CN112860435A - 一种5g场景下解决边缘节点可用性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种5G场景下解决边缘节点可用性的方法，所述的方法基于原生kubernetes，在Master节点新增一个数据控制器，在边缘节点增加一个缓存组件。本发明有益效果为，缓存组件会代理Worker节点kubelet对Master节点的请求，并在集群网络故障时充当心跳服务器，防止Worker进行Pod驱逐。

Description

一种5G场景下解决边缘节点可用性的方法
技术领域
本发明涉及计算机领域中的云计算领域，特别涉及一种5G场景下边缘节点可用性的方法。
背景技术
Kubernetes是自动化容器操作的开源平台，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。一般而言一个Kubernetes集群由多台主机构成，主机分为Master和Worker两种角色，Master角色负责集群管控和容器的调度，Worker节点承载实际的应用负载。集群中运行的业务应用会以统一的格式储存在Master节点的数据库中，Worker会定时去拉取数据并缓存在本地。另外Worker节点会定时上报自身状态，以便Master节点在感知到Worker节点发生故障后可以及时将应用负载转移到其他可用Worker节点，实现业务的重启。Worker节点在向Master上报自身状态失败后会认为自身已经脱离集群，会将自身运行的应用负载“驱逐”，即删除停止业务运行并删除相应容器。在一个中心加边缘侧部署的Kubernetes集群中，边缘节点可以依托5G网络的边缘侧对外提供服务，业务流量不必流向中心网，提高了整个网络的处理能力。在这种场景下，Worker节点与Master节点之间的通信故障不意味Worker节点无法对外提供服务，但是Worker节点依然会对自身运行的应用负载进行驱逐。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种5G场景下解决边缘节点可用性的方法。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种5G场景下解决边缘节点可用性的方法，基于原生kubernetes，在Master节点新增一个数据控制器，在边缘节点增加一个缓存组件。
数据控制器通过kubernetes提供的API监测边缘节点状态，当集群网络故障时，控制器开始监听Kubernetes集群etcd数据库变更，并将变更通过5G无线网络推送到边缘Worker节点的缓存组件。
数据控制器定时从Kubernetes集群拉取边缘节点状态信息，并在边缘节点与集群出现网络故障后使用专线将集群数据库的变更推送到边缘节点缓存组件。
数据控制器拉取集群边缘节点信息通过调用Kubernetes提供的API实现，当边缘节点状态显示为“NotReady”表示边缘节点已经脱离集群，需要控制器推送集群数据库变更。
边缘节点缓存组件的作用分为两部分：在集群网络正常时，作为透明代理，将边缘节点kubelet对集群的数据库的访问代理到真正的Master节点；在集群网络异常时，缓存Master节点数据控制器推送的集群数据库变更，并返回给节点kubelet。
在集群网络异常时，即当集群网连接出现故障时，边缘节点无法通过集群网络连接拉取集群数据库变更，此时数据控制器会通过专用的5G无线网络将集群数据库变更推送到边缘节点；同时，缓存组件的行为变化为：1)充当心跳服务器，正常返回kubelet的心跳请求，阻止Worker节点因为自身状态异常驱逐Pod；2)接收并缓存数据控制器发送的集群数据库变更，当kubelet查询集群数据库变更时返回缓存的数据；等到集群网络恢复，数据控制器便会停止推送数据库变化，将控制权交回，缓存组件也会开始正常代理kubelet请求。
本发明有益效果为，本发明通过在Master节点增加一个控制器实现和在边缘Worker节点增加一个缓存组件实现。缓存组件会代理Worker节点kubelet对Master节点的请求，并在集群网络故障时充当心跳服务器，防止Worker进行Pod驱逐。缓存组件通过专用5G无线网络与Master节点数据控制器通信，在集群网络故障时，从该专线网络接收集群数据库变更，Worker节点始终从缓存组件拉取集群数据库变更。Master节点控制器定时拉取各个边缘Worker节点的可用性，并在Worker节点不可用时通过5G无线网络推送集群数据库变更到边缘Worker节点的缓存组件。
下面采用附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为实施例中集群的架构图；
图2为实施例中集群网络异常示例图。
具体实施方式
一种5G场景下解决边缘节点可用性的方法，基于原生kubernetes，在Master节点新增一个数据控制器，在边缘节点增加一个缓存组件。
数据控制器通过kubernetes提供的API监测边缘节点状态，当集群网络故障时，控制器开始监听Kubernetes集群etcd数据库变更，并将变更通过5G无线网络推送到边缘Worker节点的缓存组件。
