CN115426370A - 一种异构容器云平台及其边缘制造服务订阅实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种异构容器云平台及其边缘制造服务订阅实现方法，所述云平台在硬件上包括云服务节点和边缘服务节点，在软件上包括容器云管理面、容器云服务仓库和容器云用户面。基于所述云平台的边缘制造服务订阅实现方法，分别是服务创建、服务订阅、服务升级和故障维护。本发明以容器技术和数据库技术作为支撑打包服务，由数字化企业作为服务商部署服务，在制造企业的边缘服务器上运行服务，服务易修改、易重构、易维护。制造企业的服务计算资源也可以作为一个资源整体匹配服务，进行任务的调度和资源的联合。同时，由于运行服务的服务器设置在设备边缘，可以很好地满足实时性需求，工业数据也不需要出园区，能更好地保护生产安全性。

Description

一种异构容器云平台及其边缘制造服务订阅实现方法

技术领域

本发明涉及本发明属于计算机集成制造领域，具体地说是一种异构容器云平台及其边缘制造服务订阅实现方法。

背景技术

目前的大部分软件交付部署方式中，软件依旧是作为单个或一组应用直接安装在用户电脑上，还需要配置一定的应用环境，不同的软件可能基于不同的环境，电脑的环境管理就越来越复杂。而且，在后期的维护工作中，软件开发者和运维者要重新进入用户的机房中管理，这对于外包软件服务的制造企业来说非常繁琐。另一种方式是让程序在数字化企业的云平台上运行，但是显然，由于制造企业特殊的实时性和安全性需求，云平台的延时和稳定性远远达不到生产需求，而且工业数据传出工业园区容易导致企业信息安全性。

专利申请号CN202111197315.6，提出一种使用容器云主机的工业数据传输方法，包括设备检测、故障处理、建立联系及数据输送四个步骤，用户通过控制工业终端设备来选择合适的容器云主机来进行稳定连接和传输工业数据，以当前连接的容器云主机能否正常传输数据、是否有备用容器云主机、数据传输速率等为判断依据，来选择合适的容器云主机进行数据传输，若没有合适的容器云主机，工业终端则会选择把数据暂存自身，从而保持数据的安全性和完整性，同时，在确定所连接的容器云主机后会一直保持连接，以应对突发性数据传输。但是用云主机进行处理，工业数据需要传出工业园区，不能保证数据安全性。

容器技术是一种沙盒技术。它可以轻量地打包应用程序及其运行环境，在一个隔离的环境中运行。近年来，也出现了很多容器编排技术，可以方便地对容器进行管理，也可以实现多个容器间的通信。利用容器技术和Kubernetes建立适用于各种操作系统下的异构容器云平台，可以很好地解决环境配置复杂性、系统维护持续性、企业生产实时性、工业数据安全性等问题。

由于传统的软件部署过程中，程序放在制造企业本地运行，数字化服务商如果要进行变更、维护、升级，都需要制造企业参与修改。由于制造企业和数字化服务商间的地理差距，如果长期委派维护人员是不现实的。而如果将制造系统放在云端，又不可能满足工业生产要求的实时性和稳定性要求，也会造成工业数据的泄漏，对生产制造系统的安全性要求不允许这类情况的发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种异构容器云平台及其边缘制造服务订阅实现方法，以服务形式部署边缘制造系统，实现对边缘制造服务的远程部署和长期维护。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种异构容器云平台，所述云平台在硬件上包括云服务节点和边缘服务节点，在软件上包括容器云管理面、容器云服务仓库和容器云用户面。

进一步的，所述云服务节点为服务提供者使用的一个或多个服务器，由安装CentOS系统的主机构成控制平面，部署Kubernetes的master节点，负责对集群进行负载均衡、自由伸缩、自我修复、自动部署和应用回滚管理；

所述边缘服务节点为服务购买者使用的一个或多个服务器，由Windows和Linux混合异构集群组成，作为Kubernetes的node节点加入集群，负责运行相应的服务容器。

进一步的，所述容器云管理面包括容器云UI交互模块、容器参数设置模块以及发布模块；容器云管理面搭载在云服务节点上，主要负责：通过容器云UI交互模块引导用户上传镜像，用Docker技术将用C#、C++编写的物联代码与相关配置环境打包成容器镜像，进行服务的环境配置和程序封装，通过容器参数设置模块为镜像设置功能标识和参数标识并写入tag标签，存储入容器云服务存储仓库中，将结构信息标识与服务的关系上传至数据库，通过发布模块与容器云用户面进行信息交互，包括用户身份验证、交易信息展示、交易过程跟踪、服务发布和版本变更。

