CN114840243A - 一种分布式边缘节点的操作系统升级系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式边缘节点的操作系统升级方法，属于边缘计算技术领域，本发明包括边缘节点、边缘节点操作系统、边缘节点agent代理程序、边缘计算网关和边缘计算服务平台。保持边缘网络中的边缘节点的操作系统为最新版本，从而使对分布式边缘节点的管理更加灵活、方便，及时完成漏洞和补丁的修复，同时也能提高边缘节点的利用率；边缘网络往往存在不稳定的问题。

Description

一种分布式边缘节点的操作系统升级系统

技术领域

本发明涉及边缘计算技术领域，尤其涉及一种分布式边缘节点的操作系统升级系统。

背景技术

随着互联网以及5G技术的兴起，物联网飞速发展，传统的云计算模式难以实现实时高效的支持基于万物互联的应用服务，这里面存在两大棘手的问题，其一是带宽，其二是延迟，但这两大瓶颈都不是短期内能得到有效解决的。为了解决上述问题，边缘计算应运而生，边缘计算提出在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供高性能、高带宽、低延时的计算服务。随着边缘计算的发展，对边缘节点的管理带来了诸多挑战，边缘计算环境中包含多种数量庞大的资源，并且边缘节点分布较为分散，这就为边缘节点的管理尤其是升级边缘节点系统带来了极大的困难，一个功能或者bug的更新，从发布到所有边缘节点系统更新完成，周期太长，成本也高。所以亟需一种远程升级边缘节点系统的方法，提高分布式边缘节点系统升级的效率。

发明内容

为了克服现有边缘计算领域中边缘节点系统升级难的问题，本发明提供一种分布式边缘节点的操作系统升级系统，保持边缘网络中的边缘节点的操作系统为最新版本，从而使对分布式边缘节点的管理更加灵活、方便，及时完成漏洞和补丁的修复，同时也能提高边缘节点的利用率；边缘网络往往存在不稳定的问题，本发明提供灵活的差分升级方式，尽量占用较少的带宽实现升级边缘节点操作系统的目的。

本发明的技术方案是：

一种分布式边缘节点的操作系统升级系统，包括边缘节点、边缘节点操作系统、边缘节点agent代理程序、边缘计算网关和边缘计算服务平台，其中：

所述边缘节点是相对于云计算数据中心的，指与最终接入用户之间具有较少中间环节的节点，将部分关键业务应用下沉到接入网络边缘，以减少网络传输和多级转发带来的带宽和时延损耗，可以是某个机房或者是某个物理设备。

所述边缘节点操作系统以Archlinux为基础发行版，将内核以及modules、firmware、initramfs等启动相关模块打包成单一Squash文件，在Bootloader中，通过选择不同的squashfs文件作为内核容器实现多版本共存；同时将系统其它文件打包成单一Erofs，在initramfs中通过选择不同的erofs文件作为系统根目录，实现多版本共存；通过上述多版本共存功能，为升级功能提供基础。所述squashfs是以linux内核源码补丁的形式发布，可以将整个文件系统或者某个单一的目录压缩在一起,存放在某个设备,某个分区或者普通的文件中.如果将其压缩到一个设备中,那么可以将其直接mount起来使用；所述erofs是基于liunx的全新只读文件系统，采用了改进的压缩算法，保证了节省空间的同时还提高了性能和速度。

所述边缘节点agent代理程序部署在边缘节点操作系统中，打包在边缘节点操作系统中，随边缘节点操作系统安装时一并安装，通过MQTT协议与边缘计算网关进行通信，一方面把边缘节点操作系统的版本信息上传至边缘计算网关，另外一方面，接收边缘计算服务平台通过边缘计算网关发送来的升级指令，完成边缘节点操作系统的升级。

所述边缘计算网关作为连接边缘节点和边缘计算服务平台的中继，边缘节点agent代理程序通过边缘计算网关与边缘计算服务平台进行信息交互。边缘计算网关向下接收边缘节点发送来的系统信息，向上接收边缘计算服务平台的升级指令发送至边缘节点。

