边缘计算之边缘计算的解决方案

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目前,市场上边缘计算的相关概念有雾计算、边缘计算、多接入边缘计算/移动边缘计算、移动云等。这是边缘计算的第三篇文章,主要内容是边缘计算的解决方案。

Cloud Foundry平台

  Cloud Foundry是Ruby开发的开源Paas平台。它于2009年由VMware开发,并于2014年2月转移到Cloud Foundry Foundation进行管理,正式成为开源软件。全球超过一半的财富500强企业(包括金融服务、政府机关、汽车公司等。)依靠Cloud Foundry提高速度、灵活性和效率。当然,相对于云计算、大数据等概念和平台,Cloud Foundry并没有那么出名。CloudFoundry是VMware主导的开源PaaS云计算平台。符合OpenStack云计算平台规范。

    Cloud Foundry作为目前最有活力的开源Paas平台,有效降低了工业物联网平台的准入门槛和开发周期。目前,基于Cloud Foundry开发的工业IoT平台包括:

  1. GE Predix平台;

  2. 西门子MindSphere;

  3. 博世IoT Cloud;

  4. 霍尼韦尔Sentience。

    除此之外,还包括如下物联网平台等:

  1. IBM Cloud(原IBM Bluemix);

  2. SAP云平台(原SAP HANA云平台);

  3. 华为FusionStage。

    由此可见Cloud Foundry之于物联网的价值。下面,我们讲一下Cloud Foundry平台的整体架构。

边缘计算之边缘计算的解决方案

Cloud Foundry由路由、认证、应用生命周期管理、应用存储和执行、服务、消息、测量和记录组成。

路由组件定期查询Diego公告板系统(BBS)以确定每个应用程序的当前运行单元和容器。使用这些信息,路由器将根据每个单元虚拟机(VM)的IP地址和单元容器的主机端口号重新计算新的路由表。

OAuth2服务器(UAA)和登录服务器共同提供身份管理。

云控制器云控制器通过CC-Bridge组件指示Diego Brain协调各个Diego单元分阶段运行应用。Nsync、Diego Brain和Cell代表不断监控他们的状态,并根据预期状态协调他们,根据需要启动和停止流程。

Store是大型二进制文件的存储库,App Execution(Diego Cell)在Diego Cell虚拟机上运行应用程序任务和暂存任务,作为花园容器。

服务经纪人依赖于第三方服务、数据库或第三方SaaS服务提供商。当开发者为一个服务提供一个服务,并将其绑定到一个应用时,该服务的服务代理负责提供服务实例。

Cloud Foundry组件虚拟机通过HTTP和HTTPS协议在内部相互通信,共享存储在Diego的公告板系统(BBS)中的临时消息和数据。

BBS存储更频繁的更新和一次性数据,如单元和应用程序状态、未分配的工作和心跳消息。使用BBS Go MySQL驱动程序在MySQL中存储数据。

最后,Metrics Collector和APP log Aggregator等组件将应用程序日志传输给开发人员,以监控Cloud Foundry部署。

Cloud Foundry采用开放式架构,因此支持多种架构:

支持各种框架,包括Spring for Java,。NET、Ruby on Rails、Node.js、Grails、Scala on Lift等更多合作伙伴提供的框架(如Python、PHP等。);

支持各种应用服务,包括PostgreSQL、MySQL、SQL Server、MongoDB、Redis以及更多来自第三方和开源社区的应用服务;

它支持公共云、私有云或混合云,包括vSphere/vCloud、AWS、OpenStack、Rackspace等。

EdgeX Foundry平台

    EdgeX Foundry是由Linux基金会发起的vendor中立的开源项目,为物联网边缘计算构建了一个通用的开放框架。该项目的核心是在完整的硬件和操作系统无关参考软件平台中托管的互操作性框架,以实现即插即用组件的生态系统,从而统一市场并加速物联网解决方案的部署。

边缘计算之边缘计算的解决方案

    EdgeX Foundry专注于工业物联网边缘设备,即嵌入式PC,集线器,网关,路由器和本地服务器等边缘节点。EdgeX Foundry利用云原生原理(例如松散耦合的微服务,平台无关),但其架构可满足物联网边缘的特定需求,包括适应基于IP和非IP的连接协议,广泛分布式计算的安全和系统管理节点,并缩小到高度受限的设备。

    EdgeX Foundry专注于解决分布式物联网雾体系结构中“南,北,东,西”的关键互操作性挑战,可以完全在一个边缘节点上运行,也可以分布在多个节点上。

    EdgeX Foundry项目的一个关键原则是保持平台独立性,以实现最大规模:

    任何架构(如x86或ARM);

    任何操作系统(例如Linux,Windows,Mac OS);

    任何应用程序环境(允许用Java,Javascript,Python,Go,C / C ++等编写的微服务通过通用API一起工作)。

    EdgeX Foundry是一个开源微服务集合,包括核心服务层、支持服务层、导出服务层、设备服务层、安全和

系统管理等6类微服务,其中:

  • 设备服务层提供SDK,允许用户为不同种类的设备(包括运行EdgeX Foundry的其他设备)创建虚拟设备,从而实现数据收集、参数配置和设备控制等操作;

  • 核心服务层用于提供元数据(设备信息、数据格式、操作命令等)存储、核心数据存储和访问、设备操作、微服务注册和配置等功能;

  • 支撑服务层通过规则引擎来允许云端应用和其他内部微服务在条件触发时产生动作从而实现本地和云端智能控制;通过调度层实现核心数据调度;

  • 出口服务层是数据的唯一出口,允许云端应用和其他内部微服务注册为核心数据的接收者,然后通过分发服务将数据分发给云端应用;此外,出口服务层也提供Google Cloud IoT平台接口;

  • 系统管理层提供EdgeX Foundry微服务,BIOS固件,操作系统和其他网关相关软件的安装,升级,启动,停止和监控等功能;

  • 安全层用于为其他微服务提供安全保障。

Cord平台

CORD是开放网络基金会(ONF)利用SDN(软件定义网络)、NFV(网络功能虚拟化)、云计算(OpenStack)等技术为运营商打造的云原生、开放、可编程、灵活的数据中心开源软件平台。

CORD在2017年取得了巨大的进步,超过60家公司和运营商参与了CORD项目,催生了CORD社区的发展和壮大。同时,CORD 4.1将发布重点转移到边缘数据中心领域,致力于成为部署边缘云和边缘计算新服务的最佳开源平台。

CORD core利用数据中心的leaf-spine分布式核心网络架构和白盒设备重构运营商端局,其中叶子节点负责连接服务器和网络设备,spine pin节点负责连接交换机,保证节点内任意两个端口之间的无阻塞性能和极低延迟,实现从接入到云平台的敏捷服务。

边缘计算之边缘计算的解决方案

ORD现在包括3个面向不同市场的解决方案:

  • 面向5G移动边缘基站的分布式解决方案M-CORD;

  • 面向有线接入家庭用户的R-CORD;

  • 面向城域网和广域网上企业用户的E-CORD。

CORD平台主要由XOS、ONOS和OpenStack/Docker等部分组成:

  • XOS:CORD的web管理控制台,调用ONOS和OpenStack来提供CORD相关服务;

  • OpenStack/Docker:用于管理运行VNF的虚拟机和容器;

  • ONOS:ONF社区主导开发的SDN控制器,作为OpenStack Neutron plugin管理OpenStack虚拟网络,提供服务链,同时管理数据中心的白盒硬件(白盒交换机,白盒vOLT等)。

边缘计算之边缘计算的解决方案

Openstack

    目前来看,OpenStack作为边缘计算云端平台特别具有吸引力,或者说在发展日渐面临一些困难的时候,边缘计算的浪潮,让OpenStack犹如又获得了一股新的推动力。

OpenStack提供了可以在任何地方部署的基础设施构建模块,包括网络边缘。OpenStack的灵活性和模块化特性意味着可以高效地运行边缘设备所需的最小服务,并同时为裸机,容器技术和虚拟机提供强大的支持。目前,OpenStack已经是分布式程度最高的基础设施软件,在全球数千个数据中心运行,并且许多电信和零售行业的用户都在努力通过OpenStack推进边缘计算用例。

Cloudlet(朵云)

Cloudlet,也称为follow me cloud和Mobile魏云,源于卡耐基梅隆大学的Elijah项目。它由OpenEdgeComputing.org推动,旨在支持资源密集型和交互式移动应用,满足增强现实应用、远程渲染云游戏等的低延迟和高带宽要求。

边缘计算之边缘计算的解决方案

    为了满足本地开发和云端部署的跨平台需求并利用OpenStack开放的生态系统,Elijah项目产生了OpenStack++。OpenStack++基于修改后的QEMU的云端库,并集成到OpenStack平台中,提供边缘计算OpenStack++需求的基本功能,包括快速配置,实时VM切换和基于当前带宽的自适应功能等。

ARM Mbed

ARM mbed IoT设备平台是ARM物联网小组构建的包含公有云平台(Mbed Cloud)、物联网操作系统(Mbed OS)、Mbed TLS库以及其他相关软硬件支持,包括100多个支持Mbed的板卡,400多个组件,用于编写,构建和测试应用程序的工具以及服务器和客户端工具等等,是一个完整的技术和生态系统,能够实现真正的IP到边缘和可互操作的IoT应用,从而大规模创建和部署基于标准的商业IoT解决方案。

边缘计算之边缘计算的解决方案

Mbed Cloud是ARM用以提供用于交互和管理连接设备的托管服务的公有物联网云平台:

  • 支持多种连接方式下的安全连接,包括6LoWPAN, Thread, Cellular, Wi-Fi, Low-powered Mesh, Mobile IoT (LPWA)等;
  • 支持CoAP和OMA LwM2M(轻量级M2M)通信和设备管理协议;
  • 支持使用多种Web应用程序开发接口,包括REST API,JavaScript和Python中的软件开发工具包(SDK)以及在线门户;
  • Mbed Cloud客户端适用于多种操作系统,且支持端到端的远程固件更新;
  • Mbed Cloud Provision SDK包含Mbed Cloud客户端中的工厂配置客户端(FCC)和工厂配置器实用程序(FCU),能够对设备凭证(私钥,证书,唯一ID等)和配置(参数、服务器URL等)进行验证并安全地存储在设备的受保护存储器中;
  • 通过Mbed Edge SDK提供协议翻译、网关管理,以及本地应用程序执行环境和计算资源。
  • 通过Mbed On Premises支持企业内部服务器部署和公有云、私有云等各种云部署等。

边缘计算之边缘计算的解决方案

Mbed OS是一个免费开源的嵌入式操作系统,基于ARM Keil RTX内核,是一个实时操作系统,旨在运行在ARM Cortex-M单片机和ARM CMSIS-RTOS接口标准上。可以在非常小的设备上支持thread、TLS、semaphore、mutex、Thread等RTOS服务,还可以支持蓝牙低功耗、Thread、6LoWPAN、Cellular、Wi-Fi、低功耗Mesh、Mobile IoT (LPWA)、Ethernet等专门为物联网设备设计的通信接口。

MBETLS是一个开源、可移植、易于使用、可读且灵活的SSL库。它提供了一套可以独立使用和编译的加密组件,基于加密组件、抽象层和支持组件的完整SSL/TLS实现模块,以及制作精良的测试套件,为嵌入式设备提供加密和SSL/TLS功能。

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