进一步的，所述容器云服务存储仓库主要负责：用harbor在私有云上建立镜像库，根据不同的服务存储服务结构信息标识。

进一步的，所述容器云用户面包括通信模块；容器云用户面搭载在边缘服务节点上，主要负责：为用户订阅服务提供用户界面，根据服务订阅通信模块接收到的容器云管理面指令，从容器云服务存储仓库中拉取相应的容器镜像，在边缘服务节点中运行容器服务。

所述异构容器云平台的边缘制造服务订阅实现方法，包括以下步骤：

(一)服务创建

步骤101)，对不同的车间设备，根据不同的SDK编写对应的边缘物联程序，边缘物联程序主要用于设备的数据采集、实时控制和动态管理；

步骤102)，根据SDK开发包和适配程序的适用环境编写Dockerfile，制作Windows或Linux镜像；

步骤103)，将镜像根据服务内容编码，打好tag标签和参数标识；

步骤104)，推送镜像到harbor私有云镜像仓库；

步骤105)，在容器云管理面根据边缘物联服务内容，划分服务组，对服务进行结构信息标识，并将标识信息上传至数据库系统；

(二)服务订阅

步骤201)，搭建Kubernetes集群，根据需要加入若干Windows和Linux节点；

步骤202)，用户在边缘服务节点上登录容器云用户面，填写所需参数并提交订单，由容器云通信模块将请求通过TCP/IP协议发送给容器云管理面；

步骤203)，容器云管理面根据请求在数据库中查找所有结构信息标识匹配的镜像名，再根据输入参数选择参数标识匹配的容器标签，将该容器标签分别编写进YAML配置文件，通过运行该YAML文件，发送指令给边缘服务节点；

步骤204)，边缘服务节点根据指令和负载均衡原则，选择满足条件的节点，从容器云仓库拉取构成该服务的容器镜像，容器运行在边缘服务节点上，实现与车间设备实时的互联互通，外界计算机通过域名访问边缘物联程序的web交互界面；

(三)服务升级

步骤301)，根据服务升级、更新、伸缩的不同需要，在容器云管理面修改YAML文件中的容器标签，指定新的发布版本和副本数量；

步骤302)，重新定位相应的结构信息标识和参数标识匹配的容器标签，将该容器标签分别编写进YAML配置文件，通过运行该YAML文件，通过Kubernetes发送指令给边缘服务节点，对容器进行重新配置；

(四)故障修复

步骤401)，在边缘服务节点某一服务器出现故障时，其他符合条件的边缘资源将从云仓库重新拉取服务镜像组，替代原节点的容器，保证服务的正常运行；

步骤402)，若程序出现错误，容器云管理面发送指令，使运行服务回滚至上一版本镜像；

其中，所述服务是完成一个完整边缘制造任务的镜像集合，结构信息标识为服务的组成结构信息。

有益效果

本发明基于容器技术及数据库技术开发了一种异构容器云平台及其边缘制造服务订阅实现方法，用于工业物联环境下，运用容器技术及数据库技术实现部署和持续维护工业生产系统。其优势在于：

1.边缘物联服务部署在制造企业的服务器上，可以很好地满足实时性需求，数据完全隔离于开发运维环境，工业数据也不需要出园区，能更好地保护生产安全性，避免造成生产数据的泄漏。

2.不需要用户了解服务结构，同一服务的一组程序被打包成一个整体，制造企业可以一键购买，在购买软件服务后，开发、运维、升级等工作都由服务商独立完成，不用再使制造企业参与维护过程。由于服务由数字化服务商持续提供，服务易修改、易重构、易维护。

3.自由扩展，对服务进行模块化分割，能自由添加减少模块，适应于服务租赁条件下的应用部署，制造企业的服务计算资源也可以作为一个资源整体匹配服务，进行任务的调度和资源的联合。

4.适配不同环境软件，采用容器技术，在开发时即将环境设置好，并且与主机环境隔离，不容易造成大规模的故障。

5.软件部署和维护不受操作系统限制，用户面可以兼容Windows和linux环境。

附图说明

图1基于异构容器云平台的边缘制造服务订阅实现方法流程图。

图2镜像标签结构图。

图3服务结构信息标识数据库结构图。

图4异构容器云平台结构图。

图5边缘制造服务订阅模式示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。

本发明公开了一种异构容器云平台，异构容器云平台的构成在硬件上包括云服务节点和边缘服务节点，在软件上包括容器云管理面、容器云服务仓库和容器云用户面，如图4所示。

其中云服务节点为服务提供者使用的一个或多个服务器，由安装CentOS系统的主机构成控制平面，部署Kubernetes的master节点，负责对集群进行负载均衡、自由伸缩、自我修复、自动部署和应用回滚管理。边缘服务节点为服务购买者使用的一个或多个服务器，可根据需要由Windows和Linux混合异构集群组成，作为Kubernetes的node节点加入集群，负责运行相应的服务容器。

