邊緣計算實踐體驗

所謂邊緣計算

邊緣計算Edge Computing的概念由此而生。2014年，歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）成立了移動邊緣計算規(guī)范工作組(ETSI Mobile Edge Computing Industry Specification Group)，開始推動相關的標準化工作。2016年，ETSI把此概念擴展為多接入邊緣計算 (Multi-Access Edge Computing，MEC)，并綜合考慮FMC（固網(wǎng)/移動融合）的場景需求。2016年4月，3GPP SA2* 也正式接受MEC，將之列為5G架構的關鍵技術。，簡單的理解就就是在數(shù)據(jù)源（用戶端……）等系統(tǒng)的邊緣進行計算的能力。Cisco公司認為，邊緣計算即霧計算，其背景是解決越來越多的應用正遷移到“云”上，依賴強大的集中控制系統(tǒng)，對著洗數(shù)據(jù)進行集中處理，如圖所示，然而，隨著數(shù)據(jù)量的增加，我們的計算能力需要極大的提升，因而，邊緣計算的興起，和傳統(tǒng)的中心化思維不同，他的主要計算節(jié)點以及應用分布式部署在靠近終端的數(shù)據(jù)中心，這使得在服務的響應、可靠性方面還是高于傳統(tǒng)中心化的云計算概念。根據(jù)ETSI的定義，多接入邊緣計算是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡邊緣側，通過融合了 網(wǎng)絡、計算、存儲、應用等核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務，來滿足行業(yè)數(shù)字 化在敏捷聯(lián)接、實時業(yè)務、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

具體來說

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

區(qū)別

• 云計算的數(shù)據(jù)中心在核心網(wǎng)絡中，離數(shù)據(jù)源遠（網(wǎng)絡跳數(shù)高）
• 邊緣計算的數(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)，相較于終端設備到達核心網(wǎng)絡需要通過層層設備，而到達邊緣層設備在這條通路當中，反而更近一些
• 云計算是集中式大數(shù)據(jù)處理，邊緣計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)不用再傳到遙遠的云端，在邊緣側就能解決。
• 邊緣計算更適合實時的數(shù)據(jù)分析和智能化處理，相較單純的云計算也更加高效而且安全
  • 邊緣計算和云計算兩者實際上都是處理大數(shù)據(jù)的計算運行的一種方式。
  • 邊緣計算更準確的說應該是對云計算的一種補充和優(yōu)化

應用實踐

原先由于項目需要我們采用k8s進行集群管理，安裝k8s的痛苦歷歷在目，以及k8s對性能的開銷和對計算機性能的要求限制了我想象的空間，不可否認k8s在集群的管理上確實有其獨到之處，但要應用到其他領域上還有很長一段距離，不過，感謝rancher公司提供的新產(chǎn)品，k3s，比k8s少了5s，其對k8s高屋建瓴，為邊緣計算帶來了無限的可能。
通過k3s來進行邊緣計算部署，因為該產(chǎn)品非常之輕量，其號稱僅僅需要40M的硬盤空間，和512M的內(nèi)存空間即可進行部署
接下來將通過一系列的部署來體驗超輕量的集群控制技術的實踐。目前我僅僅使用兩個節(jié)點來部署該系統(tǒng)，一個是集群，一個是agent。這兩個節(jié)點都是docker容器，規(guī)格均為4g，4cpu，通過以下命令下載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)行權限，然后在后臺運行

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

以下是運行日志：

[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} 這個將作為agent加入的指令，而這個IP:172.18.0.6,則是由于我使用的docker container的namespace(命名空間)隔離導致的
  • 這個命名空間使鏡像之間的網(wǎng)絡隔離
  • 為了使流量互通，將該IPNAT至192.168.0.23
• Listening on :6443，已經(jīng)開啟6443端口作為監(jiān)聽端口
• k3s kubectl，可以運行kubectl命令行
• waiting for node node1 CIDR not assigned yet，管理節(jié)點已經(jīng)準備完成，等待agent的加入
  好了，我們使用以下命令去尋找token
  
  目前還沒有節(jié)點接入
  
  不過別急，我們即將接入新的設備：）在我們的agent節(jié)點中，我們?nèi)匀灰ㄟ^wget的形式將k3s這款軟件下載，
  
  驗證兩節(jié)點的連通性
  
  使用以下命令，將該節(jié)點加入到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加入的過程和加入后統(tǒng)計的結果

鏡像的加入簡單和方便，借助docker技術，我們可以快速對鏡像進行管理。比如根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)場景，在IOT設備上安裝agent根據(jù)業(yè)務需求，定向收集某些環(huán)境參數(shù)，在IOT環(huán)境下雖然將面對海量節(jié)點，但并不妨礙我們對這些節(jié)點的管理，極簡的server設計，完全可以使我們在手機上就可以監(jiān)控到數(shù)據(jù)。甚至可以說我們一臺手機就是一個物聯(lián)網(wǎng)機房的監(jiān)控中心，隨著5G環(huán)境的推進，這樣設計給我們帶來了無限的可能。就像下圖，在深圳機械會展中令人眼前一亮的應用。

通過海量傳感器對數(shù)據(jù)進行邊緣計算，之后上傳到云服務中對現(xiàn)象進行分析，如果我們docker鏡像計算足夠快，在應對突發(fā)情況會更加來去自如，在大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，這類的監(jiān)控中心架構很是常見，然而具體落地到工業(yè)界還有一定的距離，借助邊緣計算，完全可以打通最后的一公里，實現(xiàn)工業(yè)+互聯(lián)網(wǎng)。
我們不難發(fā)現(xiàn)邊緣計算為產(chǎn)業(yè)內(nèi)的參與者和大眾提供的創(chuàng)新潛能和出色價值：終端用戶通過他， 不論是連接網(wǎng)絡還是獲取內(nèi)容，都能獲得更優(yōu)和更為個性化的應用體驗；運營商通過邊緣計算平臺將增強的網(wǎng)絡能力開放給第三方OTT提供商或者應用開發(fā)者，并將他們的應用和服務提供給移動用戶、企業(yè)和垂直行業(yè)，也有望重新定義自身在整個產(chǎn) 業(yè)鏈中的角色，進而實現(xiàn)新的收入、提供更多高附加值的服務并 開拓新的市場機會；OTT提供商和獨立的應用開發(fā)商，也能在邊緣計算的開放標準平臺之上快速開發(fā)新的應用、縮短開發(fā)周期， 在為終端用戶提供近乎零延時的極速體驗的同時，為自已創(chuàng)造更高、更快的收益。邊緣計算將成為云服務提供商與運營商的結合點，無數(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，未來可期。

參考資料：

1. 邊緣計算研究報告，洪學海 ××× 郭樹盛，中科院計算技術研究所信息技術戰(zhàn)略研究中心
2. [各說個話]何謂邊緣計算：https://makerpro.cc/2018/12/what-is-edge-computing/
3. 面向5G的邊緣計算，英特爾引領智能化網(wǎng)絡轉型， 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/