CN112910955A - 云端与边缘端数据通信方法、装置及边缘计算*** - Google Patents

云端与边缘端数据通信方法、装置及边缘计算*** Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种云端与边缘端数据通信方法、装置及边缘计算***，云端与边缘端数据通信方法包括边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端；云端获取边缘端目标节点的容器IP和服务暴漏端口，根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过所述对应长连接访问边缘端目标节点。本申请可以实现云端访问边缘端目标节点，解决边缘端只能单向访问云端的问题，提高边缘环境资源的利用率。

Description

云端与边缘端数据通信方法、装置及边缘计算***
技术领域
本申请属于边缘计算技术领域，具体涉及一种云端与边缘端数据通信方法、装置及边缘计算***。
背景技术
边缘计算，是一种分布式计算的架构，将应用程序、数据与服务的运算，由网络中心节点，移往网络逻辑上的边缘节点来处理。边缘运算将原本完全由中心节点处理大型服务加以分解，切割成更小与更容易管理的部份，分散到边缘节点去处理。边缘节点更接近于用户终端装置，可以加快数据的处理与传送速度，减少延迟。近几年随着5G和物联网等新技术的出现，边缘计算的场景受到越来越多人的关注。边缘场景一般有几个特点：资源异构、资源紧缺、网络不稳定等，传统单体应用因为伸缩性和资源占用高等原因一直无法和边缘场景很好的结合，随着容器和微服务技术的成熟，近几年出现了很多备受大家关注的边缘计算项目，尤其是开源的KubeEdge项目，KubeEdge即Kube+Edge，顾名思义就是依托K8S的容器编排和调度能力，实现云边协同、计算下沉、海量设备的平滑接入。KubeEdge架构上包含两部分，分别是云端和边缘端。云端负责应用和配置的下发，边缘侧则负责运行边缘应用和管理接入设备。但是现在KubeEdge项目中边缘端只能单向访问云端，边缘节点容器和云端容器也是无法互相访问的。而现实场景是很多***在云端和边缘端都需要部署应用，因此制约了KubeEdge项目在边缘场景的落地，降低边缘环境资源的利用率。
发明内容
为至少在一定程度上克服现在KubeEdge项目中边缘端只能单向访问云端，边缘节点容器和云端容器也是无法互相访问的，而现实场景是很多***在云端和边缘端都需要部署应用，因此制约了KubeEdge项目在边缘场景的落地，降低边缘环境资源的利用率的问题，本申请提供一种云端与边缘端数据通信方法、装置及边缘计算***。
第一方面，本申请提供一种云端与边缘端数据通信方法，包括：
边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端；
云端获取边缘端目标节点的容器IP和服务暴漏端口，根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过所述对应长连接访问边缘端目标节点。
进一步的，所述边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端包括：
边缘端调用SSH命令根据各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建基于SSH端口转发模式的长连接到云端。
进一步的，还包括：
边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点。
进一步的，所述边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点包括：
边缘端同步所有云端容器IP网段；
为每个云端容器IP网段添加路由，所述路由的下一跳为云端目标节点IP；
通过Iptables规则将边缘端节点访问云端容器网段的数据包进行地址转换；
将地址转换后的数据包通过所述路由发送至云端目标节点。
进一步的，所述根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过所述对应长连接访问边缘端目标节点，包括：
云端根据对应长连接创建目标节点的容器IP和服务暴漏端口的固定端口；
通过所述固定端口访问边缘端目标节点。
第二方面，本申请提供一种云端与边缘端数据通信装置，包括：
创建模块，用于边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端；
第一访问模块，用于云端获取边缘端目标节点的容器IP和服务暴漏端口，根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过所述对应长连接访问边缘端目标节点。
第三方面，本申请提供一种边缘计算***，包括：
如第二方面所述云端与边缘端数据通信装置、边缘端和云端；
所述云端通过所述云端与边缘端数据通信装置访问边缘端目标节点。
进一步的，还包括：KubeEdge组件，
所述云端与所述KubeEdge组件连接；
所述KubeEdge组件支持边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点。
进一步的，所述云端包括：
云端通信接口和云端中心模块；
所述云端中心模块分别与所述KubeEdge组件和所述云端通信接口连接。
进一步的，所述边缘端包括：
边缘端通信接口、容器控制模块、数据管理模块和云端IP地址同步模块；
所述数据管理模块分别与所述边缘端通信接口、容器控制模块连接；
所述边缘端通信接口与所述云端通信接口连接；
所述边缘端通信接口与云端IP地址同步模块连接，通过云端IP地址同步模块获取云端目标节点对应IP以访问云端目标节点。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明实施例提供的云端与边缘端数据通信方法、装置及边缘计算***，通过边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端；云端获取边缘端目标节点的容器IP和服务暴漏端口，根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过对应长连接访问边缘端目标节点，可以实现云端访问边缘端目标节点，解决边缘端只能单向访问云端的问题，提高边缘环境资源的利用率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请一个实施例提供的一种云端与边缘端数据通信方法的流程图。
