CN112565416B - 基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统及其纳管方法 - Google Patents

基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统及其纳管方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统及其纳管方法，纳管系统包括部署在云端的K8S Master、云端安卓应用部署资源控制器、云端元数据存储库、安卓应用apk存储库，以及部署在边端的边缘节点代理模块、安卓应用部署CRI运行时模块、边缘元数据存储库。本发明基于主流容器编排操作系统K8S，能够实现安卓设备大规模管理，跨地域接入，且能够实现应用远程部署升级。

Description

基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统及其纳管方法
技术领域
本发明涉及边缘计算和安卓设备交叉领域，具体涉及一种基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统及其纳管方法。
背景技术
随着5G时代的来临，物联网设备数量快速上升，而其中有大量的设备基于Android操作系统，例如车联网车载终端、智慧教室多媒体终端、自动贩卖机可视化终端等等。目前的安卓群控系统有如下几个特点：
(1)旨在通过模拟用户操作而实现与安卓设备批量交互；
(2)设备接入距离短，通过USB/WIFI实现电脑与安卓设备相联通；
(3)设备连接规模小，至多为数十至一百台级别；
(4)无法支持需要同步的复杂并行应用部署。
目前的大规模服务器节点通常采用Kubernetes技术。其中，Kubernetes是一个分布式集群，由管理节点(Master-node)和节点(node)组成。Master-node主要运行着应用程序编程接口服务器(application programming interface server，apiserver)、调度程序(scheduler)、控制器(controller)、存储器(etcd)等核心组件，node主要运行着kubelet，容器运行时等组件。Master-node和node通过声明命令的方式进行交互完成对资源的管理。K8S作为一套主流的分布式容器编排管理系统，提供了普遍使用的例如复杂部署、扩展、负载均衡、日志记录、监控等方案。
但是目前接入K8S的大多为基于Linux系统的x86服务器。对于广泛服务于物联网的安卓设备，目前还未有一个成熟可用的K8S平台接入方案，这导致了成熟而强大的K8S调度管理能力无法复用到安卓设备群上。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开一种基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统及其纳管方法，
一种基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统，该系统包括部署在云端的K8SMaster、云端安卓应用部署资源控制器、云端元数据存储库、安卓应用apk存储库，以及部署在边端的边缘节点代理模块、安卓应用部署CRI运行时模块、边缘元数据存储库；
所述K8S Master用于处理用户创建部署安卓应用所需要的声明式数据，并将其存储在云端元数据存储库，供云端安卓应用部署资源控制器拉取；
所述云端安卓应用部署资源控制器用于控制边缘节点的接入，监控安卓应用部署资源数据并将其分发到不同的边缘节点的边缘元数据存储库；
所述安卓应用apk存储库用于存储用户上载的安卓应用apk，以供边缘节点拉取；
所述边缘节点代理模块通过云端安卓应用部署资源控制器接入k8s Master；根据边缘元数据存储库中的安卓应用部署资源数据运行相应的安卓应用，并确保实际运行状态同声明状态一致，达到管控安卓设备上安卓应用的生命周期的目的；
所述安卓应用部署CRI运行时模块对接所述边缘节点代理模块，负责具体安卓设备adbd服务的调用，以执行边缘节点代理模块下发的安卓应用生命周期管控命令及安卓应用apk生命周期管控的命令；安卓应用apk生命周期管控命令包括通过调用安卓操作系统adbd服务从安卓应用apk存储库下载安卓应用apk，以及安卓应用apk的安装、卸载；
