CN112565415B - 一种基于云边协同的跨地域资源纳管系统和纳管方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于云边协同的跨地域资源纳管系统和纳管方法，该系统包括部署在云端节点的云核心组件、云边协同组件和消息分发组件，以及部署在边缘侧的包括若干边缘计算节点的若干边缘区域，每个边缘计算节点均包括边云协同组件和持久化数据库。当云边断网情况下，云边协同组件通过边缘探活方式检测边缘计算节点是否宕机，从而拦截驱逐消息；且当云边断网情况下，位于一个边缘区域内的各个边缘计算节点根据配置信息选举出一个边缘计算节点同时作为边缘侧管控中心，负责云边断网期间该边缘区域内的元数据的集群管理和任务调度。本发明将分布在各地的计算资源充分利用起来，能更高效地处理海量的数据。
Description
技术领域
本发明涉及边缘计算领域，具体涉及一种基于云边协同的跨地域资源纳管系统和纳管方法。
背景技术
目前，随着万物互联的快速发展以及广泛应用，大型企业日常业务需要处理的数据量已经越来越大。基于大型企业业务范围覆盖范围广的特点，其产生的业务数据往往在地理上非常分散，并且大型企业对数据处理的响应时间以及隐私安全性都有了更高的要求。传统的云计算模式，将数据上传至云端统一处理，已经无法满足需求。传统云计算虽然为数据提供了高效的处理计算平台，但是依旧有两个棘手的问题，其一是带宽受限、延迟高，因为大型企业用户基数巨大，数据规模成倍增长，全部上传至云端处理带宽存在瓶颈，且实时性无法得到保证。其二是数据隐私容易在传输过程中泄露。这两个瓶颈都不是在短期内能解决的，所以需要一种针对大型企业在海量数据的背景下进行资源处理的方式，其主要内容就是在云中心去纳管不同地区的计算资源，将本地的业务数据在边缘侧进行处理，从而保证实时性业务需求，脱敏后将必要的数据进行上传，减轻云端的压力和云边的带宽压力。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于云边协同的跨地域资源纳管系统和纳管方法，具体技术方案如下：
一种基于云边协同的跨地域资源纳管系统，该系统包括：
部署在云端节点的云核心组件、云边协同组件和消息分发组件，所述云核心组件为Kubernetes云上相关组件，用于管理集群、存储集群相关元数据；所述云边协同组件用于与边缘计算节点进行数据同步和边缘计算节点探活；所述消息分发组件用于根据所述云边协同组件的命令将云上相关元数据可靠地下发到对应的边缘节点；
部署在边缘侧的若干边缘区域，每个边缘区域中包括若干边缘计算节点，每个边缘计算节点均包括边云协同组件和持久化数据库，所述边云协同组件负责执行从云端的消息分发组件发来的命令，并负责业务容器的生命周期管理以及将云上的元数据缓存在所述持久化数据库中；且当云边断网情况下，位于一个边缘区域内的各个边缘计算节点根据配置信息选举出一个边缘计算节点同时作为边缘侧管控中心，负责云边断网期间该边缘区域内的元数据的集群管理和任务调度。
进一步地，所述边缘侧管控中心通过如下方式被选出：在边缘区域内部，边云协同组件获取本节点的配置如CPU、内存大小、磁盘大小、网络状况后，将配置信息告诉区域内部剩余节点，此时每个边缘计算节点的边云协同组件根据区域内节点的配置信息选举出最合适的节点作为边缘侧管控中心。
进一步地，所述的边缘计算节点探活具体为：
当云边协同组件检测到某个边缘计算节点为not ready状态时，则给该边缘计算节点所在区域的其他若干个正常的邻近节点发送探测命令，则这些邻近节点向not ready的边缘计算节点发送探测包确认该节点是否存活，并将探测结果上报给云端的云边协同组件；当云端知道该not ready状态的边缘计算节点未宕机时，云端不会驱逐该节点上的pod，允许其继续提供服务。
进一步地，当所述的云边协同组件与边缘计算节点的数据不同步时，则云边协同组件使用相关补偿算法生成对应事件，通过消息分发组件下发给对应的边缘计算节点的边云协同组件弥补差异。
进一步地，该系统还包括部署在云端的可视化管控平台，用于可视化展示集群的状态。
一种基于云边协同的跨地域资源纳管方法，该方法基于上述的系统实现，在云边网络正常连接情况下，由云端节点的云核心组件和云边协同组件负责各个边缘区域内服务器上的业务调度，由云端的消息分发组件可靠地将命令及pod资源对象下发到对应的边缘节点；边缘节点根据命令及pod资源对象可以将pod运行在本节点。云边协同组件根据设定的时间间隔定期检查边缘计算节点的数据库中的资源对象是否为最新；
若云边网络若短时间断联，导致最后云边状态不一致时，则云边协同组件使用相关补偿算法生成对应事件，通过消息分发组件下发给对应的边缘计算节点的边云协同组件来弥补差异；
