本發(fā)明屬于云計算領(lǐng)域，具體涉及一種弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來，云原生和邊緣計算技術(shù)快速發(fā)展，把云側(cè)算力資源下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣，滿足用戶低時延訪問，設(shè)備快速接入，數(shù)據(jù)本地處理等需求成為研究的重點。云邊協(xié)同技術(shù)能夠從網(wǎng)絡(luò)和云基礎(chǔ)設(shè)施層面將中心云與邊緣節(jié)點互通互聯(lián)，將處于不同位置、不同計算架構(gòu)、資源規(guī)模不一的計算、存儲資源建立統(tǒng)一的資源管理和協(xié)同調(diào)度平臺，實現(xiàn)云邊協(xié)同模式的統(tǒng)一云服務(wù)能力，因此云邊協(xié)同管理技術(shù)逐漸成為邊緣計算和云原生相融合的關(guān)鍵。

2、現(xiàn)有一種云邊端協(xié)同資源管理方法及系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于用戶請求和可用資源狀態(tài)信息建立考慮可靠性、時延和資源容量約束的系統(tǒng)收益最大化資源管理優(yōu)化模型，輸入用戶任務(wù)請求，求解資源管理優(yōu)化模型，完成用戶任務(wù)與資源節(jié)點匹配與任務(wù)卸載。該系統(tǒng)加入了可靠性和時延影響進(jìn)行資源管理，同時考慮了計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源容量，在云邊資源協(xié)同運(yùn)用的基礎(chǔ)上，保證時延且提高了資源利用率。由于云邊節(jié)點位置分散，存在網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定因素，該方法只考慮了在云邊網(wǎng)絡(luò)連接狀況良好條件下的云邊資源協(xié)同管理，無法在云邊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定甚至斷網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)云端對邊緣節(jié)點的控制和管理，不具備邊緣節(jié)點服務(wù)自治能力，造成邊緣節(jié)點非損壞條件下的資源閑置。

3、另有一種云邊協(xié)同的資源管理方法。該方法通過在邊緣端構(gòu)建多個邊緣云，由多個邊緣云收集邊緣端資源，上報給中心云。中心云基于多個邊緣云發(fā)送的資源數(shù)據(jù)向邊緣云下發(fā)任務(wù)調(diào)度命令，邊緣云接收任務(wù)調(diào)度命令后向邊緣端下發(fā)任務(wù)調(diào)度命令，從而實現(xiàn)了云邊端各級異構(gòu)資源的分級管理和協(xié)同運(yùn)用。該方法減輕了中心云的管理與控制壓力，一定程度上提升了中心云任務(wù)調(diào)度的效率。但是在云邊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定甚至斷連的環(huán)境下，中心云只能將運(yùn)行在邊緣云上的任務(wù)遷移，從而造成一個邊緣云下的所有邊緣端資源都無以利用，嚴(yán)重影響邊緣節(jié)點資源利用率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)不具備邊緣節(jié)點服務(wù)自治能力，造成邊緣節(jié)點非損壞條件下的資源閑置，或者在云邊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定甚至斷連的環(huán)境下，中心云只能將運(yùn)行在邊緣云上的任務(wù)遷移造成一個邊緣云下的所有邊緣端資源都無以利用的問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為兩層，一層是云端節(jié)點，另一層是邊緣節(jié)點；

5、云端節(jié)點包括：云控制節(jié)點、云數(shù)據(jù)中心和云計算節(jié)點，云控制節(jié)點連接云數(shù)據(jù)中心和云計算節(jié)點；云控制節(jié)點負(fù)責(zé)管理云計算節(jié)點和邊緣節(jié)點的計算、存儲資源，并根據(jù)任務(wù)特性將任務(wù)調(diào)度到云計算節(jié)點或邊緣節(jié)點上承載；云計算節(jié)點位置集中，算力、存儲資源充足，與云控制節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定，負(fù)責(zé)具有大規(guī)模算力需求的任務(wù)運(yùn)行；云數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)存儲云端和邊緣端的資源數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為任務(wù)調(diào)度和應(yīng)用運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持；