所述边缘元数据存储库用于持久化存储安卓应用部署资源数据，确保网络断连重启下，节点应用能恢复运行。
进一步地，所述安卓应用部署CRI运行时模块包括两大类线程；
一类为应用生命周期管理指令处理线程，负责将所述边缘节点代理模块发来的关于应用生命周期管理的指令解释成对应的adb指令，最终调用安卓操作系统adbd服务，完成安卓应用的生命周期管理操作；
一类为应用apk管理指令处理线程，负责将边缘节点代理模块发来的关于安卓应用apk管理指令解释成对应的adb命令，最终调用安卓操作系统adbd服务来完成安卓应用apk的管理。
一种基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管方法，该方法包括如下步骤：
S1：云端部署K8S Master、云端安卓应用部署资源控制器、云端元数据存储库、安卓应用apk存储库，边缘安卓设备部署边缘节点代理模块、安卓应用部署CRI运行时模块、边缘元数据存储库；然后将边缘节点代理模块连接至云端安卓应用部署资源控制器，并将其注册进K8S Master，以节点类型存储在云端元数据存储库中；
S2：K8S Master接收用户创建的安卓应用部署资源数据，并将其存储至云端元数据存储库中，该声明包括安卓应用运行所期望的状态，以及安卓应用运行当前的状态；
S3：所述安卓应用部署资源数据的创建事件被云端安卓应用部署资源控制器所监测到，并将安卓应用部署资源数据分发到对应的边缘安卓设备；
S4：所述的边缘安卓设备上的边缘节点代理模块在接收到所述安卓应用部署资源数据后，首先将其持久化存储到边缘元数据存储库；
S5：所述边缘节点代理模块，根据云边网络状况，自动切换安卓应用部署资源数据的获取来源；在云端与边端网络良好时，边缘节点代理模块从云端安卓应用部署资源控制器获取安卓应用部署资源数据；在云端与边端网络断开时，边缘节点代理模块从边缘元数据存储库获取安卓应用部署资源数据；
S6：所述边缘节点代理模块根据获取的安卓应用部署资源数据和调用安卓应用CRI运行时模块获取的安卓应用实时状态数据，持久循环检测两者是否保持一致，如果不一致，则向安卓应用CRI运行时模块下发调控指令，所述安卓应用部署CRI运行时模块根据调控指令调用安卓操作系统adbd服务，从云端安卓应用apk存储库中下载安装apk，启动对应安卓应用，调整安卓应用的实时状态同声明状态一致；安卓应用部署CRI运行时模块实时更新所述安卓应用部署资源数据当前的状态，回传上报至云端。
本发明的有益效果如下：
本发明的基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统及其纳管方法，基于主流容器编排操作系统K8S，能够实现安卓设备大规模管理，跨地域接入，且能够实现应用远程部署升级。
附图说明
图1为安卓设备纳管系统架构图；
图2为安卓应用CRI运行时模块设计图。
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，本发明的基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统，包括部署在云端的K8S Master、云端安卓应用部署资源控制器、云端元数据存储库、安卓应用apk存储库，以及部署在边端的边缘节点代理模块、安卓应用部署CRI运行时模块、边缘元数据存储库。下面对各个模块进行详细介绍。
1.K8S master
用户通过K8S入口，创建部署安卓应用的所需要的资源数据，供云端安卓应用部署资源控制器拉取。
安卓应用部署资源数据是本发明的核心，作为K8S的一种自定义资源，以字段app-spec声明了某一具体安卓应用运行所期望的状态，同时以字段app-status记录实际运行的状态。
安卓应用运行所期望的状态包括但不限于：
(1)该安卓应用部署在哪一个节点上；
(2)该安卓应用基于哪个特定安卓应用apk；
(3)该安卓应用的启动策略和重启策略；
(4)该安卓应用占用的网络IP和端口号等；
(5)该安卓应用的运行优先级。
2.云端安卓应用部署资源控制器
云端安卓应用部署资源控制器用于控制边缘节点的接入，并通过K8S官方建议的CRD Operator方式监控存储在云端元数据存储库的安卓应用部署资源数据的创建、更新、删除事件，根据安卓应用部署资源数据声明的部署节点，将事件内部的具体安卓应用部署资源数据分发到不同的边缘安卓设备上。
3.安卓应用apk存储库
存储用户上载的安卓应用apk，以供边缘节点拉取。
4.边缘节点代理模块
边缘节点代理模块负责管控节点上安卓应用的部署运行生命周期，其通过云端安卓资源控制器接入K8S平台，在接收到到安卓应用部署资源数据后，首先将之存储在边端数据库中，再根据资源数据所声明的状态，通过调用安卓应用部署CRI运行时模块，从安卓应用APK云上存储库中下载相应的安卓应用APK，安装后运行相应的应用，并实时监控安卓应用的运行状态，确保安卓应用的运行状态同安卓应用部署资源数据中所声明的一致。
另一方面边缘节点代理模块实时监控安卓设备的运行情况，并上报云端安卓应用资源控制器汇集存储至云端元数据存储库。
边缘节点代理模块声明了一种接口称之为Container Runtime Interface(容器运行时接口)，通常的容器运行时比如Docker、CRI-O均符合此接口定义，从而被边缘节点代理模块所调用，执行管控应用与应用镜像生命周期的操作，安卓应用没有镜像概念，这里使用惯用词安卓应用apk便于理解。
5.边缘元数据存储库
边缘元数据存储库中存储着安卓应用部署资源数据，确保离线重启下，边缘节点代理模块仍然能从边缘元数据存储库中获取离线重启前，节点上已经运行的安卓应用部署资源数据，从而保障安卓应用的持续运行。
6.安卓应用部署CRI运行时模块
安卓应用部署CRI运行时是本发明的核心。如图2所示，安卓应用部署CRI运行时模块同样符合了CRI接口定义，其内包含两大类线程，一类为应用生命周期管理指令处理线程，负责将边缘节点代理模块发来的关于应用生命周期管理的指令解释成对应的adb指令，最终调用安卓操作系统adbd服务，完成安卓应用的生命周期管理操作，如启动、停止应用等；一类为应用apk管理指令处理程序线程，负责将边缘节点代理模块发来的关于安卓应用apk管理指令解释成对应的adb命令，最终调用安卓操作系统adbd服务来完成安卓应用apk的管理，如下载、安装、卸载apk等。
使用本系统纳管边缘安卓设备，在边缘启动安卓应用包括如下步骤：
S1：云端部署K8S Master、云端安卓应用部署资源控制器、云端元数据存储库、安卓应用apk存储库，边缘安卓设备部署边缘节点代理模块、安卓应用部署CRI运行时模块、边缘元数据存储库；然后将边缘节点代理模块连接至云端安卓应用部署资源控制器，并将其注册进K8S Master，以节点类型存储在云端元数据存储库中；节点类型nodestatus记录了安卓设备的状态，包括各计算资源占用情况和已经运行的应用实例数等关键指标。
S2：K8S Master接收用户创建的安卓应用部署资源数据，并将其存储至云端元数据存储库中，该声明包括安卓应用运行所期望的状态app-spec，以及安卓应用运行当前的状态app-status；
S3：所述安卓应用部署资源数据的创建事件被云端安卓应用部署资源控制器所监测到，根据创建事件中安卓应用部署资源数据终端的app-spec中的node-name字段值，将安卓应用部署资源数据分发到对应的边缘安卓设备；
S4：所述的边缘安卓设备上的边缘节点代理模块在接收到所述安卓应用部署资源数据后，首先将其持久化存储到边缘元数据存储库；
S5：所述边缘节点代理模块，根据云边网络状况，自动切换安卓应用部署资源数据的获取来源；在云端与边端网络良好时，边缘节点代理模块从云端安卓应用部署资源控制器获取安卓应用部署资源数据；在云端与边端网络断开时，边缘节点代理模块从边缘元数据存储库获取安卓应用部署资源数据；如果对应安卓设备计算资源不充足，向用户返回节点创建失败事件。
S6：所述边缘节点代理模块根据获取的安卓应用部署资源数据和调用安卓应用CRI运行时模块获取的安卓应用实时状态数据，持久循环检测两者是否保持一致，如果不一致，则向安卓应用CRI运行时模块下发调控指令，所述安卓应用部署CRI运行时模块根据调控指令调用安卓操作系统adbd服务，从云端安卓应用apk存储库中下载安装apk，启动对应安卓应用，调整安卓应用的实时状态同声明状态一致，安卓应用部署CRI运行时模块实时更新所述安卓应用部署资源数据当前的状态，回传上报至云端；
所述边缘节点代理模块调用安卓应用CRI运行时模块获取的安卓应用实时状态数据包括CPU占用情况、已运行应用数等，回传上报至云端安卓应用资源控制器；
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 (3)

1. 一种基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统，其特征在于，该系统包括部署在云端的K8S Master、云端安卓应用部署资源控制器、云端元数据存储库、安卓应用apk存储库，以及部署在边端的边缘节点代理模块、安卓应用部署CRI运行时模块、边缘元数据存储库；
所述K8S Master用于处理用户创建部署安卓应用所需要的资源数据，并将其存储在云端元数据存储库，供云端安卓应用部署资源控制器拉取；所述资源数据包括安卓应用运行所期望的状态以及安卓应用运行当前的状态；
所述云端安卓应用部署资源控制器用于控制边缘节点的接入，监控安卓应用部署资源数据并将其分发到不同的边缘节点的边缘元数据存储库；
所述安卓应用apk存储库用于存储用户上载的安卓应用apk，以供边缘节点拉取；
所述边缘节点代理模块通过云端安卓应用部署资源控制器接入k8s Master；根据边缘元数据存储库中的安卓应用部署资源数据运行相应的安卓应用，并确保实际运行状态同安卓应用运行所期望的状态一致，达到管控安卓设备上安卓应用的生命周期的目的；
所述安卓应用部署CRI运行时模块对接所述边缘节点代理模块，负责具体安卓设备adbd服务的调用，以执行边缘节点代理模块下发的应用生命周期管理指令及应用apk管理指令；应用apk管理指令包括通过调用安卓操作系统adbd服务从安卓应用apk存储库下载安卓应用apk，以及安卓应用apk的安装、卸载；
所述边缘元数据存储库用于持久化存储安卓应用部署资源数据，确保网络断连重启下，节点应用能恢复运行。
2.根据权利要求1所述的基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管系统，其特征在于，所述安卓应用部署CRI运行时模块包括两大类线程；
一类为应用生命周期管理指令处理线程，负责将所述边缘节点代理模块发来的关于应用生命周期管理的指令解释成对应的adb指令，最终调用安卓操作系统adbd服务，完成安卓应用的生命周期管理操作；
一类为应用apk管理指令处理线程，负责将边缘节点代理模块发来的关于安卓应用apk管理指令解释成对应的adb命令，最终调用安卓操作系统adbd服务来完成安卓应用apk的管理。
3.一种基于云原生的大规模边缘安卓设备纳管方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1：云端部署K8S Master、云端安卓应用部署资源控制器、云端元数据存储库、安卓应用apk存储库，边缘安卓设备部署边缘节点代理模块、安卓应用部署CRI运行时模块、边缘元数据存储库；然后将边缘节点代理模块连接至云端安卓应用部署资源控制器，并将其注册进K8S Master，以节点类型存储在云端元数据存储库中；
S2：K8S Master接收用户创建的安卓应用部署资源数据，并将其存储至云端元数据存储库中，所述资源数据包括安卓应用运行所期望的状态，以及安卓应用运行当前的状态；
S3：所述安卓应用部署资源数据的创建事件被云端安卓应用部署资源控制器所监测到，并将安卓应用部署资源数据分发到对应的边缘安卓设备；
S4：所述的边缘安卓设备上的边缘节点代理模块在接收到所述安卓应用部署资源数据后，首先将其持久化存储到边缘元数据存储库；
S5：所述边缘节点代理模块，根据云边网络状况，自动切换安卓应用部署资源数据的获取来源；在云端与边端网络良好时，边缘节点代理模块从云端安卓应用部署资源控制器获取安卓应用部署资源数据；在云端与边端网络断开时，边缘节点代理模块从边缘元数据存储库获取安卓应用部署资源数据；
S6：所述边缘节点代理模块根据获取的安卓应用部署资源数据和调用安卓应用CRI运行时模块获取的安卓应用实时状态数据，持久循环检测两者是否保持一致，如果不一致，则向安卓应用CRI运行时模块下发调控指令，所述安卓应用部署CRI运行时模块根据调控指令调用安卓操作系统adbd服务，从云端安卓应用apk存储库中下载安装apk，启动对应安卓应用，调整安卓应用的实时状态同安卓应用运行所期望的状态一致；安卓应用部署CRI运行时模块实时更新所述安卓应用部署资源数据当前的状态，回传上报至云端。
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Granted publication date: 20220510

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Registration number: Y2024980003766

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