若云边网络长时间断联，即边缘计算节点的状态为not ready，则云边协同组件向边缘计算节点所在区域的其他若干个正常的邻近节点发送探测命令，则这些邻近节点向not ready的边缘计算节点发送探测包确认该节点是否存活，并将探测结果上报给云端协同组件。当云端知道该not ready状态的边缘计算节点未宕机时，云端不会驱逐该节点上的pod，允许其继续提供服务。
本发明的有益效果如下：
本发明的基于云边协同的跨地域资源纳管系统，基于云边协同的思想，能够解决在跨地域时由网络不稳定导致的集群错误。本发明解决了跨地域计算资源管理的痛点，将分布在各地的计算资源充分利用起来，能更高效地处理海量的数据。
附图说明
图1为本发明的基于云边协同的跨地域资源纳管系统的示意图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，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。
如图1所示，本发明的基于云边协同的跨地域资源纳管系统，包括如下模块：
部署在云端节点的云核心组件、云边协同组件、消息分发组件和可视化平台，其中，核心组件为Kubernetes云上相关组件，用于管理集群、存储集群相关元数据；所述云边协同组件用于与边缘计算节点进行数据同步和边缘计算节点探活；所述消息分发组件用于根据所述云边协同组件的命令将云上相关元数据可靠地下发到对应的边缘节点；可视化管控平台用于将集群的状态进行可视化展示，方便用户对整个集群进行操控，同时实现云边协同组件内各类数据的高效汇总，使用户快速地在各类信息中发现各种异常指标，及时进行干预。
部署在边缘侧的若干边缘区域，每个边缘区域中包括若干边缘计算节点，每个边缘计算节点均包括边云协同组件和持久化数据库，所述边云协同组件负责将云上下发的元数据存储在所述持久化数据库中，负责边缘侧管控中心的选举以及边缘节点探活；且当云边断网情况下，位于一个边缘区域内的各个边缘计算节点根据CPU、内存大小、磁盘大小、网络状况等信息选举出一个边缘计算节点同时作为边缘侧管控中心，该管控中心会在选举成功后运行调度器、控制器等必要组件，接管云端核心组件的职责，负责云边断网期间该边缘区域内的元数据的管理、集群管理和任务调度。管理员可以在边缘侧通过管控中心对元数据进行调控从而干预边缘侧集群的任务调度。当边缘侧和云上网络恢复时候，管理员可以根据业务的需求去指定如何同步元数据，默认边缘侧从云端获取最新数据覆盖更新到边缘计算节点的数据库。
边缘侧管控中心通过如下方式被选出：在边缘区域内部，边云协同组件获取本节点的配置如CPU、内存大小、磁盘大小、网络状况后，将配置信息告诉区域内部剩余节点，此时每台边缘计算节点的边云协同组件根据区域内节点的配置信息选举出最合适的节点作为边缘侧管控中心。
若边缘计算节点和云端的控制中心之间的网络断联，但边缘节点正常且跑在上面的业务容器可以正常提供服务，此时云中心不应对边缘容器进行驱逐而是让边缘侧进行边缘自治。该场景下，可以通过从云端拦截下发到边缘侧的驱逐消息的方式，来限制驱逐。另外，在大型企业的业务场景中，业务容器通常和边缘设备具有依赖性，即业务容器依赖边缘节点的特定设备，需尽可能保证业务容器跑在合适的边缘计算节点上。由于边缘计算节点not ready状态可能由两种情况导致，一种是云边网络断联，另一种是边缘侧节点宕机，云边网络断联这种情况需要限制驱逐进行边缘自治。云端自身没有能力区分是哪种原因导致not ready，因此需要进行边缘计算节点探活。所述的边缘计算节点探活具体为：
当云边协同组件检测到某个边缘计算节点为not ready状态时，则给该边缘计算节点所在区域的其他若干个正常的邻近节点发送探测命令，则这些邻近节点向not ready的边缘计算节点发送探测包确认该节点是否存活，并将探测结果上报给云端协同组件；当云端知道该not ready状态的边缘计算节点未宕机时，云端不会驱逐该节点上的pod，允许其继续提供服务。
所述的数据同步具体为：
云边网络若短时间断联，云边状态可能不一致，云端的云边协同组件会根据设定的时间间隔定期检查边端状态是否为最新的，当所述的云边协同组件与边缘计算节点的数据不同步时，则云边协同组件使用相关补偿算法生成对应事件，通过消息分发组件下发给对应的边缘计算节点的边云协同组件弥补差异。边端的云边协同组件收到来自云端的消息后，负责将边端的状态更新至最新的期望状态。
边缘设备负责采集嵌入式设备的相关数据信息，随后在本地对数据进行预处理、脱敏后，仅将必要的数据上传至云端，减轻云边的带宽压力。
本发明的基于云边协同的跨地域资源纳管方法，该方法基于上述的纳管系统实现，在云边网络正常连接情况下，由云端节点的云核心组件和云边协同组件负责各个边缘区域内服务器上的业务调度，由云端的消息分发组件可靠地将命令及资源对象下发到对应的边缘节点；边缘节点根据命令及pod资源对象可以将pod运行在本节点。云边协同组件根据设定的时间间隔定期检查边缘计算节点的数据库中的资源对象是否为最新；
若云边网络短时间断联，导致最后云边状态不一致时，则云边协同组件使用相关补偿算法生成对应事件，通过消息分发组件下发给对应的边缘计算节点的边云协同组件弥补差异；
若云边网络长时间断联，即边缘计算节点的状态为not ready，则云边协同组件向边缘计算节点所在区域的其他若干个正常的邻近节点发送探测命令，则这些邻近节点向not ready的边缘计算节点发送探测包确认该节点是否存活，并将探测结果上报给云端协同组件；当云端知道该not ready状态的边缘计算节点未宕机时，云端不会驱逐该节点上的pod，允许其继续提供服务。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于云边协同的跨地域资源纳管系统，其特征在于，该系统包括：
部署在云端节点的云核心组件、云边协同组件和消息分发组件，所述云核心组件为Kubernetes云上相关组件，用于管理集群、存储集群相关元数据；所述云边协同组件用于与边缘计算节点进行数据同步和边缘计算节点探活；所述消息分发组件用于根据所述云边协同组件的命令将云上相关元数据可靠地下发到对应的边缘节点；
部署在边缘侧的若干边缘区域，每个边缘区域中包括若干边缘计算节点，每个边缘计算节点均包括边云协同组件和持久化数据库，所述边云协同组件负责执行从云端的消息分发组件发来的命令，并负责业务容器的生命周期管理以及将云上的元数据缓存在所述持久化数据库中；且当云边断网情况下，位于一个边缘区域内的各个边缘计算节点根据配置信息选举出一个边缘计算节点同时作为边缘侧管控中心，负责云边断网期间该边缘区域内的元数据的集群管理和任务调度。
2.根据权利要求1所述的基于云边协同的跨地域资源纳管系统，其特征在于，所述边缘侧管控中心通过如下方式被选出：在边缘区域内部，边云协同组件获取本节点的配置如CPU、内存大小、磁盘大小、网络状况后，将配置信息告诉区域内部剩余节点，此时每个边缘计算节点的边云协同组件根据区域内节点的配置信息选举出最合适的节点作为边缘侧管控中心。
3.根据权利要求2所述的基于云边协同的跨地域资源纳管系统，其特征在于，所述的边缘计算节点探活具体为：
当云边协同组件检测到某个边缘计算节点为not ready 状态时，则给该边缘计算节点所在区域的其他若干个正常的邻近节点发送探测命令，则这些邻近节点向not ready 的边缘计算节点发送探测包确认该节点是否存活，并将探测结果上报给云端的云边协同组件；当云端知道该not ready状态的边缘计算节点未宕机时，云端不会驱逐该节点上的pod，允许其继续提供服务。
4.根据权利要求3所述的基于云边协同的跨地域资源纳管系统，其特征在于，当所述的云边协同组件与边缘计算节点的数据不同步时，则云边协同组件使用相关补偿算法生成对应事件，通过消息分发组件下发给对应的边缘计算节点的边云协同组件弥补差异。
5.根据权利要求1所述的基于云边协同的跨地域资源纳管系统，其特征在于，该系统还包括部署在云端的可视化管控平台，用于可视化展示集群的状态。
6.一种基于云边协同的跨地域资源纳管方法，其特征在于，该方法基于权利要求4所述的系统实现，在云边网络正常连接情况下，由云端节点的云核心组件和云边协同组件负责各个边缘区域内服务器上的业务调度，由云端的消息分发组件可靠地将命令及pod资源对象下发到对应的边缘节点；边缘节点根据命令及pod资源对象可以将pod运行在本节点；云边协同组件根据设定的时间间隔定期检查边缘计算节点的数据库中的资源对象是否为最新；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A cross regional resource management system and management method based on cloud edge collaboration Granted publication date: 20220531 Pledgee: Guotou Taikang Trust Co.,Ltd. Pledgor: HANGZHOU HARMONYCLOUD TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980004921 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |