEN提取网络拓扑中最接近Sp的备份服务提供者Sb
服务管理器Sp发送服务状态更新消息(更新注册类型：主)给Sb；
3)服务状态检测伪代码：
服务管理器Sm发送状态检测消息给所有服务提供者；
IF服务提供者Sp返回消息超时
THEN
注销Sp
IF该Sp存在备份服务提供者
THEN提取网络拓扑中最接近Sp的备份服务提供者Sb
服务管理器Sp发送服务状态更新消息(更新注册类型：主)给Sb；
4)服务更新伪代码：
服务管理器Sm想服务提供者Sp发起更新操作；
更新服务提供者应用程序；
更新服务提供者配置信息；
IF服务提供者Sp注册类型为主服务提供者
THEN
IF该服务存在备份服务提供者
THEN
FOREACH备份服务提供者Sb
服务管理器Sm想服务提供者Sb发起更新操作；
更新服务提供者应用程序；
更新服务提供者配置信息；
服务管理器采用双活方式，即保持两台服务管理器来维护注册服务列表，以保障服务定位系统的高可用。
高并发访问服务和容错能力由虚拟化方式提供，即每台边缘计算服务器通过docker容器将运行于其上的计算服务以docker容器进行封装。从而实现支持高并发访问的同时，对单个服务的故障进行隔离，即当一个docker容器所封装的服务出现故障时，运行于服务器上的其他服务仍然能够正常运行。
通过高可用和数据加密设计实现数据安全：在消息系统和数据传输操作中，均采用加密的TCP服务，或在此之上的https方式进行数据和控制信号传输。对应设计核心和敏感配置信息的数据传输，可在加密TCP链路之上以SHA256进行数据保护与验证。

Claims (9)

1.面向高可用物联网计算服务管理技术，包括：
为满足海量终端设备的存储、计算需求，需要大量的边缘计算服务器提供存储、计算服务。而如何有效的管理边缘计算服务器，使其能够为物联网终端设备提供最优质服务(即高可用、高性能计算、数据安全)是目前边缘计算中应用服务器管理的技术挑战。本项发明设计了高效的边缘计算服务管理系统，能够快速、便捷、安全的实现对提供物联网计算、存储服务的服务器进行设备管理。提供服务包括：a.服务的注册、注销和状态更新；b.计算服务的高可用(多个物理服务器提供相同服务来容错，计算任务可以实现漂移)；c.设备信息的数据安全。
本项发明利用虚拟化技术实现对物理计算资源的池化管理，并通过docker容器的方式实现对物联网计算服务的高可用。在数据安全方面，通过提供多种加密链路支持，实现数据传输(特别是关键的设备属性和控制信号)的安全性。通过事件机制实现物联网计算服务和相应的备份服务的注册、更新和注销。通过实现上述功能和系统特性，本项发明可以广泛的应用于智慧城市、智慧交通已经医疗等涉及海量物联网设备管理与计算存储服务的应用场景。
2.面向高可用物联网计算服务管理技术，其特征在于以双活方式实现应用服务管理，保障服务查询的高可用，并提供服务注册、注销机制。
3.面向高可用物联网计算服务管理技术，其特征在于以docker容器虚拟化的方式实现对IoT应用服务的封装，实现单个边缘计算服务器(物理服务器)上运行多个IoT应用服务，并保障单个IoT应用服务故障、崩溃不会影响到其他IoT应用服务的正常运行。
4.面向高可用物联网计算服务管理技术，其特征在于以“一主多从”的方式实现IoT应用服务的高可用，即IoT应用服务可注册一个“主”服务为用户提供计算服务，同时可注册多个“从”服务，在“主”服务发生故障或崩溃的情况下升级为“主”服务，提供IoT应用服务。
5.面向高可用物联网计算服务管理技术，其特征在于“主”“从“服务在服务注册与注销过程中的自动状态切换，状态切换有服务管理器自动实现。
6.面向高可用物联网计算服务管理技术，其特征在于服务管理(注册、注销、更新)通过事件机制触发，并由高性能、数据安全的消息队列来实现，从而保障了服务信息的安全和高可用。
7.面向高可用物联网计算服务管理技术，其特征在于为同一IoT应用服务注册多个实现，可保障对同一服务进行高并发支持。
8.面向高可用物联网计算服务管理技术，其特征在于以高性能消息队列的方式管理用于提供IoT应用服务的边缘计算服务器，实现了边缘计算服务器集群的弹性扩展，即动态添加边缘计算服务器。
9.面向高可用物联网计算服务管理技术，其特征在于支持以TCP为基础，可配置多种数据加密策略的数据链路，实现对服务管理、发现和应用计算支持的高度数据安全。
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柳少峰: "《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》", 15 March 2014 *

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