所述边缘计算服务平台是管理边缘节点的门户，能够展示边缘节点的版本信息，同时可以下发指令对边缘节点进行远程操作系统升级。同时边缘计算服务平台包括存储单元，用于存储升级所需的squash文件和erofs文件，这些文件可以分发到各个边缘计算网关，边缘节点agent代理程序通过边缘计算网关获取升级所需的上述文件，完成边缘节点操作系统的升级。

其工作流程如下：

1)边缘节点agent代理程序通过提前获取边缘计算网关的token和证书信息，发送注册报文到边缘计算网关；

2)边缘计算网关解析报文获取token信息，与token server的token信息进行对比，如果边缘计算网关token认证通过，则边缘节点作为设备成功注册到边缘计算网关，并且边缘计算网关使用设备的唯一ID作为边缘节点的唯一标识；如果边缘计算网关没有认证通过，则注册失败，提示错误信息；

3)注册成功后，边缘节点agent代理程序发送边缘节点系统信息到边缘计算网关，边缘计算网关获取到边缘节点系统信息并转发给边缘计算服务平台，边缘计算服务平台从而获取到边缘节点系统信息，并且使用设备的唯一标识识别不同的边缘节点；

4)边缘节点agent代理程序定时发送边缘节点操作系统信息到边缘计算网关，边缘计算服务平台中设置定时任务从边缘计算网关拉取边缘节点的系统版本信息，做到及时更新；

5)边缘计算服务平台作为边缘节点操作系统升级的入口，用户在边缘计算服务平台选择升级的策略指定需要升级的边缘节点，边缘计算服务平台按照指定的升级策略下发更新边缘节点操作系统的指令；

6)边缘计算服务平台下发的指令首先会推送到边缘计算网关，下发的指令包括kernel信息(kernelVersion、kernelMd5sum、kernelUrl、patchName、patchUrl)或rootfs信息(rootfsVersion、rootfsMd5sum、rootfsUrl、patchName、patchUrl)，然后边缘计算网关把指令推送到指定的边缘节点上的边缘节点agent代理程序，边缘节点agent代理程序获取到系统更新信息后通过md5值与当前系统文件md5做比对，如果相同则不升级，返回提示信息，如果不相同则通过指令中的url去下载指定的升级文件；

7)下载完升级文件后使用差分升级的方式替换内核或rootfs，使用差分二进制工具通过patch包生成最终升级文件，完成升级；如果升级失败，边缘节点agent代理程序会重启边缘节点回滚到之前系统，边缘计算服务平台会给出升级失败的提示，可以选择重新进行升级操作。

进一步的，

边缘节点操作系统信息包括内核版本和rootfs版本。

这里的升级策略包括指定单台边缘节点、定时升级、指定区域里设备数量的百分比进行滚动升级，并且升级都是差分升级的方式，只升级修改的部分。

本发明的有益效果是

本发明通过远程升级分布式边缘节点的操作系统，使得对边缘节点的管理更加灵活、方便，大大提高了分布式边缘节点升级操作系统的效率，通过保持边缘网络中边缘节点的操作系统为最新版，能够间接提高边缘资源的利用率，并且极大降低了边缘节点人工运维的成本和升级时间。

附图说明

图1是本发明的工作流程示意图；

图2是本发明的工作架构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提出一种分布式边缘节点的操作系统升级系统，其实现基于边缘节点、边缘节点操作系统、边缘节点agent代理程序、边缘计算网关和边缘计算服务平台。

其中，

边缘节点是指与最终接入用户之间具有较少中间环节的节点，将部分关键业务应用下沉到接入网络边缘，以减少网络传输和多级转发带来的带宽和时延损耗，可以是某个机房或者是某个物理设备。

边缘节点操作系统部署在边缘节点，以Archlinux为基础发行版，将内核以及modules、firmware、initramfs等启动相关模块打包成单一Squash文件，在Bootloader中，通过选择不同的squashfs文件作为内核容器实现多版本共存。

