CN114466029A - 一种边缘云计算场景中的云边协同系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种边缘云计算场景中的云边协同系统及方法，涉及边缘云计算技术领域；所述云边协同系统中所述中心云端管理模块包括边缘节点控制组件、云边通信组件和边缘节点监控组件，通过边缘节点控制组件进行信息同步和边缘节点控制，通过云边通信组件与边缘节点通信监听云端变化，通过边缘节点监控组件监控边缘节点的监控信息，所述边缘节点协同管理模块包括边缘节点自治组件、数据缓存组件和边缘端数据收发组件，通过边缘端数据收发组件从云边通信组件接收消息转发到边缘节点的其他组件，同时将边缘节点的其他组件的消息通过云边协同通道发送到云边通信组件，通过边缘节点自治组件控制容器应用，通过边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据。
Description
技术领域
本发明公开一种系统及方法，涉及边缘云计算技术领域，具体地说是一种边缘云计算场景中的云边协同系统及方法。
背景技术
边缘云计算是基于云计算技术的核心和边缘计算的能力，构筑在边缘基础设施之上的云计算平台。形成边缘位置的计算、网络、存储、安全等能力全面的弹性云平台，并与中心云和物联网终端形成“云边端三体协同”的端到端的技术架构，通过将网络转发、存储、计算，智能化数据分析等工作放在边缘处理，降低响应时延、减轻云端压力、降低带宽成本，并提供全网调度、算力分发等云服务。
边缘云计算本质上是基于云计算技术，为“万物互联”的终端提供低时延、自组织、可定义、可调度、高安全、标准开放的分布式云服务。边缘云可以最大程度上与中心云采用统一架构、统一接口、统一管理，能够最大程度地降低用户开发和运维成本，真正实现将云计算的范畴拓展至距离数据源产生更近的地方，弥补传统架构的云计算在某些应用场景中的不足之处。
云边协同是边缘计算多数部署和应用场景中边缘侧与中心云的协同，现有边缘计算的云边协同技术方案一般采用在接近数据的源头部署边缘节点，但云边协同场景中云边之间存在网络不稳定因素，易导致网络断连时、节点异常或重启时，内存数据丢失，业务容器无法恢复和网络长时间断连，云端控制器对业务容器进行驱逐等问题。
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提供一种边缘云计算场景中的云边协同系统及方法，考虑到了云边协同场景中云边之间存在的网络不稳定因素，提供长时间断连后网络恢复时边缘和云端数据的一致性保障，有效实现了边缘节点与云端接入、边缘节点管理、边缘节点自治、边缘应用下发与业务编排等功能。
本发明提出的具体方案是：
本发明提供一种边缘云计算场景中的云边协同方法，利用云边协同系统进行边缘云计算场景中的云边协同，其中所述云边协同系统包括中心云端管理模块、边缘节点协同管理模块和云边协同通道，
所述中心云端管理模块包括边缘节点控制组件、云边通信组件和边缘节点监控组件，通过边缘节点控制组件进行信息同步和边缘节点控制，通过云边通信组件与边缘节点通信监听云端变化，通过边缘节点监控组件监控边缘节点的监控信息，
所述边缘节点协同管理模块包括边缘节点自治组件、数据缓存组件和边缘端数据收发组件，
通过边缘端数据收发组件从云边通信组件接收消息转发到边缘节点协同管理模块的其他组件，同时将边缘节点协同管理模块的其他组件的消息通过云边协同通道发送到云边通信组件，通过边缘节点自治组件控制容器应用，保障云端pod的下发以及对于pod各种存储和配置在边缘节点运行提供故障自动恢复，通过边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据。
优选地，所述的一种边缘云计算场景中的云边协同方法中通过所述边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据，包括：
缓存云端的数据，直接向本地存储数据或检索元数据，在网络中断时，离线自治，网络恢复后重新同步数据。
优选地，所述的一种边缘云计算场景中的云边协同方法中通过所述中心云端管理模块采用高可用方式部署边缘节点控制组件，当其中一个边缘节点控制组件发生故障时切换其他边缘节点控制组件。
优选地，所述的一种边缘云计算场景中的云边协同方法中通过所述边缘节点监控组件通过API收集边缘节点的监控信息通过计算得到CPU、内存和存储的监控指标。