所述容器云管理面包括容器云UI交互模块、容器参数设置模块以及发布模块；容器云管理面搭载在云服务节点上，主要负责：通过容器云UI交互模块引导用户上传镜像，用Docker技术将用C#、C++编写的物联代码与相关配置环境打包成容器镜像，进行服务的环境配置和程序封装，通过容器参数设置模块为镜像设置功能标识和参数标识并写入tag标签，存储入容器云服务存储仓库中，将结构信息标识与服务的关系上传至数据库，通过发布模块与容器云用户面进行信息交互，包括用户身份验证、交易信息展示、交易过程跟踪、服务发布和版本变更；

容器云服务存储仓库由服务仓库和标识数据库组成，主要负责：用harbor在私有云上建立镜像库，根据不同的服务存储服务结构信息标识；

容器云用户面包括通信模块；容器云用户面搭载在边缘服务节点上，主要负责：为用户订阅服务提供用户界面，根据服务订阅通信模块接收到的容器云管理面指令，从容器云服务存储仓库中拉取相应的容器镜像，在边缘服务节点中运行容器服务。

本发明公开了一种基于异构容器云平台的边缘制造服务订阅实现方法，如图1所示，为基于异构容器云平台的边缘制造服务订阅实现方法流程图。整个制造服务管理流程分为四种工作，分别是服务创建、服务订阅、服务升级和故障维护。

服务创建时，由开发者根据不同设备的SDK编写对应的边缘物联程序，并根据SDK开发包和程序使用环境编写Dockerfile文件，制作Windows或Linux镜像，然后将镜像根据服务内容打好tag标签，标签格式如图2，将打好标签的镜像上传入harbor私有云镜像仓库。在容器云管理面根据边缘物联服务内容，划分服务组，对服务进行结构信息标识，并将标识信息上传至数据库系统，数据库采用链式结构如图3所示。

服务订阅时，搭建一个Kubernetes集群，根据需要加入若干Windows和Linux节点，组成用户面。用户在边缘服务节点上登录容器云用户面，填写所需参数(如机床型号等)并提交订单，由容器云通信模块将请求通过TCP/IP协议发送给容器云管理面。容器云管理面根据请求在数据库中查找所有结构信息标识匹配的镜像名，再根据输入参数选择参数标识匹配的容器标签，将该容器标签分别编写进YAML配置文件，通过运行该YAML文件，通过Kubernetes给边缘服务节点发送拉取镜像的指令。边缘服务节点根据指令和负载均衡原则，选择满足条件的节点，从容器云服务存储仓库拉取构成该服务的容器镜像，容器运行在边缘服务节点上，实现与车间设备实时的互联互通，外界计算机可以通过域名访问边缘物联程序的web交互界面。

服务升级时，根据服务升级、更新、伸缩的不同需要，在容器云管理面修改YAML文件中的容器标签，指定新的发布版本和副本数量，然后重新根据相应的结构信息标识和参数标识匹配容器标签，将该容器标签分别编写进YAML配置文件，通过运行该YAML文件，发送指令给边缘服务节点，对容器进行重新配置。

故障维护时，若边缘服务节点某一服务器出现故障，其他符合条件的边缘资源将从容器云服务存储仓库重新拉取服务镜像组，替代原节点的容器，保证服务的正常运行；若没有可用的新版本，容器云管理面发送指令使运行服务回滚至上一版本镜像。

其中，服务是完成一个完整边缘制造任务的镜像集合，结构信息标识为服务的组成结构信息。

因此本发明提供了一种异构容器云平台及其边缘制造服务订阅实现方法，以容器技术和数据库技术作为支撑打包服务，由数字化企业作为服务商部署服务，在制造企业的边缘服务器上运行服务。这种模式下，制造企业只要购买软件服务，开发、运维、升级等工作都交给服务商，不用再操心软件上的后续问题。由于服务由数字化服务商持续提供，服务易修改、易重构、易维护。制造企业的服务计算资源也可以作为一个资源整体匹配服务，进行任务的调度和资源的联合。同时，由于运行服务的服务器设置在设备边缘，可以很好地满足实时性需求，工业数据也不需要出园区，能更好地保护生产安全性。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