图2为本申请另一个实施例提供的一种云端与边缘端数据通信方法的流程图。
图3为本申请一个实施例提供的一种云端与边缘端数据通信装置的功能结构图。
图4为本申请一个实施例提供的一种边缘计算***的功能结构图。
图5为本申请一个实施例提供的另一种边缘计算***的功能结构图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
图1为本申请一个实施例提供的云端与边缘端数据通信方法的流程图，如图1所示，该云端与边缘端数据通信方法，包括：
S11：边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端；
S12：云端获取边缘端目标节点的容器IP和服务暴漏端口，根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过对应长连接访问边缘端目标节点。
在一些边缘计算***中，云端负责应用和配置的下发，边缘侧则负责运行边缘应用和管理接入设备，但边缘端只能单向访问云端，边缘节点容器和云端容器也是无法互相访问的。而现实场景是很多***在云端和边缘端都需要部署应用，因此制约了边缘计算***的实际应用，降低边缘环境资源的利用率。
本实施例中，通过边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端；云端获取边缘端目标节点的容器IP和服务暴漏端口，根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过对应长连接访问边缘端目标节点，可以实现云端访问边缘端目标节点，解决边缘端只能单向访问云端的问题，提高边缘环境资源的利用率。
图2为本申请另一个实施例提供的云端与边缘端数据通信方法的流程图，如图2所示，该云端与边缘端数据通信方法，包括：
S21：边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点。
一些实施例中，边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点，具体包括：
S211：边缘端同步所有云端容器IP网段；
S212：为每个云端容器IP网段添加路由，所述路由的下一跳为云端目标节点IP；
S213：通过Iptables规则将边缘端节点访问云端容器网段的数据包进行地址转换；
S214：将地址转换后的数据包通过所述路由发送至云端目标节点。
S22：边缘端调用SSH命令根据各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建基于SSH端口转发模式的长连接到云端。
S23：云端根据对应长连接创建目标节点的容器IP和服务暴漏端口的固定端口；
S24：云端通过固定端口访问边缘端目标节点。
一些实施例中，云端与边缘端数据通信方法应用于基于KubeEdge架构的边缘计算***，基于KubeEdge架构的边缘计算***中包括云端和边缘端，云端负责应用和配置的下发，边缘侧则负责运行边缘应用和管理接入设备。
边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点，从而实现了边缘端能够单向访问云端节点网络。边缘节点上的容器可以借助于底层网络访问云端节点容器。当云端容器需要访问边缘端容器时，需要边缘端启动一个Agent应用连接到云端节点服务器应用，启动一个Agent应用例如为建立一个长连接的隧道，云端服务器应用会根据长连接的隧道绑定云端节点的一个固定端口，所有云端容器需要访问边缘端容器的数据包全部指向端口，从而到达边缘端节点。这个长连接的隧道实现可以基于Websocket协议或者可以基于SSH协议的端口转发，从而解决了云端与边缘端双向通信问题和网络穿透问题。
本实施例中，能够加快KubeEdge项目在边缘场景的落地，并且解决很多边缘场景下边缘端与云端单向通信问题，提高边缘环境资源的利用率。
本发明实施例提供一种云端与边缘端数据通信装置，如图3所示的功能结构图，该云端与边缘端数据通信装置包括：
创建模块31，用于边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端；
第一访问模块32，用于云端获取边缘端目标节点的容器IP和服务暴漏端口，根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过对应长连接访问边缘端目标节点。
一些实施例中，还包括第二访问模块33，用于边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点。
本实施例中，通过创建模块用于边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端，第一访问模块用于云端获取边缘端目标节点的容器IP和服务暴漏端口，根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过对应长连接访问边缘端目标节点，第二访问模块用于边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点，能够解决很多边缘场景下边缘端与云端单向通信问题，提高边缘环境资源的利用率。
图4为本申请一个实施例提供的边缘计算***的功能结构图，如图4所示，该边缘计算***，包括：
如上述实施例所述云端与边缘端数据通信装置41、边缘端42和云端43；
云端43通过云端与边缘端数据通信装置41访问边缘端42目标节点。
一些实施例中，还包括：KubeEdge组件44，
云端43与KubeEdge组件44连接；
KubeEdge组件44支持边缘端42通过Websocket协议访问云端43目标节点。
如图5所示，云端包括：
云端通信接口(CloudHub)和云端中心模块(CloudCore)；