数据控制器定时从Kubernetes集群拉取边缘节点状态信息，并在边缘节点与集群出现网络故障后使用专线将集群数据库的变更推送到边缘节点缓存组件。
数据控制器拉取集群边缘节点信息通过调用Kubernetes提供的API实现，当边缘节点状态显示为“NotReady”表示边缘节点已经脱离集群，需要控制器推送集群数据库变更。
边缘节点缓存组件的作用分为两部分：在集群网络正常时，作为透明代理，将边缘节点kubelet对集群的数据库的访问代理到真正的Master节点；在集群网络异常时，缓存Master节点数据控制器推送的集群数据库变更，并返回给节点kubelet。
在集群网络异常时，即当集群网连接出现故障时，边缘节点无法通过集群网络连接拉取集群数据库变更，此时数据控制器会通过专用的5G无线网络将集群数据库变更推送到边缘节点；同时，缓存组件的行为变化为：1)充当心跳服务器，正常返回kubelet的心跳请求，阻止Worker节点因为自身状态异常驱逐Pod；2)接收并缓存数据控制器发送的集群数据库变更，当kubelet查询集群数据库变更时返回缓存的数据；等到集群网络恢复，数据控制器便会停止推送数据库变化，将控制权交回，缓存组件也会开始正常代理kubelet请求。
Kubernetes集群中位于中心网的Master节点位于边缘网的Worker节点网络连接关系如图1：
边缘节点并不直接与Master节点通信，边缘节点kubelet进程对Master的访问通过缓存组件代理实现。
边缘缓存组件拥有两条网络线路，一条是正常的Kubernetes集群网络，缓存组件优先使用该网络代理kubelet的请求到Master节点。另一条是专用的5G无线网络线路，使用IPv6协议栈，确保Master节点数据控制器可以直接与边缘节点缓存组件通信。
边缘Worker节点kubelet对Master节点的访问将由缓存组件代理，当集群网络可用时，缓存组件将kubelet请求直接代理到Master节点。
当集群网连接出现故障时，边缘节点无法通过集群网络连接拉取集群数据库变更(如图2所示)，此时数据控制器会通过专用的5G无线网络将集群数据库变更推送到边缘节点。同时，缓存组件的行为发生如下变化：
1.充当心跳服务器，正常返回kubelet的心跳请求，阻止Worker节点因为自身状态异常驱逐Pod。
2.接收并缓存数据控制器发送的集群数据库变更，当kubelet查询集群数据库变更时返回缓存的数据。等到集群网络恢复，数据控制器便会停止推送数据库变化，将控制权交回，缓存组件也会开始正常代理kubelet请求。
以上所述的仅是本发明的部分具体实施例(由于本发明的实施例不能穷举，本发明所记载的保护范围以本发明的记载范围和其他技术要点范围为准)，方案中公知的具体内容或常识在此未作过多描述。应当指出，上述实施例不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种5G场景下解决边缘节点可用性的方法，其特征在于，所述的方法基于原生kubernetes，在Master节点新增一个数据控制器，在边缘节点增加一个缓存组件。
2.根据权利要求1所述的5G场景下解决边缘节点可用性的方法，其特征在于，所述的数据控制器通过kubernetes提供的API监测边缘节点状态，当集群网络故障时，控制器开始监听Kubernetes集群etcd数据库变更，并将变更通过5G无线网络推送到边缘Worker节点的缓存组件。
3.根据权利要求1所述的5G场景下解决边缘节点可用性的方法，其特征在于，所述的数据控制器定时从Kubernetes集群拉取边缘节点状态信息，并在边缘节点与集群出现网络故障后使用专线将集群数据库的变更推送到边缘节点缓存组件。
4.根据权利要求1所述的5G场景下解决边缘节点可用性的方法，其特征在于，所述的数据控制器拉取集群边缘节点信息通过调用Kubernetes提供的API实现，当边缘节点状态显示为“NotReady”表示边缘节点已经脱离集群，需要控制器推送集群数据库变更。
5.根据权利要求1所述的5G场景下解决边缘节点可用性的方法，其特征在于，所述的边缘节点缓存组件的作用分为两部分：在集群网络正常时，作为透明代理，将边缘节点kubelet对集群的数据库的访问代理到真正的Master节点；
在集群网络异常时，缓存Master节点数据控制器推送的集群数据库变更，并返回给节点kubelet。
6.根据权利要求5所述的5G场景下解决边缘节点可用性的方法，其特征在于，在集群网络异常时，即当集群网连接出现故障时，边缘节点无法通过集群网络连接拉取集群数据库变更，此时数据控制器会通过专用的5G无线网络将集群数据库变更推送到边缘节点；同时，缓存组件的行为变化为：1)充当心跳服务器，正常返回kubelet的心跳请求，阻止Worker节点因为自身状态异常驱逐Pod；2)接收并缓存数据控制器发送的集群数据库变更，当kubelet查询集群数据库变更时返回缓存的数据；等到集群网络恢复，数据控制器便会停止推送数据库变化，将控制权交回，缓存组件也会开始正常代理kubelet请求。
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