邊緣計(jì)算實(shí)踐體驗(yàn)

所謂邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算Edge Computing的概念由此而生。2014年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）成立了移動(dòng)邊緣計(jì)算規(guī)范工作組(ETSI Mobile Edge Computing Industry Specification Group)，開(kāi)始推動(dòng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。2016年，ETSI把此概念擴(kuò)展為多接入邊緣計(jì)算 (Multi-Access Edge Computing，MEC)，并綜合考慮FMC（固網(wǎng)/移動(dòng)融合）的場(chǎng)景需求。2016年4月，3GPP SA2* 也正式接受MEC，將之列為5G架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。，簡(jiǎn)單的理解就就是在數(shù)據(jù)源（用戶端……）等系統(tǒng)的邊緣進(jìn)行計(jì)算的能力。Cisco公司認(rèn)為，邊緣計(jì)算即霧計(jì)算，其背景是解決越來(lái)越多的應(yīng)用正遷移到“云”上，依賴強(qiáng)大的集中控制系統(tǒng)，對(duì)著洗數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，如圖所示，然而，隨著數(shù)據(jù)量的增加，我們的計(jì)算能力需要極大的提升，因而，邊緣計(jì)算的興起，和傳統(tǒng)的中心化思維不同，他的主要計(jì)算節(jié)點(diǎn)以及應(yīng)用分布式部署在靠近終端的數(shù)據(jù)中心，這使得在服務(wù)的響應(yīng)、可靠性方面還是高于傳統(tǒng)中心化的云計(jì)算概念。根據(jù)ETSI的定義，多接入邊緣計(jì)算是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，通過(guò)融合了 網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用等核心能力的開(kāi)放平臺(tái)，就近提供邊緣智能服務(wù)，來(lái)滿足行業(yè)數(shù)字 化在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。

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具體來(lái)說(shuō)

邊緣計(jì)算和傳統(tǒng)的中心化思維不同，他的主要計(jì)算節(jié)點(diǎn)以及應(yīng)用分布式部署在靠近終端的數(shù)據(jù)中心，這使得在服務(wù)的響應(yīng)性能、還是可靠性方面都是高于傳統(tǒng)中心化的云計(jì)算，具體而言，邊緣計(jì)算可以理解為是指利用靠近數(shù)據(jù)源的邊緣地帶來(lái)完成的運(yùn)算程序。
如果用更通用的術(shù)語(yǔ)來(lái)表示即：鄰近計(jì)算或者接近計(jì)算(Proximity Computing)

區(qū)別

• 云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心在核心網(wǎng)絡(luò)中，離數(shù)據(jù)源遠(yuǎn)（網(wǎng)絡(luò)跳數(shù)高）
• 邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)中心更加靠近數(shù)據(jù)源。由上圖Cisco公司的示意圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，相較于終端設(shè)備到達(dá)核心網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)層層設(shè)備，而到達(dá)邊緣層設(shè)備在這條通路當(dāng)中，反而更近一些
• 云計(jì)算是集中式大數(shù)據(jù)處理，邊緣計(jì)算則可以理解為邊緣式大數(shù)據(jù)處理。
  • 不同的是，只是這一次，數(shù)據(jù)不用再傳到遙遠(yuǎn)的云端，在邊緣側(cè)就能解決。
• 邊緣計(jì)算更適合實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析和智能化處理，相較單純的云計(jì)算也更加高效而且安全
  • 邊緣計(jì)算和云計(jì)算兩者實(shí)際上都是處理大數(shù)據(jù)的計(jì)算運(yùn)行的一種方式。
  • 邊緣計(jì)算更準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該是對(duì)云計(jì)算的一種補(bǔ)充和優(yōu)化

應(yīng)用實(shí)踐

原先由于項(xiàng)目需要我們采用k8s進(jìn)行集群管理，安裝k8s的痛苦歷歷在目，以及k8s對(duì)性能的開(kāi)銷(xiāo)和對(duì)計(jì)算機(jī)性能的要求限制了我想象的空間，不可否認(rèn)k8s在集群的管理上確實(shí)有其獨(dú)到之處，但要應(yīng)用到其他領(lǐng)域上還有很長(zhǎng)一段距離，不過(guò)，感謝rancher公司提供的新產(chǎn)品，k3s，比k8s少了5s，其對(duì)k8s高屋建瓴，為邊緣計(jì)算帶來(lái)了無(wú)限的可能。
通過(guò)k3s來(lái)進(jìn)行邊緣計(jì)算部署，因?yàn)樵摦a(chǎn)品非常之輕量，其號(hào)稱僅僅需要40M的硬盤(pán)空間，和512M的內(nèi)存空間即可進(jìn)行部署
接下來(lái)將通過(guò)一系列的部署來(lái)體驗(yàn)超輕量的集群控制技術(shù)的實(shí)踐。目前我僅僅使用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)部署該系統(tǒng)，一個(gè)是集群，一個(gè)是agent。這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都是docker容器，規(guī)格均為4g，4cpu，通過(guò)以下命令下載k3s的操作軟件
$ wget https://github.com/rancher/k3s/releases/download/v0.3.0/k3s