优选地，所述的一种边缘云计算场景中的云边协同方法中通过所述边缘节点控制组件订阅相关资源，获取pod变更通知并根据相关资源判断是否属于所述边缘节点控制组件管理的边缘节点范围，若是则将相关事件的封装发送到云端云边通信组件，通过所述云端云边通信组件编码事件后通过云边协同通道发送至相应边缘节点的边缘端数据收发组件，通过所述边缘端数据收发组件解码事件并将解码后获取的信息发送到数据缓存组件。
本发明还提供一种边缘云计算场景中的云边协同系统，包括中心云端管理模块、边缘节点协同管理模块和云边协同通道，
所述中心云端管理模块包括边缘节点控制组件、云边通信组件和边缘节点监控组件，边缘节点控制组件进行信息同步和边缘节点控制，云边通信组件与边缘节点通信监听云端变化，边缘节点监控组件监控边缘节点的监控信息，
所述边缘节点协同管理模块包括边缘节点自治组件、数据缓存组件和边缘端数据收发组件，
边缘端数据收发组件从云边通信组件接收消息转发到边缘节点协同管理模块的其他组件，同时将边缘节点协同管理模块的其他组件的消息通过云边协同通道发送到云边通信组件，边缘节点自治组件控制容器应用，保障云端pod的下发以及对于pod各种存储和配置在边缘节点运行提供故障自动恢复，边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据。
优选地，所述的一种边缘云计算场景中的云边协同系统中所述边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据，包括：
缓存云端的数据，直接向本地存储数据或检索元数据，在网络中断时，离线自治，网络恢复后重新同步数据。
优选地，所述的一种边缘云计算场景中的云边协同系统中所述中心云端管理模块采用高可用方式部署边缘节点控制组件，当其中一个边缘节点控制组件发生故障时切换其他边缘节点控制组件。
优选地，所述的一种边缘云计算场景中的云边协同系统中所述边缘节点监控组件通过API收集边缘节点的监控信息通过计算得到CPU、内存和存储的监控指标。
优选地，所述的一种边缘云计算场景中的云边协同系统中所述边缘节点控制组件订阅相关资源，获取pod变更通知并根据相关资源判断是否属于所述边缘节点控制组件管理的边缘节点范围，若是则将相关事件的封装发送到云端云边通信组件，所述云端云边通信组件编码事件后通过云边协同通道发送至相应边缘节点的边缘端数据收发组件，所述边缘端数据收发组件解码事件并将解码后获取的信息发送到数据缓存组件。
本发明的有益之处是：
本发明提供提供一种边缘云计算场景中的云边协同方法，通过云边协同系统将边缘数据中心逐节点入云，入云粒度最小至单节点，边缘去中心化，权限高度收敛于中心云，而边缘节点具备边缘计算能力，能够在边缘节点运行各类应用，并且边缘节点上组件占用资源少功耗低，边缘节点的系统升级和应用程序更新都可以直接从云端下发，提升了边缘的运维效率，边缘节点具备自治能力，实时状态更新都通过云边协同通道同步到本地数据缓存组件，节点在离线情况下即使重启也不会丢失管理元数据，并保持对本节点应用的管理能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明系统框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提供一种边缘云计算场景中的云边协同方法，利用云边协同系统进行边缘云计算场景中的云边协同，其中所述云边协同系统包括中心云端管理模块、边缘节点协同管理模块和云边协同通道，
所述中心云端管理模块包括边缘节点控制组件、云边通信组件和边缘节点监控组件，通过边缘节点控制组件进行信息同步和边缘节点控制，通过云边通信组件与边缘节点通信监听云端变化，通过边缘节点监控组件监控边缘节点的监控信息，
所述边缘节点协同管理模块包括边缘节点自治组件、数据缓存组件和边缘端数据收发组件，
通过边缘端数据收发组件从云边通信组件接收消息转发到边缘节点协同管理模块的其他组件，同时将边缘节点协同管理模块的其他组件的消息通过云边协同通道发送到云边通信组件，通过边缘节点自治组件控制容器应用，保障云端pod的下发以及对于pod各种存储和配置在边缘节点运行提供故障自动恢复，通过边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据。
本发明方法综合考虑到了云边协同场景中云边之间存在的网络不稳定因素，解决了网络断连时、节点异常或重启时，内存数据丢失，业务容器无法恢复和网络长时间断连，云端控制器对业务容器进行驱逐等问题，同时提供长时间断连后网络恢复时边缘和云端数据的一致性保障，有效实现了边缘节点与云端接入、边缘节点管理、边缘节点自治、边缘应用下发与业务编排等功能。
