一种智能边缘网络通信架构及方法技术

本发明专利技术公开了一种智能边缘网络通信架构，包括KubeEdge系统，KubeEdge系统包括云端、边缘端和设备端，云端和边缘端依靠传输控制协议进行通信，云端包括原生的k8s管理组件和KubeEdge自研的CloudCore组件，用于监听云端资源变化、处理和存储从边缘端收集的数据；边缘端包括EdgeCore组件，用于接收云端信息，负责容器的生命周期管理；设备端连接在网络边缘，用于采集、处理和传输数据资源至云端。一种智能边缘网络通信方法，使用KubeEdge和EdgeMesh实现边缘复杂网络场景下的节点通信，解决了电力物联网架构中云、边、端资源不同步，网络负载传输延迟，数据不同步等问题。数据不同步等问题。数据不同步等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种智能边缘网络通信架构及方法


[0001]本专利技术涉及边缘计算领域，尤其涉及一种智能边缘网络通信架构及方法。

技术介绍

[0002]在边缘计算中，云、边、端三个层次的资源不同步是一个技术难题。具体表现为网络质量波动：由于网络环境存在不稳定性和丢包等问题，导致数据传输过程中出现延迟、抖动等现象，进而影响到云、边、端资源之间的同步性。资源分布异构：云、边、端各自的计算、存储和网络资源分布不均匀，并且类型、规模和性能也存在差异，使得资源协同和互操作面临很大困难。数据格式不兼容：由于不同设备和平台使用的数据格式和协议不同，可能会导致数据在云、边、端之间的传输和解析出现问题，进而导致资源同步不畅。安全性风险：在云、边、端之间传输的数据可能存在泄露、篡改和攻击等安全风险，需要采取相应的安全措施来确保数据的安全性和完整性。
[0003]目前，边缘计算中云边端协同已经成为了该领域的研究热点。在云端，大规模数据存储、高性能计算和复杂分析处理等任务可以得到有效的支持；而在边缘端，实时数据采集、低延迟响应、离线应用执行等需求则得以满足。云边端协同通过将不同环节的计算资源进行协调和整合，实现了各个层次之间的无缝衔接和协同配合，从而可以更好地支持各种复杂的边缘计算应用场景，如智能制造、智慧城市、物联网等。然而，云边端协同面临的挑战依然较多，如何实现云边端同步是本领域技术人员亟需解决的。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是使用KubeEdge和EdgeMesh实现边缘复杂网络场景下的节点通信，解决了电力物联网架构中云、边、端资源不同步，网络负载传输延迟，数据不同步等问题。
[0005]技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术的一种智能边缘网络通信架构，包括KubeEdge系统，所述KubeEdge系统包括云端、边缘端和设备端，所述云端和所述边缘端依靠传输控制协议进行通信，所述云端包括原生的k8s管理组件和KubeEdge自研的CloudCore组件，用于监听云端资源变化、处理和存储从所述边缘端收集的数据；
[0006]所述边缘端包括EdgeCore组件，用于接收云端信息，负责容器的生命周期管理；
[0007]所述设备端连接在网络边缘，用于采集、处理和传输数据资源至所述云端。
[0008]进一步地，所述CloudCore组件包括EdgeController、DeviceController和CloudHub，所述EdgeController、所述DeviceController和所述CloudHub之间为通信互联，
[0009]所述EdgeController用于管理边缘节点和pod的元数据，将数据定位到对应的边缘节点；
[0010]所述DeviceController用于管理边缘设备，确保Device CRD信息的云边同步。
[0011]所述CloudHub用于监听、缓存和发送云端的数据到EdgeHub。
[0012]进一步地，所述EdgeCore组件包括Edged、MetaManager、EdgeHub、EventBus、
EdgeMesh和DeviceTwin，
[0013]所述Edged用于代替Kubelet在KubeEdge系统中实现对K8s资源对象的生命周期管理；
[0014]所述MetaManager的后端与一个SQLite的数据库相连，用于将元数据存储到SQLite或从SQLite检索元数据；
[0015]所述EdgeHub用于边缘端与云端的双向通信以进行边缘计算和部署边缘容器的编排；
[0016]所述DeviceTwin用于将存储设备状态同步到云端，还为程序提供查询结构；
[0017]所述EventBus用于与MQTT服务器mosquitto交互的MQTT客户端，为其他组件提供订阅和发布功能，作为用于发送/接收有关MQTT主题的消息接口；
[0018]所述EdgeMesh包括EdgeMesh
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Server和EdgeMesh
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Agent两个微服务，主要用于服务发现，支持CSI、CNI以及监控。
[0019]更进一步地，所述边缘容器包括设备管理容器、应用程序管理容器、数据管理容器以及服务管理容器，所述设备管理容器、所述应用管理容器、所述数据管理容器和所述服务管理容器之间通过网络协议进行信息传输，所述设备管理容器用于管理和控制边缘设备网络中的各种设备；
[0020]所述应用程序管理容器用于运行边缘设备网络中的各种应用程序；
[0021]所述数据管理容器用于管理和存储边缘设备网络中的各种数据；
[0022]所述服务管理容器用于管理和提供边缘设备网络中的各种服务。通过解耦应用来达到服务分类，满足各种场景下的应用需求，充分发挥KubeEdge的灵活性，可编排性，做到对边端海量资源的统一调度和管理。
[0023]一种智能边缘网络通信方法，
[0024]基于KubeEdge系统，云端部署原生的K8s集群管理组件以及KubeEdge自研的CloudCore组件；边缘端部署EdgeCore组件，完成边缘节点向云端集群的注册；
[0025]通过KubeSphere提供的Web控制台或API进行容器编排、应用部署和管理操作；
[0026]将本地数据上传到CloudCore，为云上算法训练提供样本；
[0027]创建命名空间，为K8s集群提供虚拟的隔离作用，再创建Pod，每个Pod中运行着一个或多个密切相关的Containers；
[0028]查看部署结果，确保EdgeMesh
‑
Agent在每一个节点都运行了一个Pod；
[0029]后台运行Jobs，保证批处理任务中的一个或多个Pod成功结束；
[0030]任务管理的Pod根据用户的设置将任务完成后自动退出。
[0031]进一步地，通过KubeSphere提供的Web控制台或API进行容器编排、应用部署和管理操作，还包括
[0032]在每一个节点上部署EdgeMesh
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Agent，并将它们注册到EdgeMesh
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Server中；
[0033]使用EdgeMesh的API接口或Web界面对路由规则和策略进行配置；
[0034]测试边缘节点之间的网络通信是否正常；
[0035]在边缘节点上部署应用程序，并将它们注册到EdgeMesh中。
[0036]进一步地，在每一个节点上部署EdgeMesh
‑
Agent，并将它们注册到EdgeMesh
‑
Server中，还包括
[0037]Edgemesh
‑
Server服务运行在云端，分配一个公网IP，监听来自EdgeMesh
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Agent的连接请求，并协助EdgeMesh
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Agent之间完成UDP打洞，建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能边缘网络通信架构，其特征在于，包括KubeEdge系统，所述KubeEdge系统包括云端、边缘端和设备端，所述云端和所述边缘端依靠传输控制协议进行通信，所述云端包括原生的k8s管理组件和KubeEdge自研的CloudCore组件，用于监听云端资源变化、处理和存储从所述边缘端收集的数据；所述边缘端包括EdgeCore组件，用于接收云端信息，负责容器的生命周期管理；所述设备端连接在网络边缘，用于采集、处理和传输数据资源至所述云端。2.根据权利要求1所述的一种智能边缘网络通信架构，其特征在于，所述CloudCore组件包括EdgeController、DeviceController和CloudHub，所述EdgeController、所述DeviceController和所述CloudHub之间为通信互联，所述EdgeController用于管理边缘节点和pod的元数据，将数据定位到对应的边缘节点；所述DeviceController用于管理边缘设备，确保Device CRD信息的云边同步。所述CloudHub用于监听、缓存和发送云端的数据到EdgeHub。3.根据权利要求1所述的一种智能边缘网络通信架构，其特征在于，所述EdgeCore组件包括Edged、MetaManager、EdgeHub、EventBus、EdgeMesh和DeviceTwin，所述Edged用于代替Kubelet在KubeEdge系统中实现对K8s资源对象的生命周期管理；所述MetaManager的后端与一个SQLite的数据库相连，用于将元数据存储到SQLite或从SQLite检索元数据；所述EdgeHub用于边缘端与云端的双向通信以进行边缘计算和部署边缘容器的编排；所述DeviceTwin用于将存储设备状态同步到云端，还为程序提供查询结构；所述EventBus用于与MQTT服务器mosquitto交互的MQTT客户端，为其他组件提供订阅和发布功能，作为用于发送/接收有关MQTT主题的消息接口；所述EdgeMesh包括EdgeMesh
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Server和EdgeMesh
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Agent两个微服务，主要用于服务发现，支持CSI、CNI以及监控。4.根据权利要求3所述的一种智能边缘网络通信架构，其特征在于，所述边缘容器包括设备管理容器、应用程序管理容器、数据管理容器以及服务管理容器，所述设备管理容器、所述应用管理容器、所述数据管理容器和所述服务管理容器之间通过网络协议进行信息传输，所述设备管理容器用于管理和控制边缘设备网络中的各种设备；所述应用程序管理容器用于运行边缘设备网络中的各种应用程序；所述数据管理容器用于管理和存储边缘设备网络中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂培忠，吴宇轩，朱晨鑫，
申请(专利权)人：杭州佳和电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：