一种容器化边缘计算智能服务引擎系统的制作方法

1.本发明涉及互联网技术领域，更具体地，涉及一种容器化边缘计算智能服务引擎系统。


背景技术：

2.物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术、智能装备对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物之间的信息交互和无缝链接，实现对物理世界实时控制、精准管理和科学决策的目的。
3.随着物联网产业链相关技术的大力发展，传统工业 物联网成为产业升级改造的必由之路和有效途径。而随着传统工业和物联网的不断融合与创新，网络边缘侧终端数量不断增加，针对网络的资源需求也越来越多。由于网络的带宽承载能力有限，传统的基于云端的集中式计算处理方式已经难以满足大量的边缘设备需求。为了解决网络资源需求问题，基于传统的云端集中式计算处理方式，引入了边缘计算技术，有效地解决了网络资源需求问题。边缘计算，是指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，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算技术具有低时延、高速率等特点，现如今已经广泛实现于多个物联网应用场景中。
4.然而，尽管边缘计算有效解决了网络资源需求问题，但是随着边缘端的算法及应用技术日趋发展，对底层设备的适配难度随之提高。人工物理适配耗时耗力且成本极高。同时传统应用部署使用虚拟机，虚拟机提供的虚拟化需要消耗大量的资源，使得整个系统变得沉重，同时功能扩展受限较多，扩展困难，业务性能降低。因此，为了解决上述问题，采用容器技术结合边缘计算来有效提高网络效率。
5.容器是一种技术，开发人员打包开发完成的一个应用（系统）以及所需的开发环境，然后通过容器可以运行在不同的计算机上，也不需要重新配置相关环境，不同的是每一台计算机都需要配置运行容器的容器引擎。容器技术具有极其轻量、秒级部署、易于移植、弹性伸缩等特性。但在现有技术中，还没有有效的容器化边缘计算引擎。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种容器化边缘计算智能服务引擎系统，该系统包括：容器化边缘计算模块和边缘应用管理平台，其中：所述容器化边缘计算模块被配置为：将边缘智能服务在边缘计算服务节点进行容器化；通过边缘计算网络中的边缘计算中心节点对网络进行实时监控与预测，并基于监测结果利用容器编排技术将边缘计算服务节点集群的网络资源进行重新分配；以及对边缘计算网络中的不同网络节点进行赋能，以利用不同节点功能；所述边缘应用管理平台用于统一管理所述容器化边缘计算模块。
7.与现有技术相比，本发明的优点在于，结合容器化与边缘计算技术特点，设计一种
容器化的边缘计算智能服务引擎，实现对网络资源的更有效的利用，提高网络性能，并能够满足日益增多的网络资源需求。利用本发明解决了大规模工业边缘设备接入网络后导致的网络资源不足问题。
8.通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
9.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
10.图1是根据本发明一个实施例的容器化边缘计算智能服务引擎的架构图；图2是根据本发明一个实施例的基于边缘计算智能服务的容器化技术示意图；图3是根据本发明一个实施例的基于边缘计算智能服务的容器编排技术示意图；图4是根据本发明一个实施例的基于边缘计算的容器平台架构示意图。
具体实施方式
11.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
12.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
13.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
14.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
15.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
16.参见图1所示，所提供的容器化边缘计算智能服务引擎系统架构包括边缘设备端、容器化边缘计算模块以及边缘应用管理平台。在该实施例中，容器化边缘计算模块主要包含容器化模块s2、容器编排模块s3和边缘计算容器平台s4。边缘设备可以是多种类型的电子设备，边缘设备响应边缘智能服务时，通过容器化边缘计算模块对网络资源进行更加行之有效的利用，从而有效地减少网络冗余，提高网络性能。
17.容器化边缘计算模块作为本发明的核心模块，主要涉及容器化技术和容器编排技术等。参见图2所示，对于容器化模块s2，其利用容器化技术，将边缘智能服务在边缘计算服务节点进行容器化，基于容器技术的极其轻量、秒级部署、易于移植、弹性伸缩的特点，能够有效降低边缘智能服务开销，提高网络吞吐量和性能。例如，容器1用于数据分析、容器2用于状态感知，容器3用于节点自查，容器n用于边缘智能应用服务等。
18.容器编排技术如图3所示，对于容器编排模块s3，其通过边缘计算网络中的边缘计算中心节点利用控制模块对网络进行实时监控与预测，随后根据监测结果，利用容器编排技术将边缘计算服务节点集群的网络资源进行重新分配，以有效利用网络实时资源。通过
对多个容器进行组织，并按照计划运行，能够合理的实时调度网络资源。
19.边缘计算容器平台s4的架构如图4所示，集群中节点由边缘智能设备组成，可划分为边缘中心节点、边缘网络节点、边缘服务节点这三种类型。每个节点上例如都安装docker运行环境，运行着不同数量的容器，容器之间构成了容器集群对外提供服务。其中边缘中心节点负责控制编排分布式集群。控制节点是融合网络中节点集群的大脑，负责监测、管理和调度网络中的计算、存储和网络资源。控制节点通过openflow协议与负责网络转发的边缘智能设备进行通信，实时掌握网络拓扑。边缘网络节点是负责网络交换的智能节点，作为集群中的交换节点提供数据交换功能。边缘网络节点之间构建网络拓扑完成平台组网。边缘网络节点也可以构建无线ap作为网络的接入点，提供无线网络接入能力。边缘服务节点是负责提供容器服务的智能节点，与边缘网络节点直接相连，操作并利用docker引擎提供的虚拟化功能来托管容器化物联网服务。
20.需说明的是，基于边缘计算的容器平台架构，考虑到单节点容器集群中所有容器共用一台主机上的内存、cpu等资源，节点需具备较高的资源配置，而低配置的节点达不到有效的利用，为了提高各种环境下边缘应用系统的可用性，优选将单节点容器集群扩展为多节点容器集群，可以充分利用低成本节点运行容器化边缘云平台服务。基于边缘计算的容器平台架构，对边缘计算网络中的不同网络节点进行赋能，利用不同节点功能，从而有效调度集群资源。
21.综上所述，由于网络的带宽承载能力有限，传统的基于云端的集中式计算处理方式已经难以满足大量的边端设备需求。本发明提出了容器化边缘计算智能服务引擎，利用边缘计算以及容器技术，解决海量边缘设备对网络资源需求问题，提高了网络性能以及网络资源利用效率。简言之，基于边缘计算智能服务的容器化技术，利用边缘计算节点特性将边缘计算智能服务进行容器化，从而使得智能服务更便携更轻量；基于边缘计算智能服务的容器编排技术，利用边缘计算网络架构，通过边缘计算中心节点对网络中的边缘计算使用容器编排技术，从而使得各个边缘计算节点能够更有效地对边缘智能服务进行容器化，更有效地利用边缘计算节点的网络资源；进一步地，通过将单节点容器集群扩展为多节点容器集群，充分利用了低成本节点运行容器化边缘云平台服务。
22.本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
23.计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦式可编程只读存储器（eprom或闪存）、静态随机存取存储器（sram）、便携式压缩盘只读存储器（cd
‑
rom）、数字多功能盘（dvd）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波（例如，通过光纤电缆的光脉冲）、或者通过电线传输的电信号。
24.这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/
处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
25.用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（isa）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c 、python等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（fpga）或可编程逻辑阵列（pla），该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。
26.这里参照根据本发明实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
27.这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
28.也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
29.附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对
于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。
30.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。