大规模 IoT 边缘容器集群管理的几种架构 -4-Kubeedge

简介: 大规模 IoT 边缘容器集群管理的几种架构 -4-Kubeedge

Kubeedge

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简介

KubeEdge 是一个开源系统,用于将本地容器化应用协调能力扩展到边缘的主机。它建立在 kubernetes 之上,为网络、应用部署和云与边缘之间的元数据同步提供基本的基础设施支持。

Kubeedge 的目标是建立一个开放的平台来实现边缘计算,将原生的容器化应用协调能力扩展到边缘的主机,该平台建立在 kubernetes 之上,为云和边缘之间的网络、应用部署和元数据同步提供基本的基础设施支持。

参考架构

  • “云”:Kubernetes 集群 + CloudCore(包括: CloudHub、EdgeController、DeviceController)
  • “边”:EdgeCore
  • Edged: 轻量化的 Kubelet 实现
  • EdgeHub
  • DeviceTwin
  • MetaManager
  • ServiceBus
  • “端”: 各类 IoT 设备 Mappers

kubeedge 架构

CloudCore 架构

EdgeCore Arch

方案优点

  • CNCF 首个云原生边缘计算项目 : 基于 Kubernetes, 为边缘做了很多优化和适配。功能强大且完善。全球开发者众多。
  • 大规模 : 单集群突破 10 万边缘节点
  • 边缘设备管理 : 完善的边缘设备管理,支持多种边缘设备通信协议,如 MQTT、Modbus、Bluetooth、OPC UA 等,支持自定义插件扩展边缘设备协议。
  • 100% 兼容 Kubernetes 原生能力 : 支持用户使用 Kubernetes 原生 API 统一管理边缘应用
  • 边缘可靠的 list-watch 接口
  • 轻量 : 针对资源受限场景进行自身组件轻量化,~70MB 内存占用
  • 支持复杂的边云网络环境 : 双向多路复用的边云消息通道,支持边缘位于私有网络; 应用层可靠增量同步机制,支持在高时延、低质量网络环境下工作
  • 边缘自治 : 支持边缘离线自治:边缘元数据持久化、边缘 DNS,保证边缘离线时的业务运行和故障恢复能力(相比起来,k3s 的边缘自治算是 " 伪边缘自治 "); 支持边缘数据流式处理,定义边缘数据清洗、数据分析等处理工作
  • 边云一体资源调度和流量协同 : 支持边缘节点 (edged 节点,在 kubernetes 看来也是一个 node) 和云节点混合管理,提供边云数据通信和边边数据通信
  • DMI 架构设备管理 : 管理面数据与业务面数据分离
  • EdgeMesh: 跨云边、边边的应用互访通信;边缘内置域名解析能力,不依赖中心 DNS; 支持 L4,L7 流量治理;支持跨越边云的一致的服务发现和访问体验;跨子网通信
  • Sedna: AI 边云协同套件

方案缺点

  • 复杂度高 : Kubeedge 基于 Kubernetes, 但是针对边缘计算场景做了大量的功能扩展,这使得要用好 Kubeedge, 不仅要懂 Kubernetes, 还需要懂 Kubeedge, 还需要懂边缘业务 / 边缘通信协议。入门学习曲线极为陡峭。
  • 中文文档质量一般 : 查看 Kubeedge 官网中文文档,发现以下问题:版本更新后文档未更新;文档生硬机翻英文文档;文档组织结构存在问题,很难 "quick start"; 甚至还有低级的文档排版错乱,markdown 错乱等问题。
  • 资源占用其实也不少 : 如果只是安装 edgecore 或 edged, 资源占用相对可控。如果需要使用到更多的功能,如 EdgeMesh, Sedna, 边缘设备管理,Kubernetes 的 CSI CNI 实现,那么这些功能都需要启用或额外安装相应插件。导致资源占用上升。
  • 边缘容器管理和边缘计算业务有一定耦合 : Kubeedge 除了提供边缘容器管理基本功能外,还提供了大量与边缘计算业务有密切关系的功能,可能会导致部门耦合。
  • 自动化运维困难 : 其他 3 个方案,都会提供一键式的安装运维脚本或自动化部署 / 运维功能,Kubeedge 这方面相对缺乏,自动化运维能力需要自行探索。
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