詳解邊緣計算系統邏輯架構：雲、邊、端協同

　　導讀：本文將對整個邊緣計算系統的邏輯架構及雲、邊、端之間的邏輯關係進行系統梳理。

　　01 邊緣計算系統邏輯架構簡介

　　由圖3-1可知，邏輯架構側重邊緣計算系統雲、邊、端各部分之間的互動和協同，包括雲、邊協同，邊、端協同和雲、邊、端協同3個部分。

　　▲圖3-1 邊緣計算系統邏輯架構

　　雲、邊協同：通過雲部分Kubernetes的控制節點和邊部分KubeEdge所執行的節點共同實現。

　　邊、端協同：通過邊部分KubeEdge和端部分EdgeX Foundry共同實現。

　　雲、邊、端協同：通過雲解決方案Kubernetes的控制節點、邊緣解決方案KubeEdge和端解決方案EdgeX Foundry共同實現。

　　 02 雲、邊協同

　　雲、邊協同的具體實現如圖3-2所示。

　　▲圖3-2 邊緣計算系統中雲、邊協同邏輯架構

　　Kubernetes控制節點沿用雲部分原有的資料模型，保持原有的控制、資料流程不變，即KubeEdge所執行的節點在Kubernetes上呈現出來的是一個普通節點。Kubernetes可以像管理普通節點一樣管理KubeEdge所執行的節點。

　　KubeEdge之所以能夠執行在資源受限、網路質量不可控的邊緣節點上，是因為KubeEdge在Kubernetes控制節點的基礎上通過雲部分的CloudCore和邊緣部分的EdgeCore實現了對Kubernetes雲端計算編排容器化應用的下沉。

　　雲部分的CloudCore負責監聽Kubernetes控制節點的指令和事件下發到邊緣部分的EdgeCore，同時將邊緣部分的EdgeCore上報的狀態資訊和事件資訊提交給Kubernetes的控制節點；邊緣部分的EdgeCore負責接收雲部分CloudCore的指令和事件資訊，並執行相關指令和維護邊緣負載，同時將邊緣部分的狀態資訊和事件資訊上報給雲部分的CloudCore。

　　除此之外，EdgeCore是在Kubelet元件基礎上裁剪、定製而成的，即將Kubelet在邊緣上用不到的富功能進行裁剪，針對邊緣部分資源受限、網路質量不佳的現狀在Kubelet的基礎上增加了離線計算功能，使EdgeCore能夠很好地適應邊緣環境。

　　 03 邊、端協同

　　邊、端協同的具體實現如圖3-3所示。

　　▲圖3-3 邊緣計算系統中邊、端協同邏輯架構

　　KubeEdge作為執行在邊緣節點的管理程式，負責管理在邊緣節點上應用負載的資源、執行狀態和故障等。在一些的邊緣計算系統中，KubeEdge為EdgeX Foundry服務提供所需的計算資源，同時負責管理EdgeX Foundry端服務的整個生命週期。

　　EdgeX Foundry是由KubeEdge管理的一套IoT SaaS平臺。該平臺以微服務的形式管理多種物聯網終端裝置。同時，EdgeX Foundry可以通過所管理的微服務採集、過濾、儲存和挖掘多種物聯網終端裝置的資料，也可以通過所管理的微服務向多種物聯網終端裝置下發指令來對終端裝置進行控制。

　　由圖3-4可知，KubeEdge的解決方案由MQTT代理和對接支援各種協議裝置的服務組成。

　　▲圖3-4 KubeEdge端解決方案邏輯架構

　　MQTT代理：作為各種物聯網終端裝置和KubeEdge節點之間的一個通訊管道，負責接收終端裝置傳送的資料，並將接收到的資料傳送到已經訂閱MQTT代理的KubeEdge節點上。

　　對接支援各種協議裝置的服務：負責與支援相應協議的裝置進行互動，能夠採集裝置的資料併傳送給MQTT代理，能夠從MQTT代理接收相關指令並下發到裝置。

　　通過上述分析可知，KubeEdge的端解決方案還比較初級。

　　KubeEdge的端解決方案支援的負載型別還比較單一，目前只能通過MQTT代理支援一些物聯網終端裝置，對視訊處理和使用AI模型進行推理的應用負載還不支援。

　　對接支援各種協議裝置的服務目前還比較少，只支援使用Bluetooth和Modbus兩種協議的裝置。

　　基於上述原因，我們的邊緣計算系統的端解決方案沒有使用KubeEdge的端解決方案，而是使用EdgeX Foundry這款功能相對完善的IoT SaaS平臺。

　　 04 雲、邊、端協同

　　邊緣計算系統中雲、邊、端協同的理想效果如圖3-5所示。

　　▲圖3-5 邊緣系統中雲、邊、端協同的理想效果

　　由圖3-5可知，雲、邊、端協同包括兩層，即雲、邊協同和雲、邊、端協同。

　　雲、邊協同：雲作為控制平面，邊作為計算平臺。

　　雲、邊、端協同：在雲、邊協同的基礎上，管理終端裝置的服務作為邊上的負載。雲可以通過控制邊來影響端，從而實現雲、邊、端協同。

　　雲、邊、端協同是通過Kubernetes的控制節點、KubeEdge和EdgeX Foundry共同實現的，Kubernetes的控制節點下發指令到KubeEdge的邊緣叢集，操作EdgeX Foundry的服務，從而影響終端裝置。目前，我們還不能通過Kubernetes的控制節點與終端裝置直接互動。

　　 05 小結

　　本文對整個邊緣計算系統的邏輯架構及雲、邊、端之間的邏輯關係和現狀進行了系統梳理。

　　從雲、邊協同的架構切入，對目前雲、邊協同的架構和原理進行了梳理，同時對邊解決方案的一些特性進行了說明。

　　從邊、端協同的架構切入，對目前邊、端協同的架構和原理進行了系統梳理，並對KubeEdge自有的端解決方案的架構、原理和現狀進行了說明。

　　從雲、邊、端協同的架構切入，主要對雲、邊、端協同的理想效果進行了說明。