边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统及方法与流程

1.本发明涉及网关管理技术领域，具体地说是边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统及方法。


背景技术：

2.边缘计算被认为是5g与工业互联网、物联网等的重要结合点，推动相关产业产生飞跃性发展，边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全和隐私保护等方面的关键需求。
3.通过边缘计算，可以将公有云能力下沉至边缘数据中心、用户数据中心以及边缘设备，形成边缘基础设施服务、iot服务等，实现云边协同。边缘节点提供模块化、微服务化的应用实例，云端主要提供按照客户需求实现业务编排能力
4.然而，边缘计算和云端协同形成一体化的云边协同平台仍然面临以下问题，首先，边缘计算平台和云边协同平台存在结构差异，使得边缘平台和云边协同平台面临设备异构、框架异构、系统异构的多重异构问题，其次，边缘节点物理部署上呈现分散化碎片化状态，往往受限于有限的网络环境，缺乏可靠的网络连通。
5.如何实现边缘计算场景下虚拟异构网关的管理，实现异构边缘计算资源的虚拟化和资源统一调度，满足边缘计算业务场景的需求，是需要解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的技术任务是针对以上不足，提供边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统及方法，来解决如何实现边缘计算场景下虚拟异构网关的管理的技术问题。
7.第一方面，本发明的一种边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统，包括控制模块、网关模块和转发模块，所述控制模块部署于云端作为服务端，所述网关模块部署于边缘端作为客户端，所述转发模块部署于云端和边缘端用于实现控制模块和网关模块的交互：
8.所述控制模块用于基于网关模块上传的网关模型信息构建初始网关模型，基于用户指令修改所述初始网关模型，并将得到的修改后网关模型通过转发模块下发至所述网关模块；用于维护对自身运行状态，并维护其与网关模块的连接；
9.所述网关模块用于建立并维护其与控制模块的连接，用于检测自身状态变化并将对应的网关模型信息上传所述控制模块，用于基于修改后网关模型配置数据转发策略和数据流处理策略，并基于数据转发策略和数据流处理策略对接收的数据包进行路由转发和数据流处理。
10.作为优选，所述控制模块包括：
11.应用程序接口，所述应用程序接口用于供用户调用，获取用户指令；
12.指令处理单元，所述指令处理单元与所述应用程序接口交互，用于转发所述用户指令；
13.数据处理单元，所述数据处理单元与所述转发模块交互，用于通过提供网关模型构建服务，基于所述网关模型构建服务主动从转发模块获取网关模块信息并基于网关模块信息构建初始网关模型，用于提供网关模型修改服务，基于所述网关模型修改服务获取用户指令、并基于用户指令对所述初始网关模型进行修改，得到修改后网关模型，并将所述修改后网关模型通过转发模块下发至所述网关模块；
14.系统检查单元，所述系统检查单元用于提供模块探测服务和网关连接探测服务，基于所述模块探测服务检测自身运行状态，并在运行出现问题时，记录问题日志并进行重启修复，基于所述网关连接探测服务检测所述控制模块与所述网关模块的连接状态，并在连接出现问题时，记录问题日志并进行重启修复。
15.作为优选，所述网关模块包括：
16.网关处理单元，所述网关处理单元用于提供连接探测服务、动态监测服务、网关同步服务，网关模块启动后，基于所述连接探测服务向所述控制模块发送连接请求并与控制模块建立连接，并检测其与控制模块的连接状态，断连时，重新向所述控制模块发送连接请求与控制模块建立连接；基于所述动态检测服务检测自身状态变化，并将对应的网关模型信息实时上传所述控制模块；
17.数据流处理单元，所述数据流处理单元与所述网关处理单元连接，在网关模块与控制模块建立连接后，基于所述网关同步服务、网关处理单元实时从控制模块获取对应的修改后网关模型，并基于修改后网关模型调整所述数据流处理单元，所述调整后数据流处理单元用于提供数据包转发服务和数据策略控制服务，所述数据包转发服务用于根据数据包的源目地址、匹配预先定义的数据流转发策略完成数据包的路由和转发、以及数据业务识别；所述数据策略控制服务用于根据数据包的信息执行对应的数据流动作和策略，所述数据包的信息包括源目地址、端口号、协议和应用。
