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。
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: