九大云原生產(chǎn)品之華為云IEF智能邊緣平臺

課程目標(biāo)

學(xué)完本課程后，您將能夠:

了解云原生邊緣計算技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

了解KubeEdge社區(qū)現(xiàn)狀和架構(gòu)

了解IEF智能邊緣平臺的產(chǎn)品能力

智能邊緣平臺(Intelligent EdgeFabric）基于Kubernetes和KubeEdge生態(tài)構(gòu)建，將云原生的技術(shù)應(yīng)用到邊緣計算，為企業(yè)提供舉報極致輕量、邊緣智能、強(qiáng)勁算力的邊云協(xié)同操作系統(tǒng)。可管理多種邊緣設(shè)備，將豐富的AI、loT及數(shù)據(jù)分析等智能應(yīng)用以輕量化的方式從云端部署到邊緣，滿足用戶對智能應(yīng)用邊云協(xié)同的業(yè)務(wù)訴求

云計算是集中化的，離終端設(shè)備（如攝像頭、傳感器等）較遠(yuǎn)，對于實時性要求高的計算需求，把計算放在云上會引起網(wǎng)絡(luò)延時變長、網(wǎng)絡(luò)擁塞、服務(wù)質(zhì)量下降等問題。而終端設(shè)備通常計算能力不足，無法與云端相比。在此情況下，邊緣計算順應(yīng)而生，通過在靠近終端設(shè)備的地方建立邊緣節(jié)點，將云端計算能力延伸到靠近終端設(shè)備的邊緣節(jié)點，從而解決上述問題。

智能邊緣平臺（Intelligent EdgeFabric）通過納管您的邊緣節(jié)點，提供將云上應(yīng)用延伸到邊緣的能力，聯(lián)動邊緣和云端的數(shù)據(jù)，滿足客戶對邊緣計算資源的遠(yuǎn)程管控、數(shù)據(jù)處理、分析決策、智能化的訴求，同時，在云端提供統(tǒng)一的邊緣節(jié)點/應(yīng)用監(jiān)控、日志采集等運維能力，為企業(yè)提供完整的邊緣和云協(xié)同的一體化服務(wù)的邊緣計算解決方案。

前言

萬物互聯(lián)時代快速到來，5G網(wǎng)絡(luò)普及導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備以及產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量快速增長，設(shè)備的計算能力不足，匯聚到集中式數(shù)據(jù)中心處理將面臨響應(yīng)實時性、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)安全性的挑戰(zhàn)。

在邊緣進(jìn)行計算，邊側(cè)資源的監(jiān)控、調(diào)度復(fù)雜性將隨規(guī)模的擴(kuò)大成倍增長，直接影響整體計算效率，因此提升云邊協(xié)同計算以及邊緣設(shè)備和應(yīng)用的管理能力迫在眉睫。

目錄

1.云原生邊緣計算技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2. KubeEdge社區(qū)現(xiàn)狀和架構(gòu)

3.IEF智能邊緣平臺主要功能與產(chǎn)品演示

邊緣計算發(fā)展的核心驅(qū)動力

低時延

為滿足低時延要求，需要在離業(yè)務(wù)現(xiàn)場，最近的“邊緣”構(gòu)建解決方案，減少業(yè)務(wù)處理時延，業(yè)務(wù)本地閉環(huán)

海量數(shù)據(jù)分析(帶寬優(yōu)化)

5G/IoT時代邊緣數(shù)據(jù)爆炸性增長，難以直接回傳至云端且成本高昂，數(shù)據(jù)在本地進(jìn)行分析和過濾，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，如AI推理、流分析等

安全隱私

數(shù)據(jù)涉及企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營活動安全，在邊緣處理企業(yè)保密信息、個人隱私

本地自治&交互

不依賴云端的離線處理能力、自我恢復(fù)能力;能夠與本地系統(tǒng)進(jìn)行交互。

邊緣計算領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和核心玩家

Gartner: 2022年邊緣計算將成為所有數(shù)字業(yè)務(wù)的必要需求

Grand:全球邊緣計算市場將以41%的符合年增長率快速增長

3GPP:5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)邊緣計算是5G未來網(wǎng)絡(luò)的一個重要方向

邊緣計算逐漸進(jìn)入炒作頂峰，研究機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)組織對邊緣計算均保持樂觀態(tài)度

邊緣計算滲透入各行各業(yè)，云計算巨頭和網(wǎng)絡(luò)通信運營商最為積極

傳統(tǒng)的邊緣計算逐步向CloudNative技術(shù)演進(jìn)

云計算和邊緣計算并不是對立的。邊緣計算是云計算向終端和用戶側(cè)延伸形成的新解決方案。可以說，邊緣計算本身就是云計算概念的延伸，即便是賦予其獨立的概念，也無法做到與云計算切割開，二者本就是相依而生、協(xié)同運作的。---中國信息通信研究院《云計算與邊緣計算協(xié)同九大應(yīng)用場景(2019年)》

面向邊緣計算場景，專為邊云協(xié)同設(shè)計；業(yè)界首個云原生邊緣計算框架；開放社區(qū)治理，連接云原生和邊緣計算生態(tài)；旨在提供應(yīng)用協(xié)同、資源協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同和設(shè)備協(xié)同的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2020年9月∶晉級CNCF Incubation； 3.7k+ Stars,960+ Forks on github；620+社區(qū)貢獻(xiàn)者；50+社區(qū)企業(yè)、機(jī)構(gòu)；吸引全球開發(fā)者6萬+；3個社區(qū)SIG: SlG Device loT、SIG MEC、SIG Al

核心理念

云邊協(xié)同

-雙向多路復(fù)用消息通道，支持邊緣節(jié)點位于私有網(wǎng)絡(luò)

- Websocket ＋消息封裝，大幅減少通信壓力，高時延下仍可正常工作

邊緣離線自治

-節(jié)點元數(shù)據(jù)持久化，實現(xiàn)節(jié)點級離線自治

-節(jié)點故障恢復(fù)無需List-watch，降低網(wǎng)絡(luò)壓力，快速ready

極致輕量

-重組Kubelet功能模塊，極致輕量化(~70mb內(nèi)存占用)·移除內(nèi)嵌存儲驅(qū)動，通過CSI接入

-支持CRl集成Containerd、CRI-O，優(yōu)化runtime資源消耗

邊緣設(shè)備管理

-支持Device Mapper設(shè)計，用戶可以自定義接入多種邊緣設(shè)備協(xié)議

智能邊緣平臺(Intelligent EdgeFabric）基于Kubernetes和KubeEdge生態(tài)構(gòu)建，將云原生的技術(shù)應(yīng)用到邊緣計算，為企業(yè)提供舉報極致輕量、邊緣智能、強(qiáng)勁算力的邊云協(xié)同操作系統(tǒng)。可管理多種邊緣設(shè)備，將豐富的AI、loT及數(shù)據(jù)分析等智能應(yīng)用以輕量化的方式從云端部署到邊緣，滿足用戶對智能應(yīng)用邊云協(xié)同的業(yè)務(wù)訴求

https://www.huaweicloud.com/product/ief.html

邊緣高可靠:IEF提供了節(jié)點自治、故障遷移以及多實例部署的能力來保障業(yè)務(wù)的可靠性和連續(xù)性。

統(tǒng)一運維:用戶能夠通過界面全流程完成從資源納管到業(yè)務(wù)下發(fā)再到后期的業(yè)務(wù)監(jiān)控運維與升級更新，大大提升業(yè)務(wù)部署、運維效率，降低使用門檻。

支持海量接入規(guī)模:IEF通過優(yōu)化邊云連接，最大可單集群能夠支持3000邊緣節(jié)點接入，并且支持根據(jù)用戶業(yè)務(wù)規(guī)模擴(kuò)大而進(jìn)行集群水平擴(kuò)容。

面向云原生:IEF基于KubeEdge構(gòu)建，兼容云原生生態(tài)，解耦業(yè)務(wù)、硬件與設(shè)備，支持用戶根據(jù)自身場景訴求靈活演進(jìn)。

異構(gòu)設(shè)備接入:IEF能夠支持x86、ARM32及ARM64架構(gòu)的設(shè)備，覆蓋了大型服務(wù)器、智能小站甚至loT設(shè)備，能夠全面支撐客戶得邊緣業(yè)務(wù)場景。

輕量化:IEF優(yōu)化邊緣側(cè)管理組件資源占用，Edge-Core最低開銷只需128MB內(nèi)存。

IEF支持接入海量的邊緣節(jié)點（EdgeNode），在IEF中可以自動生成邊緣節(jié)點的配置信息，能夠高效、便捷的納管（安裝Edge Agent）邊緣節(jié)點，所有邊緣節(jié)點可以在云端統(tǒng)一管理、監(jiān)控和運維。

支持終端設(shè)備連接到邊緣節(jié)點，終端設(shè)備支持通過MQTT協(xié)議、Modbus協(xié)議和OPC-UA協(xié)議等接入。終端設(shè)備接入后，可以對終端設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。

IEF支持將容器應(yīng)用和函數(shù)部署到邊緣節(jié)點，并管理容器應(yīng)用和函數(shù)。

容器應(yīng)用

IEF支持以容器的形式將邊緣應(yīng)用快速部署到邊緣節(jié)點運行。您可以將自己的邊緣應(yīng)用程序打包成容器鏡像，并上傳到容器鏡像服務(wù)，然后通過IEF將容器鏡像部署到邊緣節(jié)點運行；同時IEF還支持將華為云上已有應(yīng)用部署到邊緣節(jié)點運行。并且IEF支持對應(yīng)用進(jìn)行版本升級、配置變更、卸載、監(jiān)控和日志采集。

容器具有更繁榮的生態(tài)，能幫助您的容器應(yīng)用無縫切換到其他的運行環(huán)境中，具有更好的可移植性，而且容器具有更好的資源隔離性，并支持CPU/GPU調(diào)度。

函數(shù)

IEF支持將華為云FunctionGraph中的函數(shù)部署到邊緣節(jié)點運行，并能夠在IEF中控制函數(shù)的起停。

函數(shù)相比容器更加輕量，部署速度更快，如下兩種情況建議選擇使用函數(shù)。

如果邊緣節(jié)點資源受限，可采用函數(shù)的方式。

如果邊緣應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯是基于事件驅(qū)動，可采用函數(shù)的方式，函數(shù)可以通過事件觸發(fā)的機(jī)制快速響應(yīng)。

IEF提供了消息路由功能，您可以配置消息路由，IEF根據(jù)配置的消息路由將邊緣消息轉(zhuǎn)發(fā)至對應(yīng)消息端點（Endpoint，發(fā)送或接收消息的一方），讓消息按照規(guī)定的路徑轉(zhuǎn)發(fā)，靈活控制數(shù)據(jù)路由，并提高數(shù)據(jù)安全性。

業(yè)務(wù)需求

微服務(wù)跨邊云發(fā)現(xiàn)和通信

跨邊云服務(wù)通信全鏈路進(jìn)行路由、限流、熔斷等治理能力

灰度發(fā)布:金絲雀、藍(lán)綠發(fā)布等典型發(fā)布流程

關(guān)鍵技術(shù)

跨邊云的統(tǒng)一服務(wù)發(fā)現(xiàn)

支持多種邊緣接入方式的邊云Overlay網(wǎng)絡(luò)通道

高集成度的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)路由的邊緣實現(xiàn)

云邊統(tǒng)一的應(yīng)用流量治理

跨子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)穿透

典型的部署需求

雙機(jī)熱備

多機(jī)多活互備

有關(guān)聯(lián)的應(yīng)用同節(jié)點部署以提升應(yīng)用間交互效率

同一應(yīng)用的不同實例跨節(jié)點部署以提升可用性

依據(jù)邊緣節(jié)點的不同屬性將應(yīng)用部署于不同分組中

定義獨立于節(jié)點的應(yīng)用部署以實現(xiàn)滿足條件的新邊緣節(jié)點上線后自動安裝應(yīng)用

云上訓(xùn)練,邊緣推理

人工智能服務(wù)利用云上的資源完成海量數(shù)據(jù)預(yù)處理及半自動化標(biāo)注、大規(guī)模分布式訓(xùn)練、自動化模型生成，支持部署到云上或邊緣。

邊緣服務(wù)將云上訓(xùn)練好的Al應(yīng)用以容器或函數(shù)形式推送到邊緣節(jié)點，提供邊云傳輸通道，聯(lián)動邊緣和云端的數(shù)據(jù)，支撐AI應(yīng)用實現(xiàn)邊云智能協(xié)同。同時提供升級、監(jiān)控、日志等運維能力。

