CN111049876A - 一种轻量电信云边缘计算系统架构 - Google Patents

一种轻量电信云边缘计算系统架构 Download PDF

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Abstract

本发明云计算系统架构技术领域，公开了一种轻量电信云边缘计算系统架构及实现方法，包括电信云网元管理系统、边缘应用管理系统以及基于kubernetes的虚机容器云系统；在电信云网元管理系统与基于kubernetes的虚机容器云系统之间通过接口实现基于kubernetes的虚机容器云系统对openstack镜像的兼容；电信云网元管理系统与边缘应用管理系统之间具有通信连接，边缘应用管理系统与基于kubernetes的虚机容器云系统之间具有通信连接；基于kubernetes的虚机容器云系统提供虚拟机，用于结合电信云网元管理系统对电信云网元进行网元实例化和网元的管理编排；边缘应用管理系统采用基于kubernetes的虚机容器云系统来管理编排所接入的边缘应用；通过kubernetes提供的资源调度管理机制实现对电信网元业务和边缘应用的统一调度。

Description

一种轻量电信云边缘计算系统架构
技术领域
本发明属于云计算技术领域，更具体地，涉及一种轻量电信云边缘计算系统架构。
背景技术
在传统的电信云边缘计算系统中兼容已经存在的电信网元需要引入OpenStack，由于边缘应用对PASS能力有较大的需求，所以边缘电信云方案需要考虑引入对容器的支持，所需要的节点很多、角色很多，会使得整个框架非常臃肿，不够统一。往往部署一个基本的管理平台都需要几台服务器，不符合边缘计算的场景需求。而且由于在边缘引入了两种IAAS层技术，使得统一管理变得复杂，浪费了更多的资源在管理层面；虚拟机和容器各自有一套编排机制，不能够统一管理统一编排。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种轻量电信云边缘计算系统架构，通过构建接口用容器云兼容openstack，将在电信云openstack上运行的应用通过接口转接到容器云上继续运行，在不改动上层业务的前提下容器云对电信云的兼容，采用容器云实现轻量化的边缘计算系统。
为实现本发明目的，提出了一种轻量电信云边缘计算系统架构，包括电信云网元管理系统、边缘应用管理系统以及基于kubernetes的虚机容器云系统；在电信云网元管理系统与基于kubernetes的虚机容器云系统之间通过接口实现基于kubernetes的虚机容器云系统对openstack功能的兼容；
电信云网元管理系统与边缘应用管理系统之间具有通信连接，边缘应用管理系统与基于kubernetes的虚机容器云系统之间具有通信连接；
基于kubernetes的虚机容器云系统提供虚拟机，用于结合电信云网元管理系统对电信云网元进行网元实例化和网元的管理编排；边缘应用管理系统采用基于kubernetes的虚机容器云系统来管理编排所接入的边缘应用；通过kubernetes提供的资源调度管理机制实现对电信网元业务和边缘应用的统一调度。
优选地，上述轻量电信云边缘计算系统架构，基于kubernetes的虚机容器云系统将云数据、用户数据注入到经Kubernetes管理的虚拟机之中，根据openstack支持的镜像格式来创建运行在Kubernets的虚拟机，在虚拟机启动时载入云数据、用户数据以实现对opnestack镜像的兼容。
优选地，上述轻量电信云边缘计算系统架构，Kubernets将云数据、用户数据注入到经Kubernetes管理的虚拟机之中，实现对openstack镜像的初始化，具体包括：
(1)通过Kubernetes的最小管理单元pod配置虚拟机的主机名称；
(2)通过注册表configmap注入ssh的keys；
(3)将Openstack镜像中的网络设置转换成对pod的网络设置；
(4)将其它元数据通过kubernets的注册表configmap写入虚拟机；
(5)将卷的挂载转换成对pod的卷挂载；
(6)通过注册表configmap完成自定义的元数据和用户脚本注入。
优选地，上述轻量电信云边缘计算系统架构，通过所构建的kubernets的容器运行时接口插件CRI、容器网络接口插件CNI实现对虚拟机的支持；
具体地，节点代理kubelet通过CRI插件接口与FitVirtManager模块进行交互，FitVirtManager模块通过libvirt模块对虚拟机进行生命周期管理；节点代理kubelet通过CNI插件将VM网络先配置好，通过vmmidinterface模块与跟虚拟机进行通信。
优选地，上述轻量电信云边缘计算系统架构，FitVirtManager模块用于建立基于libvirt的虚拟机环境，通过容器网络接口注册网络配置信息；注册中间层虚机包装界面到libvirt，使得libvirt调用时调用vmmidinterface而不是直接调用qemu模拟器；通过libvirt管理虚拟机的生命周期。
为实现本发明目的，根据本发明的另一方面，还提出了一种轻量电信云边缘计算系统架构的实现方法，在电信云网元管理系统与基于kubernetes的虚机容器云系统之间通过接口实现基于kubernetes的虚机容器云系统对openstack镜像的兼容；
通过基于kubernetes的虚机容器云系统提供虚拟机对电信云网元进行网元实例化和网元的管理编排，并管理编排所接入的边缘应用；通过kubernetes提供的资源调度管理机制实现对电信网元业务和边缘应用的统一调度。
优选地，上述的轻量电信云边缘计算系统架构的实现方法，基于kubernetes的虚机容器云系统将云数据、用户数据注入到经Kubernetes管理的虚拟机中，根据openstack支持的镜像格式来创建运行在Kubernets的虚拟机，在虚拟机启动时载入云数据、用户数据以实现对opnestack镜像的兼容。
优选地，上述的轻量电信云边缘计算系统架构的实现方法，通过一套北向接口转接层次将基于Openstack的API转接成对Kubernetes的调用；通过API转接、在kubernetes里开发的CRI插件进行扩展，实现openstack计算虚拟化；将电信云网元上的业务放到容器云上处理，使得网元和其他应用均通过统一的容器云平台来提供服务。
优选地，上述的轻量电信云边缘计算系统架构的实现方法，通过所构建的kubernets的容器运行时接口插件CRI、容器网络接口插件CNI实现对虚拟机的支持；具体地，节点代理kubelet通过CRI插件接口与FitVirtManager模块进行交互，FitVirtManager模块通过libvirt模块对虚拟机进行生命周期管理；节点代理kubelet通过CNI插件将VM网络先配置好，通过vmwrapper模块与跟虚拟机进行通信。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的轻量电信云边缘计算系统架构，提出来用容器云来兼容openstack，将现有的在电信云openstack上运行的应用通过接口转接到kubernetes容器云上继续运行，这样上层业务不用改动；由于兼容了openstack的镜像，不需要引入OpenStack即可支持虚拟机相关网元的生命周期管理，只需要考虑kubernetes的部署，在不引入重量级的openstack的前提下提供虚拟机功能支持，实现了计算主机与业务虚拟机之间的安全内核隔离，具有部署简单的优势；而不需要像现有的边缘云计算系统一样需要既部署openstack又部署kubernetes。
另一方面，本发明通过kubernets的CRI插件实现虚拟机的创建销毁，使得传统电信网元可以与边缘应用在同一计算主机上运行，通过充分利用边缘节点的计算能力使架构整体轻量化。
又一方面，在本发明的系统架构下，电信网元业务和边缘应用可以通过kubernetes提供的统一资源调度管理机制来管理，不会出现资源调度互相排斥和异常的情况；边缘应用可以通过kubernetes的部署对象deployment功能进行，快速管理上线，滚动升级，将kubernetes在安装部署应用和后续升级灰度发布方面强大的运维功能引入电信云领域；通过将电信网元和边缘应用混合编排逐步完成容器化的改造。而又由于kubernetes的插件对多种功能的支持、能管理容器应用也能管理虚拟机应用，因此可以同时满足电信云网元应用和其它边缘应用比如车联网，CDN应用等，能够支持多种不同业务场景需求。
本发明的这种轻量电信云边缘计算系统架构，通过虚拟机和容器对上层应用提供计算环境，通过kubernetes提供的deployment功能进行为上层业务提供可靠性、负载均衡、自动扩缩容的功能，可以根据业务场景灵活配置，具有灵活、低成本的优势。
附图说明
图1是本发明实施例提供的轻量电信云边缘计算系统架构示意图；
图2是实施例中的电信云网元管理系统示意图；
图3是实施例中的边缘应用管理系统接入示意图；
图4是实施例中的FitVirtManager架构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1所示意的，实施例提供的轻量电信云边缘计算系统架构，包括传统电信云网元管理系统、边缘应用管理系统以及基于kubernetes的虚机容器云系统；在传统电信云网元管理系统与基于kubernetes的虚机容器云系统之间部署有openstack镜像；电信云网元管理系统与边缘应用管理系统之间具有通信连接，边缘应用管理系统与基于kubernetes的虚机容器云系统之间具有通信连接。
