基于边缘计算的动环监管自适应平台研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:phoebe19
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5G与边缘计算的协同发展加速了物联网技术在众多行业领域的落地应用。动环监管平台即是一种典型的物联网应用系统,其可以有效保障数据中心机房高效、稳定地运行。一方面,动环监管平台能够通过各类监控设备采集服务器设备的能耗状态,合理地控制机房中各类监控设备的运行状态,使得数据中心机房可以实现更加节能、环保地运行;另一方面,动环监管平台也能够对数据中心机房各类监控设备运行状态实时采集并进行分析,从而实现对数据中心机房中各类监控设备的维护与管理。综上所述,动环监管平台不仅可以减少数据中心机房的运营成本,还可以延长数据中心机房中各类监控设备的使用寿命。目前,动环监管平台已经可以覆盖数据中心机房中90%的设备,在通信、电力、能源、铁路等行业领域的数据中心机房中均有大量的应用。但在实际应用过程中,传统架构的动环监管平台因为其局限性,并不适合多层级的商务、政务和科研等大数据中心,此类大数据中心由多个层次的大量分数据中心构成,其呈现出地理上分散、逻辑上一体化这一特征。针对上述问题,本文采用边缘计算技术框架,结合云原生技术体系,提出云边端微服务架构的动环监管平台,但现有的技术框架不足够提供服务自适应的能力。不能在变更需求或传感器数量大量变化时自动调整服务自适应的编排。因此本文还引入了服务自适应技术及其核心的服务编排优化算法,有效地解决了云边端动环监管平台在服务自适应上的缺陷。为了使得基于边缘计算的动环监管自适应平台能够具有更好的并发处理能力、更强的可靠性和可扩展性,也为了辅助平台管理员更方便的进行运维工作。本文的主要研究内容包括:首先,为了解决传统架构的动环监管平台无法满足新型多层级大数据中心监管需求这一问题,本文基于云原生技术体系设计了云边端微服务架构的动环监管平台,具体采用了容器化、CI/CD(Continuous Intergration/Continuous Deploy)等技术,不仅大大减轻了平台管理员的压力,还在接入新设备时可自动向动环监管平台注入驱动服务镜像,增加了系统的可扩展性。接着,为了应对监管过程中服务资源需求出现剧烈波动这类异常情况,本文在云边端微服务架构的动环监管平台上,增加了自定义的微服务自适应层,给出了从架构到技术层面的实现细节。当业务管理功能触发了必要的自适应行为时,系统会监控并统计当时部署情况做出服务自适应处理。自适应行为极大地提高了动环监管平台处理边缘设备对服务资源需求产生变化时的处理能力,增加了系统的可靠性。然后,我们发现生成自适应重部署方案是一个典型的带约束优化问题,为此,我们引入群智优化算法,通过设计改进蚁群算法来计算出全部可行的重部署方案,并计算所有从当前部署方案改变到新的候选重部署方案的时间花费。凭此约束选取最适合的新的重部署方案并进行部署,以支持管理功能所需要的服务实例计算资源和边缘服务器资源。该方法有效地提高了动环监管平台的运行效率,减少了计算资源的浪费。最后,在上述内容的基础上,本文实现了一个基于边缘计算的动环监管自适应平台。该平台能够应对地理上分散的大型数据中心的需求,提供高效的微服务自适应解决方案,从而验证了上述内容的可靠性。
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