18.作为优选，所述转发模块包括：
19.云端转发模块，所述云端转发模块部署于云端，并与控制模块连接；
20.边缘端转发模块，每个边缘节点或每组边缘节点上均部署有边缘端转发模块，所述边缘端转发模块和对应在同一个边缘节点或同一组边缘节点的网关模块连接，并通过websocket通信协议与所述云端转发模块连接。
21.作为优选，所述网关模块以docker容器的方式部署于边缘端。
22.第二方面，本发明的一种边缘计算场景下异构虚拟网关的管理方法，应用于如第一方面任一项所述的一种边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统，所述方法包括如步骤：
23.网关模块建立并维护其与控制模块的连接，检测自身状态变化并将对应的网关模型信息上传控制模块；
24.控制模块维护对自身运行状态，并维护其与网关模块的连接；
25.控制模块基于网关模块上传的网关模型信息构建初始网关模型，并基于用户指令修改所述初始网关模型，将得到的修改后网关模型通过转发模块下发至网关模块；
26.网关模块基于所述修改后网关模型配置数据转发策略和数据流处理策略，并基于所述数据转发策略和所述数据流处理策略对接收的数据包进行路由转发和数据流处理。
27.作为优选，所述网关模块建立并维护其与控制模块的连接，步骤为：网关模块启动
后，基于连接探测服务向所述控制模块发送连接请求并与控制模块建立连接，并检测其与控制模块的连接状态，断连时，重新向所述控制模块发送连接请求与控制模块建立连接；
28.控制模块维护对自身运行状态，并维护其与网关模块的连接，步骤为：基于所述网关探测服务检测自身运行状态，并在运行出现问题时，记录问题日志并进行重启修复，基于所述网关连接探测服务检测所述控制模块与所述网关模块的连接状态，并在连接出现问题时，记录问题日志并进行重启修复。
29.作为优选，控制模块基于网关模块上传的网关模型信息构建初始网关模型，并基于用户指令修改所述初始网关模型，步骤为：
30.数据处理单元基于所述网关模型构建服务主动从转发模块获取网关模块信息并基于网关模块信息构建初始网关模型；
31.基于应用程序接口获取用户指令，并通过指令处理单元将所述指令转发至数据处理单元，数据处理单元基于所述网关模型修改服务获取用户指令、并基于用户指令对所述初始网关模型进行修改，得到修改后网关模型。
32.作为优选，网关模块基于所述修改后网关模型配置数据转发策略和数据流处理策略，并基于所述数据转发策略和所述数据流处理策略对接收的数据包进行路由转发和数据流处理，包括如下步骤：
33.在网关模块与控制模块建立连接后，基于所述网关同步服务、网关处理单元实时从控制模块获取对应的修改后网关模型，并基于修改后网关模型调整所述数据流处理单元，调整后数据流处理单元提供数据包转发服务和数据策略控制服务；
34.基于数据包转发服务，根据数据包的源目地址、匹配预先定义的数据流转发策略完成数据包的路由和转发、以及数据业务识别；
35.基于所述数据策略控制服务，根据数据包的信息执行对应的数据流动作和策略，所述数据包的信息包括源目地址、端口号、协议和应用。
36.本发明的边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统及方法具有以下优点：
37.1、在云端部署控制模块，在边缘端控制网关模块，通过控制模块构建和修改网关模型并将网关模型下发至网关模块，网关模块基于修改后的网关模型配置数据包转发策略和数据处理策略，基于上述数据包转发策略和数据处理策略可对从设备获取的数据包进行路由转发以及数据流处理，实现了多样性异构边缘计算资源的虚拟化和资源统一调度；
38.2、通过云端的控制模块提供网关的资源调度，业务编排能力，同时在云端提供标准化接口，实现可以通过统一云管平台进行统一调度和管理，构建良好的产业生态；
39.3、控制模块对自身运行状态以及其与网关模块的连接进行维护，同时，网关模块对其与控制模块的连接进行维护，确定了控制模块和网关模块的有效连接，避免了段连造成的数据丢失。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.下面结合附图对本发明进一步说明。
42.图1为实施例1边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统的结构示意图；
43.图2为实施例1边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统的工作原理框图；