邊緣Al容器/函數(shù)加載模型，實時從設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，通過推理進(jìn)行瑕疵檢測，根據(jù)結(jié)果調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)，提升良品率。

邊緣產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和推理結(jié)果周期上傳到云上，用于持續(xù)模型訓(xùn)練和生產(chǎn)分析。

邊緣處理，云上挖掘

邊緣側(cè)多設(shè)備多協(xié)議數(shù)據(jù)接入

基于事件規(guī)則處理數(shù)據(jù)，不同事件類型，分別建立規(guī)則，Error類一小時內(nèi)五次警報，Warning類型，使用復(fù)雜規(guī)則。根據(jù)多個警報類型—定時間內(nèi)觸發(fā)警報規(guī)則。

邊緣側(cè)直接警報，可到毫秒級延時

對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行實時統(tǒng)計，實時展示最新狀態(tài)

數(shù)據(jù)清洗后上云歸檔，進(jìn)行進(jìn)一步地挖掘和分析

集中管理邊緣資源

邊緣計算提供云-邊-端的資源協(xié)同管理，在云端統(tǒng)一管理邊-端的節(jié)點和設(shè)備。

傳感器、網(wǎng)關(guān)、攝像機(jī)、機(jī)床等各種設(shè)備通過本地網(wǎng)絡(luò)接入邊緣節(jié)點，通常會有專門的工業(yè)協(xié)議，如Modbus、OPC-UA，也可以使用MQTT、Http等通用協(xié)議。

通用服務(wù)器、工控機(jī)、邊緣專用盒子等邊緣節(jié)點通過因特網(wǎng)連接到云端，通常使用Http、MQTT等通用協(xié)議。

資源協(xié)同:如何對節(jié)點、設(shè)備進(jìn)行功能抽象，在云-邊-端之間通過各種協(xié)議完成數(shù)據(jù)接入，在云端統(tǒng)一管理和運維

1.納管邊緣節(jié)點，綁定終端設(shè)備

2.開發(fā)應(yīng)用并制作鏡像，上傳到容器鏡像服務(wù)(SWR)

3.通過IEF將應(yīng)用部署到邊緣節(jié)點，運行您的實際業(yè)務(wù)。

4.(可選)回傳數(shù)據(jù)到云上做進(jìn)—步處理，根據(jù)處理結(jié)果更新應(yīng)用。

本課總結(jié)

邊緣節(jié)點：邊緣節(jié)點(EdgeNode）是您自己的邊緣計算設(shè)備，用于運行邊緣應(yīng)用，處理您的數(shù)據(jù)，并安全、便捷地和云端應(yīng)用進(jìn)行協(xié)同。

終端設(shè)備：終端設(shè)備可以小到傳感器、控制器，大到智能攝像機(jī)或工控機(jī)床。終端設(shè)備可以連接到邊緣節(jié)點，IEF支持以MQTT協(xié)議、modbus協(xié)議和OPC-UA協(xié)議等接入終端設(shè)備。

容器應(yīng)用：容器應(yīng)用是您需要在邊緣節(jié)點上運行的功能模塊，通過部署所需應(yīng)用來構(gòu)建您自己的邊緣計算能力。

函數(shù)應(yīng)用：函數(shù)指的是FunctionGraph服務(wù)中托管的函數(shù)，IEF支持將FunctionGraph中的函數(shù)下發(fā)到邊緣節(jié)點運行，快速響應(yīng)邊緣的事件。

消息端點：數(shù)據(jù)發(fā)送的起始點或者數(shù)據(jù)接收的目的點，如數(shù)據(jù)從終端設(shè)備發(fā)送到云端服務(wù)，終端設(shè)備為源端點，云端服務(wù)為目的端點。

消息路由：由源端點，源端點資源，目的端點和目的端點資源組成，系統(tǒng)會根據(jù)消息將消息從源端點指定資源轉(zhuǎn)發(fā)到目的端點的指定資源上。

參考鏈接

相關(guān)內(nèi)容的華為云官網(wǎng)鏈接: https://support.huaweicloud.com/usermanual-ief/ief_01_0001.html

Kubeedge官方文檔: https://kubeedge.io/en/

IEF智能邊緣平臺官方首頁: https://www.huaweicloud.com/product/ief.html

云原生 云計算 智能邊緣 智能邊緣平臺 IEF

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