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聊聊多图详解边缘计算系统的组成及概念,你还记得吗?

作者: 数字化观察网 发布时间: 2021年09月07日 15:24:28

聊聊多图详解边缘计算系统的组成及概念,你还记得吗?

本文从组成部分和概念解析两方面来说明边缘计算系统。

组成部分:边缘计算系统由云、边、端三部分组成,每部分的解决方案不止一种。本文的云组成部分选择Kubernetes,边组成部分选择KubeEdge,端组成部分选择EdgeX Foundry。

概念解析:对组成边缘计算系统的云、边、端三部分涉及的相关概念进行说明。

01 边缘计算系统的组成 1. 云——Kubernetes

Kubernetes是Google开源的大规模容器编排解决方案。整套解决方案由核心组件、第三方组件和容器运行时组成,具体如下所示。

1)核心组件

Kube-apiserver:Kubernetes内部组件相互通信的消息总线,对外暴露集群API资源的唯一出口

Kube-controller:保证集群内部资源的现实状态与期望状态保持一致

Kube-scheduler:将需要调度的负载与可用资源最佳匹配

Kube-proxy:为节点内的负载访问和节点间的负载访问做代理

Kubelet:根据Kube-scheduler的调度结果,操作相应负载

2)第三方组件

Etcd:存储集群的元数据和状态数据

Flannel

集群的跨主机负载网络通信的解决方案

需要对原来的数据包进行额外的封装、解封装,性能损耗较大

Calico

集群的跨主机负载网络通信的解决方案

纯三层网络解决方案,不需要额外的封装、解封装,性能损耗较小

CoreDNS:负责集群中负载的域名解析

3)容器运行时

Docker:目前默认的容器运行时

Containerd:比Docker轻量,稳定性与Docker相当的容器运行时

Cri-o

轻量级容器运行时

目前稳定性没有保证

Frakti

基于Hypervisor的容器运行时

目前稳定性没有保证

2. 边——KubeEdge

KubeEdge是华为开源的一款基于Kubernetes的边缘计算平台,用于将容器化应用的编排功能从云扩展到边缘的节点和设备,并为云和边缘之间的网络、应用部署和元数据同步提供基础架构支持。KubeEdge使用Apache 2.0许可,并且可以免费用于个人或商业用途。

KubeEdge由云部分、边缘部分和容器运行时组成,具体如下所示。

云部分 | CloudCore

负责将云部分的事件和指令下发到边缘端,同时接收边缘端上报的状态信息和事件信息

边缘部分 | EdgeCore

接收云部分下发的事件和指令,并执行相关指令,同时将边缘的状态信息和事件信息上报到云部分

容器运行时 | Docker

目前,KubeEdge默认支持Docker

官方表示未来会支持Containerd、Cri-o等容器运行时

3. 端——EdgeX Foundry

EdgeX Foundry是一个由Linux基金会运营的开源边缘计算物联网软件框架项目。该项目的核心是基于与硬件和操作系统完全无关的参考软件平台建立的互操作框架,构建即插即用的组件生态系统,加速物联网方案的部署。EdgeX Foundry使有意参与的各方在开放与互操作的物联网方案中自由协作,无论其是使用公开标准还是私有方案。

EdgeX Foundry微服务集合构成了4个微服务层及两个增强的基础系统服务。4个微服务层包含从物理域数据采集到信息域数据处理等一系列服务,两个增强的基础系统服务为4个微服务层提供服务支撑。

4个微服务层从物理层到应用层依次为设备服务(Device Service)层、核心服务(Core Service)层、支持服务(Supporting Service)层、导出服务(Export Service)层,两个增强的基础系统服务包括安全和系统管理服务,具体说明如下所示。

1)设备服务层

Device-modbus-go:Go实现对接使用Modbus协议设备的服务

Device-camera-go:Go实现对接摄像头设备的服务

Device-snmp-go:Go实现对接SNMP服务

Device-mqtt-go:Go实现对接使用MQTT协议设备的服务

Device-sdk-go

Go实现对接其他设备的SDK

SDK给设备接入提供了较大的灵活性

2)核心服务层

Core-command:负责向南向设备发送命令

Core-metadata:负责设备自身能力描述,提供配置新设备,并将它们与其拥有的设备服务配对的功能

Core-data:负责采集南向设备层数据,并向北向服务提供数据服务

Registry & Config:负责服务注册与发现,为其他EdgeX Foundry微服务提供关于EdgeX Foundry的相关服务的信息,包括微服务配置属性

3)支持服务层

Support-logging:负责日志记录

Support-notification:负责事件通知

Support-scheduler:负责数据调度

4)导出服务层

Export-client:导出数据的客户端

Export-distro:导出数据的应用

5)两个增强的基础系统服务

System-mgmt-agent:提供启动、停止所有微服务的API

Sys-mgmt-executor:负责启动、停止所有微服务的最终执行

02 概念解析

组成边缘计算系统的云、边、端三部分的相关概念如下。

云:涉及的概念包括Container、Pod、ReplicaSet、Service、Deployment、DaemonSet、Job、Volume、ConfigMap、NameSpace、Ingress等。

边:目前边缘系统的实现方式是通过对云原有的组件进行裁剪并下沉到边缘,所以边涉及的概念是云的子集,而且与云保持一致。

端:部署在边上的一套微服务,目前没有引入新的概念。

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