44.图3为实施例2边缘计算场景下异构虚拟网关的管理方法的流程框图。
具体实施方式
45.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
46.本发明实施例提供边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统及方法，用于解决如何实现边缘计算场景下虚拟异构网关的管理的技术问题。
47.实施例1：
48.本发明一种边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统，包括控制模块、网关模块和转发模块，控制模块部署于云端作为服务端，网关模块部署于边缘端作为客户端，转发模块部署于云端和边缘端用于实现控制模块和网关模块的交互。
49.本实施例中，控制模块用于基于网关模块上传的网关模型信息构建初始网关模型，基于用户指令修改所述初始网关模型，并将得到的修改后网关模型通过转发模块下发至所述网关模块；用于维护对自身运行状态，并维护其与网关模块的连接。网关模块用于建立并维护其与控制模块的连接，用于检测自身状态变化并将对应的网关模型信息上传所述控制模块，用于基于修改后网关模型配置数据转发策略和数据流处理策略，并基于数据转发策略和数据流处理策略对接收的数据包进行路由转发和数据流处理。
50.作为控制模块的具体实施，该模块包括应用程序接口、指令处理单元、数据处理单元和系统检查单元。
51.控制模块提供统一的应用程序接口，用于用户调用，北向提供api接口或cil供用户调用，获取用户指令；南向通过转发模块统一管理网关模块。
52.指令单元、数据处理单元和系统检查单元三个单元配合实现对网关模块的统一管控。
53.其中，指令处理单元与应用程序接口交互，用于转发用户指令。
54.数据处理单元与转发模块交互，用于通过提供网关模型构建服务，基于网关模型构建服务主动从转发模块获取网关模块信息并基于网关模块信息构建初始网关模型，用于提供网关模型修改服务，基于网关模型修改服务获取用户指令、并基于用户指令对初始网关模型进行修改，得到修改后网关模型，并将修改后网关模型通过转发模块下发至网关模块。
55.系统检查单元用于提供模块探测服务和网关连接探测服务，基于网关探测服务检测自身运行状态，并在运行出现问题时，记录问题日志并进行重启修复，基于网关连接探测服务检测控制模块与网关模块的连接状态，并在连接出现问题时，记录问题日志并进行重启修复。
56.网关模块作为网关的实体，可以按需部署在每个边缘节点或每组边缘节点，本实施例中，网关模块以docker容器的方式部署，docker技术可以实现应os级虚拟化，将网关模
块代码与编译工具进行容器持久化，构建适配各异构环境的网关模块。
57.作为网关模块的具体实施，该模块包括网关处理单元和数据流处理单元，网关处理单元维护网关模块与控制模块的连接，保证网关模块的正常运行；数据流处理单元负责完成数据包的处理。
58.作为网关处理单元的具体实施，该单元用于提供连接探测服务、动态监测服务、网关同步服务。网关模块启动后，基于连接探测服务向所述控制模块发送连接请求并与控制模块建立连接，并检测其与控制模块的连接状态，断连时，重新向所述控制模块发送连接请求与控制模块建立连接；基于所动态检测服务检测自身状态变化，并将对应的网关模型信息实时上传控制模块。
59.作为数据流处理单元的具体实施，数据流处理单元与网关处理单元连接，在网关模块与控制模块建立连接后，基于网关同步服务、网关处理单元实时从控制模块获取对应的修改后网关模型，并基于修改后网关模型调整所述数据流处理单元，调整后数据流处理单元用于提供数据包转发服务和数据策略控制服务，数据包转发服务用于根据数据包的源目地址、匹配预先定义的数据流转发策略完成数据包的路由和转发、以及数据业务识别；数据策略控制服务用于根据数据包的信息执行对应的数据流动作和策略，数据包的信息包括源目地址、端口号、协议和应用。
60.本实施例中转发模块包括云端转发模块和边缘端转发模块，云端转发模块部署于云端，并与控制模块连接；每个边缘节点或每组边缘节点上均部署有边缘端转发模块，边缘端转发模块和对应在同一个边缘节点或同一组边缘节点的网关模块连接，并通过websocket通信协议与云端转发模块连接。
61.本实施例一种边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统包括控制模块、网关模块和转发模块，控制模块部署在云端，网关模块配置在边缘端，按照需要每个边缘节点或每组边缘节点均配置有网关模块，所有网关模块可以通过以太网与控制模块连接，转发模块包括部署在云端的云端转发模块和部署在边缘端的边缘端转发模块，控制模块与云端转发模块连接，网关模块与边缘端转发模块连接，云端转发模块与边缘端转发模块之间基于webstocket协议进行交互。其工作流程为：
62.(1)控制模块与网关模块的连接
63.控制模块启动时，同时启动云端转发模块，控制模块作为转发模块服务端，等待网关模块连接；
64.网关模块启动后，同时启动边缘端转发模块，网关模块作为转发模块的客户端，网关模块通过其连接探测服务向控制模块发送连接请求并与控制模块建立连接，并检测其与控制模块的连接状态，断连时，重新向所述控制模块发送连接请求与控制模块建立连接；
65.同时，控制模块中系统检查单元通过模块探测服务检测自身运行状态，并在运行出现问题时，记录问题日志并进行重启修复，基于网关连接探测服务检测控制模块与网关模块的连接状态，并在连接出现问题时，记录问题日志并进行重启修复；
66.(2)数据包处理
67.控制模块与网关模块建立连接后，网关模块中网关处理单元通过动态检测服务检测自身状态变化，并将对应的网关模型信息实时上传控制模块，控制模块中数据处理单元通过网关模型构建服务主动获取网关模型信息，并构建初始网关模型；
68.控制模块通过应用程序接口获取用户指令，并通过指令处理单元将用户指令转发至数据处理单元，数据处理单元根据用户指令、通过网关模型修改服务修改初始网关模型，得到修改后网关模型；
69.网关处理单元通过网关同步服务、实时从控制模块获取对应的修改后网关模型，并基于修改后网关模型调整数据流处理单元；
70.数据流处理单元通过其数据转发服务，根据数据包的源目地址，匹配预先定义的策略完成数据包的路由和转发、数据业务识别功能；并通过其数据流处理服务，根据数据包的源目地址、端口号、协议、应用等信息，执行对应的数据流动作和策略。
71.实施例2：
72.本发明一种边缘计算场景下异构虚拟网关的管理方法，应用于实施例1公开的一种边缘计算场景下异构虚拟网关的管理系统，该方法包括如步骤：
73.s100、网关模块建立并维护其与控制模块的连接，检测自身状态变化并将对应的网关模型信息上传控制模块；
74.控制模块维护对自身运行状态，并维护其与网关模块的连接；
75.s200、控制模块基于网关模块上传的网关模型信息构建初始网关模型，并基于用户指令修改初始网关模型，将得到的修改后网关模型通过转发模块下发至网关模块；
76.s300、网关模块基于修改后网关模型配置数据转发策略和数据流处理策略，并基于所述数据转发策略和所述数据流处理策略对接收的数据包进行路由转发和数据流处理。
77.本实施例中，网关模块建立并维护其与控制模块的连接，步骤为：网关模块启动后，基于连接探测服务向所述控制模块发送连接请求并与控制模块建立连接，并检测其与控制模块的连接状态，断连时，重新向所述控制模块发送连接请求与控制模块建立连接。
78.控制模块维护对自身运行状态，并维护其与网关模块的连接，步骤为：基于所述网关探测服务检测自身运行状态，并在运行出现问题时，记录问题日志并进行重启修复，基于所述网关连接探测服务检测所述控制模块与所述网关模块的连接状态，并在连接出现问题时，记录问题日志并进行重启修复。
79.控制模块基于网关模块上传的网关模型信息构建初始网关模型，并基于用户指令修改所述初始网关模型，步骤为：
80.(1)数据处理单元基于所述网关模型构建服务主动从转发模块获取网关模块信息并基于网关模块信息构建初始网关模型；
81.(2)基于应用程序接口获取用户指令，并通过指令处理单元将所述指令转发至数据处理单元，数据处理单元基于所述网关模型修改服务获取用户指令、并基于用户指令对所述初始网关模型进行修改，得到修改后网关模型，并将修改后网关模型通过转发模块下发至网关模块。
82.网关模块基于修改后网关模型配置数据转发策略和数据流处理策略，并基于数据转发策略和所述数据流处理策略对接收的数据包进行路由转发和数据流处理，包括如下步骤：
83.(1)在网关模块与控制模块建立连接后，基于所述网关同步服务、网关处理单元实时从控制模块获取对应的修改后网关模型，并基于修改后网关模型调整所述数据流处理单元，调整后数据流处理单元提供数据包转发服务和数据策略控制服务；
84.(2)基于数据包转发服务，根据数据包的源目地址、匹配预先定义的数据流转发策略完成数据包的路由和转发、以及数据业务识别；
85.(3)基于数据策略控制服务，根据数据包的信息执行对应的数据流动作和策略，所述数据包的信息包括源目地址、端口号、协议和应用。
86.上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。