一种面向工业异构网络管理的边云服务协同方法技术

本发明专利技术公开了一种面向工业异构网络管理的边云服务协同方法，涉及工业物联网领域。包括云中心和边缘服务系统，云中心通过服务治理组件及各级API网关对边缘服务器进行南北流量分级管理，边缘服务器通过设备API网关对工业设备进行管控，边缘服务器之间通过边缘API网关进行东西流量管理，实现组网协同调度。本发明专利技术提高了工业异构网络系统的服务模块化程度和可组合性，可提高系统扩展效率以适应不同工业场景下的管理需求；降低系统复杂度与服务资源的浪费；降低南北向与东西向的流量管理难度，提高了工业异构网络的管理效率。提高了工业异构网络的管理效率。提高了工业异构网络的管理效率。

【技术实现步骤摘要】
一种面向工业异构网络管理的边云服务协同方法


[0001]本专利技术涉及工业物联网领域，尤其涉及一种面向工业异构网络管理的边云服务协同方法。

技术介绍

[0002]随着工业物联网规模化、智能化发展，海量异构节点的接入为工业现场级实时控制为带来了更高的挑战。与传统的的云计算相比，边缘计算具有低时延、低能耗、高安全等特点，可满足工业物联网系统实时性、安全性等多种要求，已成为工业数字化转型的核心技术。经过长期发展，边缘计算同云计算等技术不断融合，逐渐形成了“边云协同”、“边边协同”与“边网融合”等工作模式，可有效提升资源协同效能和服务协作效率。申请号为202011189568.4的专利技术专利，名称为：一种边缘网络控制系统及控制方法，其包括若干级边缘控制系统；每一级边缘控制系统包括互相独立的多个边缘控制器，每个边缘控制器均可接入多种异构网络，各个边缘控制器之间可通过数据传输以实现现场网络东西流量与南北流量贯通，实现边缘网络协同控制，相比于传统的集中式云端控制可有效降低数据的处理时延。
[0003]可见，不同于传统的云计算模式中所有的服务都在工业云平台中执行，边缘计算模式下服务不仅可以部署在云中心，同时还可以部署在边缘节点中，但是网络中边缘节点往往具有不同的计算、存储资源，采用不同的网络协议，使用不同的操作系统等。为了实现边云服务协同，边云之间需要构建一套协同机制以保证高服务质量与服务体验，从而实现对工业异构网络的高效管理。因此，如何实现边云服务的高效协同是提高工业异构网络管理能力的关键问题。
[0004]经对现有专利检索发现，最相近似的实现方案为中国专利申请号为：201910044636.9，名称为：一种基于边缘计算的异构工业网络设备组态微服务方法，其具体做法为：将边缘计算模型应用在异构工业网络设备组态服务中，分析接收数据的类型，对易处理的数据直接在本地进行处理，对较为复杂的数据上传至云中心处理，实现对工业数据的分级处理，优化工业现场的控制策略。所提方法利用微服务的服务组件化与平台无关的特性，将组态服务表示为不同微服务的组合。不同微服务之间通过给定接口进行通信，其中异构网络信息被转化为统一的信息格式，以降低异构设备通信难度，提高工业异构网络管理效率。但该专利并未给出具体的边云服务负载管理机制，难以处理服务异常的情况。中国专利申请号为：201911127199.3，名称为：基于边云融合的微服务组合方法及应用，提出了一种基于备选服务实例集的服务实例链集求解方法，保证了服务组合的可靠性，不易造成资源浪费，但仅考虑了给定服务实例集下的组合问题，缺乏关于备选服务实例集的划分与部署方案设计，不易进行一体化的服务组合优化。
[0005]现有的工业异构网络管理系统多采用集中式的编程模式，基础设施对用户来说是透明的，而边缘计算场景下多节点多为异构计算平台，每个节点的数据、环境均不相同，节点的计算资源也相对受限。使用传统的编程模式进行边缘服务部署效率低，不适合于边缘
计算场景下的服务设计与部署。
[0006]现有的工业现场服务边云协同机制缺乏体系化的服务划分与组合方案，易造成计算、网络等资源的浪费，不利于实现端/边/云服务质量优化。
[0007]现有的工业现场服务边云协同机制缺乏服务在东西向协作的机制设计，对分布式服务的整合度不足，不易处理零散化、动态性、异构型的大规模工业现场网络。
[0008]因此，本领域的技术人员致力于开发一种面向工业异构网络管理的边云服务协同方法。提高软件的可组合性和模块化程度，以适应不同工业场景下的服务便捷开发需求；实现传统集中式服务设计的合理转型，降低边云协同下系统的复杂程度，提高服务运转效率；建立面向服务的南北流量与东西流量边云管理模式，实现对大规模工业异构网络的高效管理。

技术实现思路

[0009]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是设计工业异构网络服务的架构，提高软件的可组合性和模块化程度，以适应不同工业场景下的服务便捷开发需求；设计工业异构网络服务的划分、组合与部署方法，实现传统集中式服务设计的合理转型，降低边云协同下系统的复杂程度，提高服务运转效率；设计工业异构网络服务的负载分配与数据传输机制，建立面向服务的南北流量与东西流量边云管理模式，实现对大规模工业异构网络的高效管理。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了一种面向工业异构网络管理的边云服务协同方法，包括云中心和边缘服务系统；
[0011]云中心包括云服务器，云服务器包括非现场级微服务、云中心API网关与服务治理组件；
[0012]边缘服务系统包括边缘服务器和工业设备，边缘服务器包括异构网络接入服务、现场级微服务、边缘API网关及设备API网关；
[0013]云中心通过服务治理组件及各级API网关对边缘服务器进行南北流量分级管理，边缘服务器通过设备API网关对工业设备进行管控，边缘服务器之间通过边缘API网关进行东西流量管理，实现组网协同调度。
[0014]进一步地，所述云中心与边缘服务系统中的服务部署采用微服务架构，微服务运行在独立的进程中并采用容器化部署方法，部署在同一物理存储之间的微服务采用轻量级通信机制相互沟通；微服务通过云中心的服务治理组件及各级API网关进行服务治理。
[0015]进一步地，所述服务治理包括服务注册、服务注销、服务发现、服务监控，并通过API网关实现服务通信，协同实现工业异构网络管理。
[0016]进一步地，所述API网关功能包括负载均衡、路由寻址、协议转换、流量检测、用户鉴权。
[0017]进一步地，所述微服务采用领域驱动的方法进行边云微服务初始划分：使用统一语言对工业生产的典型场景进行领域建模，确定领域事件，确定云中心与边缘侧的流程模块，再以事务的边界确定流程模块的聚合及聚合根，并根据聚合结果，从领域逻辑层面抽象确定模块的限界上下文，限界上下文可作为微服务初始边界。
[0018]进一步地，所述边云微服务初始划分采用数据驱动的方法进行划分优化：采用数
据驱动模型，对服务调用接口和数据库操作进行数据轨迹构建及数据表聚类，减少边云微服务的外部调用频率，实现对边云微服务调用的解耦。
[0019]进一步地，构建基于边缘服务器服务负载限制、时延要求、执行需求的优化问题，实现边云微服务的二次划分优化。
[0020]进一步地，工业异构网络按照物理位置、协议类型、网络负载信息进行子网划分，子网集群由云中心中的微服务进行逐级管理，并由云中心划分子网地址；子网中的设备由边缘服务系统中的边缘服务器中的微服务进行接口地址分配并统一管控；
[0021]云中心与边缘服务器上部署的微服务均向云中心上的服务治理组件进行服务注册，并由服务治理组件通过服务发现机制向云中心与边缘服务器上的API网关发布信息；用户通过API网关进行云中心微服务及边缘微服务调用，并根据边缘服务器负载与任务负载、性能需求进行服务组合；边缘微服务接收云中心微服务的服务调用请求，设备API网关通过设备的接口地址表进行设备寻址，并进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向工业异构网络管理的边云服务协同方法，其特征在于，包括云中心和边缘服务系统；云中心包括云服务器，云服务器包括非现场级微服务、云中心API网关与服务治理组件；边缘服务系统包括边缘服务器和工业设备，边缘服务器包括异构网络接入服务、现场级微服务、边缘API网关及设备API网关；云中心通过服务治理组件及各级API网关对边缘服务器进行南北流量分级管理，边缘服务器通过设备API网关对工业设备进行管控，边缘服务器之间通过边缘API网关进行东西流量管理，实现组网协同调度。2.如权利要求1所述的面向工业异构网络管理的边云服务协同方法，其特征在于，所述云中心与边缘服务系统中的服务部署采用微服务架构，微服务运行在独立的进程中并采用容器化部署方法，部署在同一物理存储之间的微服务采用轻量级通信机制相互沟通；微服务通过云中心的服务治理组件与各级API网关进行服务治理。3.如权利要求2所述的面向工业异构网络管理的边云服务协同方法，其特征在于，所述服务治理包括服务注册、服务注销、服务发现、服务监控，并通过API网关实现服务通信，协同实现工业异构网络管理；所述API网关功能包括负载均衡、路由寻址、协议转换、流量检测、用户鉴权。4.如权利要求2所述的面向工业异构网络管理的边云服务协同方法，其特征在于，所述微服务采用领域驱动的方法进行边云微服务初始划分：使用统一语言对工业生产的典型场景进行领域建模，确定领域事件，确定云中心与边缘侧的流程模块，再以事务的边界确定流程模块的聚合及聚合根，并根据聚合结果，从领域逻辑层面抽象确定模块的限界上下文，限界上下文可作为微服务初始边界。5.如权利要求4所述的面向工业异构网络管理的边云服务协同方法，其特征在于，所述边云微服务初始划分采用数据驱动的方法进行划分优化：采用数据驱动模型，对服务调用接口和数据库操作进行数据轨迹构建及数据表聚类，减少边云微服务的外部调用频率，实现对边云微服务调用的解耦。6.如权利要求4所述的面向工业异构网络管理的边云服务协同方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱善迎，付瑛博，陈彩莲，许齐敏，关新平，张雅静，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：