参照图2，传统电信云网元管理系统包括虚拟化网元(VNF)、虚拟化网元网管VNFM、网络功能虚拟化编排器NFVO，依赖虚拟层提供虚机来实例化VNF；该传统电信云网元管理系统结合基于kubernetes的虚机容器云系统提供的虚机进行网元实例化和网元的管理编排。
参照图3，边缘应用管理系统接入第三方管理系统譬如智慧城市应用、智能制造应用、直播游戏应用、车联网，使用基于kubernetes的虚机容器云系统的服务能力来管理编排边缘应用。
为了保证上层传统电信云网元管理系统的虚拟化网元网管VNFM和网络功能虚拟化编排器NFVO已有的管理系统不改变，需要兼容openstack的部分功能尤其是兼容openstack的镜像功能，以使得原先基于openstack qcow2镜像部署的各种应用、包括使用非linux系统的应用都可以在新的虚拟化平台上平滑运行。
openstack通过cloud init进行虚拟机的云数据和用户数据配置；其中，云数据包括ip、主机名、密码、SSH安全协议密钥；用户数据包括户组信息、启动脚本；为了兼容opnestack镜像技术，Kubernetes在其框架下实现将上述数据注入到经Kubernetes管理的虚拟机之中，并在虚拟机启动时载入，具体如下：
(1)Kubernetes的最小管理单元pod配置虚拟机的主机名称；
(2)通过注册表configmap注入ssh的keys；
(3)将Openstack镜像中的网络设置转换成对pod的网络设置；
(4)将其它元数据通过kubernets的注册表configmap功能写入虚拟机；
(5)将卷的挂载转换成对pod的卷挂载；
(6)通过注册表configmap完成自定义的元数据和用户脚本注入。
Kubernets完成上述处理就完成了一个openstack镜像的初始化，基于此，根据openstack支持的镜像格式来创建运行在Kubernets之下的虚拟机。
Kubernetes虚拟机容器云通过实现一个新的CRI(容器运行时接口)插件FitVirtManager来提供对虚拟机的支持；参照图4所示意的，kubelet通过CRI接口对FitVirtManager模块进行交互，FitVirtManager通过libvirt对虚拟机进行生命周期管理，通过CNI插件将VM网络先配置好，再通过vmwrapper跟虚拟机进行通信。
在一个实施例中，FitVirtManager插件用于实现以下功能：
建立基于libvirt的虚拟机环境，包括虚拟设备、网络接口、CPU、RAM资源；通过CNI(容器网络接口)接口注册网络配置信息；
注册中间层vmmidinterface(虚机包装界面)到libvirt，使得libvirt调用时调用vmmidinterface而不是直接调用qemu模拟器；通过libvirt管理虚拟机的生命周期。
本发明提出来用容器云来兼容openstack，将以往在电信云openstack上运行的应用通过API接口转接到kubernetes容器云上继续运行，这样上层业务不用改动；通过兼容openstack的qcow2格式的镜像来实现linux系统和非linux系统在边缘计算环境的统一；在边缘场景下不仅有电信云网元，还有其他的一些应用比如智慧城市、语音分析、物联网等应用需要容器云；在这种场景需求下，为了不改变上层虚拟化网元网管VNFM和网络功能虚拟化编排器NFVO已有的管理系统，本发明的一个实施例中通过实现一套北向接口转接层次将原来的基于Openstack的API转接成对Kubernetes的调用；通过API转接、在kubernetes里开发CRI插件方式进行扩展，实现openstack计算虚拟化的功能；将电信云网元上的业务放到容器云上处理，使得网元和其他应用均可以通过统一的容器云平台来提供服务。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻量电信云边缘计算系统架构，其特征在于，包括电信云网元管理系统、边缘应用管理系统以及基于kubernetes的虚机容器云系统；在电信云网元管理系统与基于kubernetes的虚机容器云系统之间通过接口实现基于kubernetes的虚机容器云系统对openstack镜像的兼容；
所述电信云网元管理系统与边缘应用管理系统之间具有通信连接，边缘应用管理系统与基于kubernetes的虚机容器云系统之间具有通信连接；
所述基于kubernetes的虚机容器云系统提供虚拟机，用于结合电信云网元管理系统对电信云网元进行网元实例化和网元的管理编排；所述边缘应用管理系统采用基于kubernetes的虚机容器云系统来管理编排所接入的边缘应用；通过kubernetes提供的资源调度管理机制实现对电信网元业务和边缘应用的统一调度。
2.如权利要求1所述的轻量电信云边缘计算系统架构，其特征在于，基于kubernetes的虚机容器云系统将云数据、用户数据注入到经Kubernetes管理的虚拟机中，根据openstack支持的镜像格式来创建运行在Kubernets的虚拟机，在虚拟机启动时载入云数据、用户数据以实现对opnestack镜像的兼容。
3.如权利要求1或2所述的轻量电信云边缘计算系统架构，其特征在于，Kubernets将云数据、用户数据注入到经Kubernetes管理的虚拟机中，实现对openstack镜像的初始化，具体包括：
(1)通过Kubernetes的最小管理单元pod配置虚拟机的主机名称；
(2)通过注册表configmap注入ssh的keys；
(3)将Openstack镜像中的网络设置转换成对pod的网络设置；
(4)将其它元数据通过kubernets的注册表configmap写入虚拟机；
(5)将卷的挂载转换成对pod的卷挂载；
(6)通过注册表configmap完成自定义的元数据和用户脚本注入。
4.如权利要求1或2所述的轻量电信云边缘计算系统架构，通过一套北向接口转接层次将原来的基于Openstack的API转接成对Kubernetes的调用；通过API转接、在kubernetes里开发CRI插件的方式进行扩展，实现openstack计算虚拟化的功能；将电信云网元上的业务放到容器云上处理，使得网元和其他应用均可以通过统一的容器云平台来提供服务。
5.如权利要求4所述的轻量电信云边缘计算系统架构，其特征在于，通过所构建的kubernets的容器运行时接口插件CRI、容器网络接口插件CNI实现对虚拟机的支持；
具体地，节点代理kubelet通过CRI插件接口与FitVirtManager模块进行交互，FitVirtManager模块通过libvirt模块对虚拟机进行生命周期管理；节点代理kubelet通过CNI插件将VM网络先配置好，通过vmmidinterface模块与跟虚拟机进行通信。
6.如权利要求5所述的轻量电信云边缘计算系统架构，其特征在于，FitVirtManager模块用于建立基于libvirt的虚拟机环境，通过容器网络接口注册网络配置信息；注册中间层虚机包装界面到libvirt，使得libvirt调用时调用vmmidinterface而不是直接调用qemu模拟器；通过libvirt管理虚拟机的生命周期。
7.一种轻量电信云边缘计算系统架构的实现方法，其特征在于，在电信云网元管理系统与基于kubernetes的虚机容器云系统之间通过接口实现基于kubernetes的虚机容器云系统对openstack镜像的兼容；
通过基于kubernetes的虚机容器云系统提供虚拟机对电信云网元进行网元实例化和网元的管理编排，并管理编排所接入的边缘应用；通过kubernetes提供的资源调度管理机制实现对电信网元业务和边缘应用的统一调度。
8.如权利要求7所述的轻量电信云边缘计算系统架构的实现方法，，其特征在于，基于kubernetes的虚机容器云系统将云数据、用户数据注入到经Kubernetes管理的虚拟机中，根据openstack支持的镜像格式来创建运行在Kubernets的虚拟机，在虚拟机启动时载入云数据、用户数据以实现对opnestack镜像的兼容。
9.如权利要求8所述的轻量电信云边缘计算系统架构的实现方法，其特征在于，通过一套北向接口转接层次将基于Openstack的API转接成对Kubernetes的调用；通过API转接、在kubernetes里开发的CRI插件进行扩展，实现openstack计算虚拟化；将电信云网元上的业务放到容器云上处理，使得网元和其他应用均通过统一的容器云平台来提供服务。
10.如权利要求9所述的轻量电信云边缘计算系统架构的实现方法，其特征在于，通过所构建的kubernets的容器运行时接口插件CRI、容器网络接口插件CNI实现对虚拟机的支持；
具体地，节点代理kubelet通过CRI插件接口与FitVirtManager模块进行交互，FitVirtManager模块通过libvirt模块对虚拟机进行生命周期管理；节点代理kubelet通过CNI插件将VM网络先配置好，通过vmwrapper模块与跟虚拟机进行通信。
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