云端中心模块(CloudCore)分别与KubeEdge组件和云端通信接口(CloudHub)连接。
KubeEdge组件包括API服务器(Kube-apisever),API服务器(Kube-apisever)与云端中心模块(CloudCore)连接。
边缘端包括：
边缘端通信接口(EdgeHub)、容器控制模块(Edged)、数据管理模块(MetaManager)和云端IP地址同步模块(CNI-APP)；
数据管理模块(MetaManager)分别与边缘端通信接口(EdgeHub)、容器控制模块(Edged)连接；
数据管理模块(MetaManager)用于保存云端数据到边缘端本地；
容器控制模块(Edged)用于管理边缘端容器的启动、更改或删除等；
边缘端通信接口(EdgeHub)与云端通信接口(CloudHub)连接；
边缘端通信接口(EdgeHub)与云端IP地址同步模块(CNI-APP)连接，通过云端IP地址同步模块(CNI-APP)获取云端目标节点对应IP以访问云端目标节点。
云端IP地址同步模块(CNI-APP)为在原有KubeEdge基础上的新增组件，用于同步所有云端容器IP网段，然后调用route add方法添加路由：路由下一跳目标为云端容器IP网段中云端目标节点IP，并通过Iptables规则将边缘端节点访问云端容器网段的数据包进行SNAT(source NAT POSTROUTING，用于局域网访问互联网)，以使数据包正常传输。
云端通信接口(CloudHub)和边缘端通信接口(EdgeHub)之间除了建立Websocket连接还需要建一条基于SSH Tunnel的连接用于接收云端容器访问边缘端容器，主要实现是通过云端通信接口(CloudHub)获取边缘端节点上所有容器IP及服务暴漏端口，边缘端通信接口(EdgeHub)调用SSH命令创建基于SSH端口转发的长连接到云端目标节点，实现云端容器直接代理流量到边缘端节点。
本实施例中，通过云端通信接口(CloudHub)和边缘端通信接口(EdgeHub)之间除了建立Websocket连接还需要建一条基于SSH长连接，实现实现云端容器直接代理流量到边缘端节点，能够解决了网络穿透问题，加快KubeEdge项目在边缘场景的落地，实现云端与边缘端互通，提高边缘环境资源的利用率。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能组件的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能组件的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
需要说明的是，本发明不局限于上述最佳实施方式，本领域技术人员在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种云端与边缘端数据通信方法，其特征在于，包括：
边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端；
云端获取边缘端目标节点的容器IP和服务暴漏端口，根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过所述对应长连接访问边缘端目标节点。
2.根据权利要求1所述的云端与边缘端数据通信方法，其特征在于，所述边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端包括：
边缘端调用SSH命令根据各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建基于SSH端口转发模式的长连接到云端。
3.根据权利要求1所述的云端与边缘端数据通信方法，其特征在于，还包括：
边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点。
4.根据权利要求3所述的云端与边缘端数据通信方法，其特征在于，所述边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点包括：
边缘端同步所有云端容器IP网段；
为每个云端容器IP网段添加路由，所述路由的下一跳为云端目标节点IP；
通过Iptables规则将边缘端节点访问云端容器网段的数据包进行地址转换；
将地址转换后的数据包通过所述路由发送至云端目标节点。
5.根据权利要求1所述的云端与边缘端数据通信方法，其特征在于，所述根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过所述对应长连接访问边缘端目标节点，包括：
云端根据对应长连接创建目标节点的容器IP和服务暴漏端口的固定端口；
通过所述固定端口访问边缘端目标节点。
6.一种云端与边缘端数据通信装置，其特征在于，包括：
创建模块，用于边缘端的各个节点根据自身的容器IP和服务暴漏端口创建长连接到云端；
第一访问模块，用于云端获取边缘端目标节点的容器IP和服务暴漏端口，根据目标节点的容器IP和服务暴漏端口确认对应的长连接，通过所述对应长连接访问边缘端目标节点。
7.一种边缘计算***，其特征在于，包括：
如权利要求6所述云端与边缘端数据通信装置、边缘端和云端；
所述云端通过所述云端与边缘端数据通信装置访问边缘端目标节点。
8.根据权利要求7所述的边缘计算***，其特征在于，还包括：KubeEdge组件，
所述云端与所述KubeEdge组件连接；
所述KubeEdge组件支持边缘端通过Websocket协议访问云端目标节点。
9.根据权利要求8所述的边缘计算***，其特征在于，所述云端包括：
云端通信接口和云端中心模块；
所述云端中心模块分别与所述KubeEdge组件和所述云端通信接口连接。
10.根据权利要求9所述的边缘计算***，其特征在于，所述边缘端包括：
边缘端通信接口、容器控制模块、数据管理模块和云端IP地址同步模块；
所述数据管理模块分别与所述边缘端通信接口、容器控制模块连接；
所述边缘端通信接口与所述云端通信接口连接；
所述边缘端通信接口与云端IP地址同步模块连接，通过云端IP地址同步模块获取云端目标节点对应IP以访问云端目标节点。
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