Claims (6)

1.一种异构容器云平台，其特征在于，所述云平台在硬件上包括云服务节点和边缘服务节点，在软件上包括容器云管理面、容器云服务仓库和容器云用户面。

2.根据权利要求1所述一种异构容器云平台，其特征在于，

所述云服务节点为服务提供者使用的一个或多个服务器，由安装CentOS系统的主机构成控制平面，部署Kubernetes的master节点，负责对集群进行负载均衡、自由伸缩、自我修复、自动部署和应用回滚管理；

所述边缘服务节点为服务购买者使用的一个或多个服务器，由Windows和Linux混合异构集群组成，作为Kubernetes的node节点加入集群，负责运行相应的服务容器。

3.根据权利要求2所述一种异构容器云平台，其特征在于，所述容器云管理面包括容器云UI交互模块、容器参数设置模块以及发布模块；容器云管理面搭载在云服务节点上，主要负责：通过容器云UI交互模块引导用户上传镜像，用Docker技术将用C#、C++编写的物联代码与相关配置环境打包成容器镜像，进行服务的环境配置和程序封装，通过容器参数设置模块为镜像设置功能标识和参数标识并写入tag标签，存储入容器云服务存储仓库中，将结构信息标识与服务的关系上传至数据库，通过发布模块与容器云用户面进行信息交互，包括用户身份验证、交易信息展示、交易过程跟踪、服务发布和版本变更。

4.根据权利要求1所述一种异构容器云平台，其特征在于，所述容器云服务存储仓库主要负责：用harbor在私有云上建立镜像库，根据不同的服务存储服务结构信息标识。

5.根据权利要求1所述一种异构容器云平台，其特征在于，所述容器云用户面包括通信模块；容器云用户面搭载在边缘服务节点上，主要负责：为用户订阅服务提供用户界面，根据服务订阅通信模块接收到的容器云管理面指令，从容器云服务存储仓库中拉取相应的容器镜像，在边缘服务节点中运行容器服务。

6.基于权利要求1-5任一所述异构容器云平台的边缘制造服务订阅实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)服务创建

步骤101)，对不同的车间设备，根据不同的SDK编写对应的边缘物联程序，边缘物联程序主要用于设备的数据采集、实时控制和动态管理；

步骤102)，根据SDK开发包和适配程序的适用环境编写Dockerfile，制作Windows或Linux镜像；

步骤103)，将镜像根据服务内容编码，打好tag标签和参数标识；

步骤104)，推送镜像到容器云服务存储仓库；

步骤105)，在容器云管理面根据边缘物联服务内容，划分服务组，对服务进行结构信息标识，并将标识信息上传至数据库系统；

(二)服务订阅

步骤201)，搭建Kubernetes集群，根据需要加入若干Windows和Linux节点；

步骤202)，用户在边缘服务节点上登录容器云用户面，填写所需参数并提交订单，由容器云通信模块将请求通过TCP/IP协议发送给容器云管理面；

步骤203)，容器云管理面根据请求在数据库中查找所有结构信息标识匹配的镜像名，再根据输入参数选择参数标识匹配的容器标签，将该容器标签分别编写进YAML配置文件，通过运行该YAML文件，发送指令给边缘服务节点；

步骤204)，边缘服务节点根据指令和负载均衡原则，选择满足条件的节点，从容器云服务存储仓库拉取构成所请求服务的容器镜像，容器运行在边缘服务节点上，实现与车间设备实时的互联互通，外界计算机通过域名访问边缘物联程序的web交互界面；

(三)服务升级

步骤301)，根据服务升级、更新、伸缩的不同需要，在容器云管理面修改YAML文件中的容器标签，指定新的发布版本和副本数量；

步骤302)，重新定位相应的结构信息标识和参数标识匹配的容器标签，将该容器标签分别编写进YAML配置文件，通过运行该YAML文件，通过Kubernetes发送指令给边缘服务节点，对容器进行重新配置；

(四)故障修复

步骤401)，在边缘服务节点某一服务器出现故障时，其他符合条件的边缘资源将从容器云服务存储仓库重新拉取服务镜像组，替代故障节点的容器，保证服务的正常运行；

步骤402)，若程序出现错误，容器云管理面发送指令，使运行服务回滚至上一发布版本镜像；

其中，所述服务是完成一个完整边缘制造任务的镜像集合，结构信息标识为服务的组成结构信息。

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