具体应用中，在本发明方法的一些实施例中，通过云边协同系统进行云边协同，所述云边协同系统包括中心云端管理模块、边缘节点协同管理模块和云边协同通道，云端模块负责控制边缘节点、发布边缘应用以及边缘节点资源监控，边缘模块负责上报边缘信息到云端模块，执行应用的部署和控制以及将边缘节点的数据同步到云端。所述中心云端管理模块包括边缘节点控制组件、云边通信组件和边缘节点监控组件，所述边缘节点协同管理模块包括边缘节点自治组件、数据缓存组件和边缘端数据收发组件，
其中云边协同场景下云与边通信的过程主要分为云到边的下发和边到云的上报两部分，云到边下发过程的主要步骤为云端边缘节点控制组件订阅相关资源，收到pod变更通知后在内部循环中做条件判断，根据相关资源中是否存在nodeName字段判断属于其所管理的边缘节点范围，边缘节点控制组件将一个事件的封装发送到云端云边通信组件，云端云边通信组件封装和编码事件后通过云边协同通道发送致相应边缘节点的边缘端数据收发组件，每个边缘节点有自己关心的数据所以云边通信组件将相应的数据发送到每个节点对应的云边协同通道中。边缘节点边缘端数据收发组件收到消息后会首先发送确认至云端，若云端在一定的时间间隔内没有收到确认会再次尝试发送，之后边缘端数据收发组件解码事件查看具体的pod信息，然后再将信息发送到数据缓存组件。数据缓存组件把收到的pod信息进行本地持久化并把pod信息发送至边缘节点自治组件启动pod，如果持久化失败的话会发送失败的消息至云端等到持久化成功之后才会把相关数据传到边缘节点自治组件。通过不断从云上同步发生变更的相关数据，使边缘节点的本地数据实时保持最新。
边到云上报过程的主要过程为：边缘节点自治组件管理node和pod状态信息，首先将node和pod状态信息发送至数据缓存组件再通过云边协同通道同步至云端，云端云边通信组件接收到来自云边协同通道的数据后发送至边缘节点控制组件，边缘节点控制组件再通知api-server处理相应的变更。边缘节点控制组件内部有消息处理队列，负责处理边缘节点上传的node状态和pod状态信息。在此云边协同机制实现的基础上可将应用通过中心云端分发部署至各个边缘节点，边缘节点拉取相关镜像运行应用程序，承担部分云上业务。
上述过程中，边缘端数据缓存组件可向本地存储数据或检索元数据，当需要数据时，如果本地存在该数据，直接获取，避免了与云端之间频繁的网络交互，同时，在网络中断的情况下，本地的缓存的数据也能够保障边缘节点可以离线自治，网络恢复之后，可以重新同步数据。云端管理模块可以对多个边缘节点进行管理，通过为边缘节点添加标签实现多租户隔离机制。云端边缘节点控制组件采用高可用方式部署，当其中一个组件发生故障时可以快速切换最大限度减小云端组件的故障影响。边缘节点监控组件可通过公开的API收集边缘节点的监控信息通过计算得到CPU、内存和存储等核心监控指标。
本发明还提供一种边缘云计算场景中的云边协同系统，包括中心云端管理模块、边缘节点协同管理模块和云边协同通道，
所述中心云端管理模块包括边缘节点控制组件、云边通信组件和边缘节点监控组件，边缘节点控制组件进行信息同步和边缘节点控制，云边通信组件与边缘节点通信监听云端变化，边缘节点监控组件监控边缘节点的监控信息，
所述边缘节点协同管理模块包括边缘节点自治组件、数据缓存组件和边缘端数据收发组件，
边缘端数据收发组件从云边通信组件接收消息转发到边缘节点协同管理模块的其他组件，同时将边缘节点协同管理模块的其他组件的消息通过云边协同通道发送到云边通信组件，边缘节点自治组件控制容器应用，保障云端pod的下发以及对于pod各种存储和配置在边缘节点运行提供故障自动恢复，边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据。
上述系统内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
同样地，本发明系统将边缘数据中心逐节点入云，入云粒度最小至单节点，边缘去中心化，权限高度收敛于中心云，而边缘节点具备边缘计算能力，能够在边缘节点运行各类应用，并且边缘节点上组件占用资源少功耗低，边缘节点的系统升级和应用程序更新都可以直接从云端下发，提升了边缘的运维效率，边缘节点具备自治能力，实时状态更新都通过云边协同通道同步到本地数据缓存组件，节点在离线情况下即使重启也不会丢失管理元数据，并保持对本节点应用的管理能力。