Connecting to github.com (192.30.253.112:443)
Connecting to github-production-release-asset-2e65be.s3.amazonaws.com (52.216.112.11:443)
k3s 100% |****| 38.7M 0:00:00 ETA

正如其所描述，這套系統(tǒng)也僅僅有38.7M,修改操作屬性，以獲得執(zhí)行權(quán)限，然后在后臺(tái)運(yùn)行

$ sudo chmod +x k3s
sudo ./k3s server &

以下是運(yùn)行日志：

[1] 247
INFO[0000] Preparing data dir /var/lib/rancher/k3s/data/56c346dbd23e9399b9ccb062cc8d71110f96eed4cd8d138a7c097e4c651d12a6
[node1] (local) root@192.168.0.23 ~
$ INFO[2019-04-13T08:14:05.448051228Z] Starting k3s v0.3.0 (9a1a1ec)
INFO[2019-04-13T08:14:06.398250769Z] Running kube-apiserver --watch-cache=false --cert-dir /var/lib/rancher/k3s/server/tls/temporary-certs --allow-privileged=true --authorization-mode Node,RBAC --service-account-signing-key-file /var/lib/rancher/k3s/server/tls/service.key --service-cluster-ip-range 10.43.0.0/16 --advertise-port 6445 --advertise-address 127.0.0.1 --insecure-port 0 --secure-port 6444 --bind-address 127.0.0.1 --tls-cert-file /var/lib/rancher/k3s/server/tls/localhost.crt --tls-private-key-file /var/lib/rancher/k3s/server/tls/localhost.key --service-account-key-file /var/lib/rancher/k3s/server/tls/service.key --service-account-issuer k3s --api-audiences unknown --basic-auth-file /var/lib/rancher/k3s/server/cred/passwd --kubelet-client-certificate /var/lib/rancher/k3s/server/tls/token-node.crt --kubelet-client-key /var/lib/rancher/k3s/server/tls/token-node.key
INFO[2019-04-13T08:14:08.761712689Z] Listening on :6443
INFO[2019-04-13T08:14:09.608524354Z] Node token is available at /var/lib/rancher/k3s/server/node-token
INFO[2019-04-13T08:14:09.608562854Z] To join node to cluster: k3s agent -s https://172.18.0.6:6443 -t ${NODE_TOKEN}
INFO[2019-04-13T08:14:10.774070472Z] Connecting to proxy url="wss://localhost:6443/v1-k3s/connect"
INFO[2019-04-13T08:14:09.718944649Z] Run: k3s kubectl
INFO[2019-04-13T08:14:09.719024250Z] k3s is up and running
INFO[2019-04-13T08:14:09.769336884Z] Logging containerd to /var/lib/rancher/k3s/agent/containerd/containerd.log
INFO[2019-04-13T08:14:10.779764787Z] Handling backend connection request [node1]

從日志中，我們可以發(fā)現(xiàn)一些有意思的信息，比如

• Node token is available at /var/lib/rancher/k3s/server/node-token 我們將去尋找token的路徑
• To join node to cluster: k3s agent -s https://172.18.0.6:6443 -t ${NODE_TOKEN} 這個(gè)將作為agent加入的指令，而這個(gè)IP:172.18.0.6,則是由于我使用的docker container的namespace(命名空間)隔離導(dǎo)致的
  • 這個(gè)命名空間使鏡像之間的網(wǎng)絡(luò)隔離
  • 為了使流量互通，將該IPNAT至192.168.0.23
• Listening on :6443，已經(jīng)開(kāi)啟6443端口作為監(jiān)聽(tīng)端口
• k3s kubectl，可以運(yùn)行kubectl命令行
• waiting for node node1 CIDR not assigned yet，管理節(jié)點(diǎn)已經(jīng)準(zhǔn)備完成，等待agent的加入
  好了，我們使用以下命令去尋找token
  
  目前還沒(méi)有節(jié)點(diǎn)接入
  
  不過(guò)別急，我們即將接入新的設(shè)備：）在我們的agent節(jié)點(diǎn)中，我們?nèi)匀灰ㄟ^(guò)wget的形式將k3s這款軟件下載，
  
  驗(yàn)證兩節(jié)點(diǎn)的連通性
  
  使用以下命令，將該節(jié)點(diǎn)加入到server端

  $ ./k3s agent -s https://192.168.0.23:6443 -t K10dff6042746f035482131dcc04299b24b2aa06b801585519d49a8741e164f95a7::node:246085e87b9e0ff4e85cfc4d5bf7cea6

  同樣的，我們還是可以從日志中發(fā)現(xiàn)agent一步步加入的過(guò)程

讓我們回頭看一下server端的日志，清楚的體現(xiàn)agent加入的過(guò)程和加入后統(tǒng)計(jì)的結(jié)果

鏡像的加入簡(jiǎn)單和方便，借助docker技術(shù)，我們可以快速對(duì)鏡像進(jìn)行管理。比如根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，在IOT設(shè)備上安裝agent根據(jù)業(yè)務(wù)需求，定向收集某些環(huán)境參數(shù)，在IOT環(huán)境下雖然將面對(duì)海量節(jié)點(diǎn)，但并不妨礙我們對(duì)這些節(jié)點(diǎn)的管理，極簡(jiǎn)的server設(shè)計(jì)，完全可以使我們?cè)谑謾C(jī)上就可以監(jiān)控到數(shù)據(jù)。甚至可以說(shuō)我們一臺(tái)手機(jī)就是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)機(jī)房的監(jiān)控中心，隨著5G環(huán)境的推進(jìn)，這樣設(shè)計(jì)給我們帶來(lái)了無(wú)限的可能。就像下圖，在深圳機(jī)械會(huì)展中令人眼前一亮的應(yīng)用。

通過(guò)海量傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣計(jì)算，之后上傳到云服務(wù)中對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行分析，如果我們docker鏡像計(jì)算足夠快，在應(yīng)對(duì)突發(fā)情況會(huì)更加來(lái)去自如，在大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，這類(lèi)的監(jiān)控中心架構(gòu)很是常見(jiàn)，然而具體落地到工業(yè)界還有一定的距離，借助邊緣計(jì)算，完全可以打通最后的一公里，實(shí)現(xiàn)工業(yè)+互聯(lián)網(wǎng)。
我們不難發(fā)現(xiàn)邊緣計(jì)算為產(chǎn)業(yè)內(nèi)的參與者和大眾提供的創(chuàng)新潛能和出色價(jià)值：終端用戶通過(guò)他， 不論是連接網(wǎng)絡(luò)還是獲取內(nèi)容，都能獲得更優(yōu)和更為個(gè)性化的應(yīng)用體驗(yàn)；運(yùn)營(yíng)商通過(guò)邊緣計(jì)算平臺(tái)將增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放給第三方OTT提供商或者應(yīng)用開(kāi)發(fā)者，并將他們的應(yīng)用和服務(wù)提供給移動(dòng)用戶、企業(yè)和垂直行業(yè)，也有望重新定義自身在整個(gè)產(chǎn) 業(yè)鏈中的角色，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)新的收入、提供更多高附加值的服務(wù)并 開(kāi)拓新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)；OTT提供商和獨(dú)立的應(yīng)用開(kāi)發(fā)商，也能在邊緣計(jì)算的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)之上快速開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用、縮短開(kāi)發(fā)周期， 在為終端用戶提供近乎零延時(shí)的極速體驗(yàn)的同時(shí)，為自已創(chuàng)造更高、更快的收益。邊緣計(jì)算將成為云服務(wù)提供商與運(yùn)營(yíng)商的結(jié)合點(diǎn)，無(wú)數(shù)跨界式的創(chuàng)新，正在此處醞釀著 “一鳴驚人”的爆發(fā)力。
嘿嘿，未來(lái)可期。

參考資料：

1. 邊緣計(jì)算研究報(bào)告，洪學(xué)海 ××× 郭樹(shù)盛，中科院計(jì)算技術(shù)研究所信息技術(shù)戰(zhàn)略研究中心
2. [各說(shuō)個(gè)話]何謂邊緣計(jì)算：https://makerpro.cc/2018/12/what-is-edge-computing/
3. 面向5G的邊緣計(jì)算，英特爾引領(lǐng)智能化網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型， Intel
4. k3s官方網(wǎng)站：https://k3s.io/
5. docker環(huán)境 ，play with docker：https://labs.play-with-docker.com/

名稱欄目：邊緣計(jì)算實(shí)踐體驗(yàn)
當(dāng)前URL：http://muchs.cn/article40/pihpho.html

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