6、云控制節(jié)點與邊緣節(jié)點通過云邊網(wǎng)絡(luò)隧道連接，云邊網(wǎng)絡(luò)隧道是云端和邊緣端的網(wǎng)絡(luò)樞紐，負(fù)責(zé)云邊通信消息轉(zhuǎn)發(fā)，云邊網(wǎng)絡(luò)隧道反映云邊網(wǎng)絡(luò)連接狀況；

7、邊緣節(jié)點位置分散，計算存儲資源不足，但更接近用戶，綜合任務(wù)資源消耗和邊緣節(jié)點位置屬性將帶寬占用高或時延敏感的應(yīng)用部署在更接近用戶的邊緣節(jié)點。

8、本發(fā)明還提供一種任務(wù)調(diào)度方法，該方法包括如下步驟：

9、步驟s11、用戶登錄系統(tǒng)管理頁面，定義任務(wù)模板，用戶根據(jù)任務(wù)需求創(chuàng)建任務(wù)模板；

10、步驟s12、用戶在系統(tǒng)管理頁面中根據(jù)任務(wù)模板填寫任務(wù)需求并發(fā)送至任務(wù)調(diào)度器，并上傳應(yīng)用鏡像，由數(shù)據(jù)管理器將應(yīng)用鏡像存儲于云數(shù)據(jù)中心，等待任務(wù)調(diào)度；云控制節(jié)點的任務(wù)調(diào)度器能夠根據(jù)任務(wù)需求決定任務(wù)調(diào)度到云計算節(jié)點或邊緣節(jié)點上運(yùn)行；

11、步驟s13、云控制節(jié)點的任務(wù)調(diào)度器解析用戶任務(wù)需求；獲取用戶任務(wù)需求元數(shù)據(jù)；

12、步驟s14、云控制節(jié)點的任務(wù)調(diào)度器從資源管理器獲取云邊所有計算節(jié)點的資源使用情況；

13、步驟s15、云控制節(jié)點的任務(wù)調(diào)度器根據(jù)任務(wù)cpu、內(nèi)存需求篩選過濾不滿足cpu、內(nèi)存需求的計算節(jié)點；

14、步驟s16、云端控制節(jié)點任務(wù)調(diào)度器依據(jù)用戶位置、網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗情況以及任務(wù)時延需求在篩選后的計算節(jié)點中進(jìn)行權(quán)重排序，從而選擇最適合用戶服務(wù)體驗的節(jié)點部署應(yīng)用；

15、步驟s17、云控制節(jié)點任務(wù)調(diào)度器發(fā)送任務(wù)調(diào)度消息至最佳節(jié)點，最佳節(jié)點從云數(shù)據(jù)中心中下載用戶應(yīng)用鏡像；

16、步驟s18、最佳節(jié)點根據(jù)鏡像創(chuàng)建應(yīng)用容器，并啟動，同時向云控制節(jié)點同步資源狀態(tài)更新。

17、(三)有益效果

18、本發(fā)明提出一種弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的一種弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)，本發(fā)明能夠綜合任務(wù)資源消耗和邊緣節(jié)點位置屬性將帶寬占用高或時延敏感的應(yīng)用部署在更接近用戶的邊緣節(jié)點上，能夠充分利用邊緣節(jié)點資源的同時，避免因云邊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定造成的服務(wù)質(zhì)量不穩(wěn)定問題。本發(fā)明在邊緣節(jié)點上設(shè)計邊緣服務(wù)代理，采用本地數(shù)據(jù)存儲，當(dāng)云邊網(wǎng)絡(luò)斷連，邊緣服務(wù)代理結(jié)合本地數(shù)據(jù)庫能夠響應(yīng)本地服務(wù)請求，滿足邊緣節(jié)點服務(wù)自主運(yùn)行的數(shù)據(jù)需求，形成服務(wù)邊緣自治能力，能夠充分利用邊緣節(jié)點資源，為用戶提供更好的使用體驗。

技術(shù)特征：

1.一種弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)分為兩層，一層是云端節(jié)點，另一層是邊緣節(jié)點；

2.如權(quán)利要求1所述的弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)，其特征在于，云控制節(jié)點包括：系統(tǒng)管理頁面、資源管理器、邊緣控制器、數(shù)據(jù)管理器以及任務(wù)調(diào)度器；

3.如權(quán)利要求2所述的弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)，其特征在于，邊緣節(jié)點包括：邊緣服務(wù)代理、資源監(jiān)控組件以及容器運(yùn)行環(huán)境，其中，

4.如權(quán)利要求3所述的弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)，其特征在于，邊緣節(jié)點數(shù)據(jù)同步至云控制節(jié)點的同時，將節(jié)點資源數(shù)據(jù)、應(yīng)用運(yùn)行數(shù)據(jù)同步存儲到本地數(shù)據(jù)庫，當(dāng)邊緣節(jié)點與云控制節(jié)點網(wǎng)絡(luò)斷連時，邊緣服務(wù)代理無法訪問云數(shù)據(jù)中心，直接訪問本地數(shù)據(jù)庫獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，從而維持服務(wù)的正常運(yùn)行。

5.如權(quán)利要求4所述的弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)邊緣節(jié)點與云控制節(jié)點網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)連接后，由云控制節(jié)點的數(shù)據(jù)管理器控制云邊復(fù)網(wǎng)后的數(shù)據(jù)同步時間和策略。

6.一種基于權(quán)利要求1-5任一項所述的系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

7.如權(quán)利要求6所述的任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，所述s11中，任務(wù)模板中包含任務(wù)cpu、內(nèi)存需求、任務(wù)網(wǎng)絡(luò)帶寬資源消耗、用戶地址位置和任務(wù)時延要求。

8.如權(quán)利要求6所述的任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，計算節(jié)點權(quán)重排序算法如下：如果任務(wù)具有占用帶寬高或時延敏感的特性，則第一候選節(jié)點列表是所有滿足基礎(chǔ)資源需求的邊緣節(jié)點，如果第一候選節(jié)點列表不為空，則根據(jù)用戶位置從候選列表中篩選中和用戶訪問位置屬于同一區(qū)域的邊緣節(jié)點，得到第二候選節(jié)點列表，最后基于邊緣節(jié)點剩余cpu核數(shù)進(jìn)行降序排序，得到剩余cpu核數(shù)最多的邊緣節(jié)點，作為最佳節(jié)點；如果邊緣節(jié)點都不滿足用戶訪問位置要求，最佳節(jié)點則通過邊緣節(jié)點位置與用戶訪問位置的最短距離得到；如果第一候選節(jié)點列表為空，則將任務(wù)調(diào)度到云端，由云計算節(jié)點承載，篩選出滿足基礎(chǔ)資源需求且剩余cpu核數(shù)最多的云計算節(jié)點作為最佳節(jié)點。

9.如權(quán)利要求8所述的任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，如果任務(wù)不要求占用帶寬高或時延敏感，則將任務(wù)調(diào)度到云計算節(jié)點上，篩選出滿足基礎(chǔ)資源需求的候選云計算節(jié)點列表，最佳節(jié)點為候選云計算節(jié)點列表中剩余cpu核數(shù)最多的云計算節(jié)點。

10.如權(quán)利要求9所述的任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，該方法還包括當(dāng)云邊網(wǎng)絡(luò)斷連，邊緣節(jié)點無法訪問云控制節(jié)點，邊緣節(jié)點開啟邊緣自治模式，具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種弱網(wǎng)連接環(huán)境下的云邊資源協(xié)同管理系統(tǒng)，屬于云計算技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明綜合任務(wù)資源消耗和邊緣節(jié)點位置屬性將帶寬占用高或時延敏感的應(yīng)用部署在更接近用戶的邊緣節(jié)點上，能夠充分利用邊緣節(jié)點資源的同時，避免因云邊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定造成的服務(wù)質(zhì)量不穩(wěn)定問題。本發(fā)明在邊緣節(jié)點上設(shè)計邊緣服務(wù)代理，采用本地數(shù)據(jù)存儲，當(dāng)云邊網(wǎng)絡(luò)斷連，邊緣服務(wù)代理結(jié)合本地數(shù)據(jù)庫能夠響應(yīng)本地服務(wù)請求，滿足邊緣節(jié)點服務(wù)自主運(yùn)行的數(shù)據(jù)需求，形成服務(wù)邊緣自治能力，能夠充分利用邊緣節(jié)點資源，為用戶提供更好的使用體驗。

技術(shù)研發(fā)人員：袁強(qiáng),李暉,陳娜,孫瑩,丁曉東,靳蝶花
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京計算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/28