需要说明的是，上述各流程和各系统结构中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种边缘云计算场景中的云边协同方法，其特征是利用云边协同系统进行边缘云计算场景中的云边协同，其中所述云边协同系统包括中心云端管理模块、边缘节点协同管理模块和云边协同通道，
所述中心云端管理模块包括边缘节点控制组件、云边通信组件和边缘节点监控组件，通过边缘节点控制组件进行信息同步和边缘节点控制，通过云边通信组件与边缘节点通信监听云端变化，通过边缘节点监控组件监控边缘节点的监控信息，
所述边缘节点协同管理模块包括边缘节点自治组件、数据缓存组件和边缘端数据收发组件，
通过边缘端数据收发组件从云边通信组件接收消息转发到边缘节点协同管理模块的其他组件，同时将边缘节点协同管理模块的其他组件的消息通过云边协同通道发送到云边通信组件，通过边缘节点自治组件控制容器应用，保障云端pod的下发以及对于pod各种存储和配置在边缘节点运行提供故障自动恢复，通过边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据。
2.根据权利要求1所述的一种边缘云计算场景中的云边协同方法，其特征是通过所述边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据，包括：
缓存云端的数据，直接向本地存储数据或检索元数据，在网络中断时，离线自治，网络恢复后重新同步数据。
3.根据权利要求1或2所述的一种边缘云计算场景中的云边协同方法，其特征是通过所述中心云端管理模块采用高可用方式部署边缘节点控制组件，当其中一个边缘节点控制组件发生故障时切换其他边缘节点控制组件。
4.根据权利要求3所述的一种边缘云计算场景中的云边协同方法，其特征是通过所述边缘节点监控组件通过API收集边缘节点的监控信息通过计算得到CPU、内存和存储的监控指标。
5.根据权利要求1所述的一种边缘云计算场景中的云边协同方法，其特征是通过所述边缘节点控制组件订阅相关资源，获取pod变更通知并根据相关资源判断是否属于所述边缘节点控制组件管理的边缘节点范围，若是则将相关事件的封装发送到云端云边通信组件，通过所述云端云边通信组件编码事件后通过云边协同通道发送至相应边缘节点的边缘端数据收发组件，通过所述边缘端数据收发组件解码事件并将解码后获取的信息发送到数据缓存组件。
6.一种边缘云计算场景中的云边协同系统，其特征是包括中心云端管理模块、边缘节点协同管理模块和云边协同通道，
所述中心云端管理模块包括边缘节点控制组件、云边通信组件和边缘节点监控组件，边缘节点控制组件进行信息同步和边缘节点控制，云边通信组件与边缘节点通信监听云端变化，边缘节点监控组件监控边缘节点的监控信息，
所述边缘节点协同管理模块包括边缘节点自治组件、数据缓存组件和边缘端数据收发组件，
边缘端数据收发组件从云边通信组件接收消息转发到边缘节点协同管理模块的其他组件，同时将边缘节点协同管理模块的其他组件的消息通过云边协同通道发送到云边通信组件，边缘节点自治组件控制容器应用，保障云端pod的下发以及对于pod各种存储和配置在边缘节点运行提供故障自动恢复，边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据。
7.根据权利要求1所述的一种边缘云计算场景中的云边协同系统，其特征是所述边缘数据缓存组件缓存来自云端的数据，包括：
缓存云端的数据，直接向本地存储数据或检索元数据，在网络中断时，离线自治，网络恢复后重新同步数据。
8.根据权利要求1或2所述的一种边缘云计算场景中的云边协同系统，其特征是所述中心云端管理模块采用高可用方式部署边缘节点控制组件，当其中一个边缘节点控制组件发生故障时切换其他边缘节点控制组件。
9.根据权利要求1所述的一种边缘云计算场景中的云边协同系统，其特征是所述边缘节点监控组件通过API收集边缘节点的监控信息通过计算得到CPU、内存和存储的监控指标。
10.根据权利要求1所述的一种边缘云计算场景中的云边协同系统，其特征是所述边缘节点控制组件订阅相关资源，获取pod变更通知并根据相关资源判断是否属于所述边缘节点控制组件管理的边缘节点范围，若是则将相关事件的封装发送到云端云边通信组件，所述云端云边通信组件编码事件后通过云边协同通道发送至相应边缘节点的边缘端数据收发组件，所述边缘端数据收发组件解码事件并将解码后获取的信息发送到数据缓存组件。
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