边缘节点agent代理程序部署在边缘节点操作系统中，随边缘节点操作系统安装时一并安装，通过MQTT协议与边缘计算网关进行通信，一方面把边缘节点操作系统的版本信息上传至边缘计算网关，另外一方面，接收边缘计算服务平台通过边缘计算网关发送来的升级指令，完成边缘节点操作系统的升级。

边缘计算网关作为连接边缘节点和边缘计算服务平台的中继，边缘节点agent代理程序通过边缘计算网关与所述边缘计算服务平台进行信息交互。边缘计算网关向下接收边缘节点发送来的系统信息，向上接收边缘计算服务平台的升级指令发送至边缘节点。

边缘计算服务平台是管理边缘节点的门户，能够展示边缘节点的版本信息，同时可以下发指令对边缘节点进行远程操作系统升级。同时所述边缘计算服务平台包括存储单元，用于存储升级所需的squash文件和erofs文件，这些文件可以分发到各个边缘计算网关，边缘节点agent代理程序通过边缘计算网关获取升级所需的上述文件，完成边缘节点操作系统的升级。

如图2所示，本发明的系统工作流程如下：

1)边缘节点agent代理程序通过提前获取边缘计算网关的token和证书信息，发送注册报文到边缘计算网关。

2)边缘计算网关解析报文获取token信息，与token server的token信息进行对比，如果边缘计算网关token认证通过，则边缘节点作为设备成功注册到边缘计算网关，并且边缘计算网关使用设备的唯一ID作为边缘节点的唯一标识。如果边缘计算网关没有认证通过，则注册失败，提示错误信息。

3)注册成功后，边缘节点agent代理程序发送边缘节点系统信息到边缘计算网关，边缘计算网关获取到边缘节点系统信息并转发给边缘计算服务平台，边缘计算服务平台从而获取到边缘节点系统信息，并且使用设备的唯一标识识别不同的边缘节点。

4)边缘节点agent代理程序定时发送边缘节点操作系统信息到边缘计算网关，边缘节点操作系统信息包括内核版本和rootfs版本，边缘计算服务平台中设置定时任务从边缘计算网关拉取边缘节点的系统版本信息，做到能够及时更新。

5)边缘计算服务平台作为边缘节点操作系统升级的入口，用户在边缘计算服务平台选择升级的策略指定需要升级的边缘节点，边缘计算服务平台按照指定的升级策略下发更新边缘节点操作系统的指令，这里的升级策略包括指定单台边缘节点、定时升级、指定一定区域里设备数量的百分比进行滚动升级，并且升级都是差分升级的方式，只升级修改的部分。

6)边缘计算服务平台下发的指令首先会推送到边缘计算网关，下发的指令包括kernel信息(kernelVersion、kernelMd5sum、kernelUrl、patchName、patchUrl)或rootfs信息(rootfsVersion、rootfsMd5sum、rootfsUrl、patchName、patchUrl)，然后边缘计算网关把指令推送到指定的边缘节点上的边缘节点agent代理程序，边缘节点agent代理程序获取到系统更新信息后通过md5值与当前系统文件md5做比对，如果相同则不升级，返回提示信息，如果不相同则通过指令中的url去下载指定的升级文件。

7)下载完升级文件后使用差分升级的方式替换内核或rootfs，使用差分二进制工具通过patch包生成最终升级文件，完成升级。如果升级失败，边缘节点agent代理程序会重启边缘节点回滚到之前系统，边缘计算服务平台会给出升级失败的提示，可以选择重新进行升级操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种分布式边缘节点的操作系统升级系统，其特征在于，

包括边缘节点、边缘节点操作系统、边缘节点agent代理程序、边缘计算网关和边缘计算服务平台，其中：

所述边缘节点操作系统以Archlinux为基础发行版，将内核以及modules、firmware、initramfs的启动相关模块打包成单一Squash文件，在Bootloader中，通过选择不同的squashfs文件作为内核容器实现多版本共存；

所述边缘节点agent代理程序部署在边缘节点操作系统中，打包在边缘节点操作系统中，随边缘节点操作系统安装时一并安装，通过MQTT协议与边缘计算网关进行通信；

所述边缘计算网关作为连接边缘节点和边缘计算服务平台的中继，边缘节点agent代理程序通过边缘计算网关与边缘计算服务平台进行信息交互；

所述边缘计算服务平台是管理边缘节点的门户，展示边缘节点的版本信息，同时下发指令对边缘节点进行远程操作系统升级；

同时所述边缘计算服务平台包括存储单元，用于存储升级所需的squash文件和erofs文件，这些文件可分发到各个边缘计算网关，边缘节点agent代理程序通过边缘计算网关获取升级所需的上述文件，完成边缘节点操作系统的升级。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

边缘节点是机房或其它物理设备。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述边缘节点操作系统将系统其它文件打包成单一Erofs，在initramfs中通过选择不同的erofs文件作为系统根目录，实现多版本共存。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述squashfs是以linux内核源码补丁的形式发布，可将整个文件系统或者一个单一的目录压缩在一起,存放在一个设备、一个分区或文件中；如果将其压缩到一个设备中,那可将其直接mount起来使用；

所述erofs是基于liunx的全新只读文件系统。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述边缘节点agent代理程序一方面把边缘节点操作系统的版本信息上传至边缘计算网关，另外一方面，接收边缘计算服务平台通过边缘计算网关发送来的升级指令，完成边缘节点操作系统的升级。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述边缘计算网关向下接收边缘节点发送来的系统信息，向上接收边缘计算服务平台的升级指令发送至边缘节点。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

1)边缘节点agent代理程序通过提前获取边缘计算网关的token和证书信息，发送注册报文到边缘计算网关；

2)边缘计算网关解析报文获取token信息，与token server的token信息进行对比，如果边缘计算网关token认证通过，则边缘节点作为设备成功注册到边缘计算网关，并且边缘计算网关使用设备的唯一ID作为边缘节点的唯一标识；如果边缘计算网关没有认证通过，则注册失败，提示错误信息；

3)注册成功后，边缘节点agent代理程序发送边缘节点系统信息到边缘计算网关，边缘计算网关获取到边缘节点系统信息并转发给边缘计算服务平台，边缘计算服务平台从而获取到边缘节点系统信息，并且使用设备的唯一标识识别不同的边缘节点；

4)边缘节点agent代理程序定时发送边缘节点操作系统信息到边缘计算网关，边缘计算服务平台中设置定时任务从边缘计算网关拉取边缘节点的系统版本信息，做到及时更新；

5)边缘计算服务平台作为边缘节点操作系统升级的入口，用户在边缘计算服务平台选择升级的策略指定需要升级的边缘节点，边缘计算服务平台按照指定的升级策略下发更新边缘节点操作系统的指令；

6)边缘计算服务平台下发的指令首先会推送到边缘计算网关，下发的指令包括kernel信息(kernelVersion、kernelMd5sum、kernelUrl、patchName、patchUrl)或rootfs信息(rootfsVersion、rootfsMd5sum、rootfsUrl、patchName、patchUrl)，然后边缘计算网关把指令推送到指定的边缘节点上的边缘节点agent代理程序，边缘节点agent代理程序获取到系统更新信息后通过md5值与当前系统文件md5做比对，如果相同则不升级，返回提示信息，如果不相同则通过指令中的url去下载指定的升级文件；

7)下载完升级文件后使用差分升级的方式替换内核或rootfs，使用差分二进制工具通过patch包生成最终升级文件，完成升级；如果升级失败，边缘节点agent代理程序会重启边缘节点回滚到之前系统，边缘计算服务平台会给出升级失败的提示，可以选择重新进行升级操作。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

边缘节点操作系统信息包括内核版本和rootfs版本。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

这里的升级策略包括指定单台边缘节点、定时升级、指定区域里设备数量的百分比进行滚动升级，并且升级都是差分升级的方式，只升级修改的部分。

Images