【《设备远程监控和运维架构概述》2800字】

设备远程监控和运维架构概述目录TOC\o"1-3"\h\u6484设备远程监控和运维架构概述 1131551.1端边云协同架构 123021.2微服务架构 2322641.3端边云协同的监控运维方案 3端边云协同架构结合绪论对于架构的介绍，监控和运维往往涉及到端侧，边缘侧，云侧三侧；基于领域驱动建模的结果，各子域对于云侧都有着不同程度的需求，其中状态监测子域对于边缘侧的低延时特性有特殊需求。因此，本文对于监控运维领域进行了端边云协同的基础架构设计，如下图所示：图SEQ图\*ARABIC9端边云架构图端边云架构由三侧式构成，下面将对每一侧进行介绍：端侧：端侧包含设备本身以及网关设备。通过数据采集网关设备可以收集机器数据，它们利用传感器网络、通信适配器、传感器适配器和输入/输出适配器从工厂车间收集实时流数据。这些适配器是基于通信协议开发的，例如简单对象访问协议（SimpleObjectAccessProtocol，简称SOAP）、MTConnect和开放平台通信统一架构（OpenPlatformCommunicationsUnifiedArchitecture简称OPCUA）。数据采集网关设备将不同设备采集到的不同格式、类型的数据通过针对不同协议的适配器转换为统一格式的数据。同时，网关放置在端侧，提供了数据初步处理后直接上传云侧的功能，当整个制造体系中含有难以构建边缘侧的设备现场时，依旧可以完成数据上云。在绪论部分提及了CPS的5C架构，端侧对应于智能连接层，起到了将设备数据统一识别，采集的功能。另外其具有数据分流功能，通过设定，一部分数据将作为样本数据集被分流，以供云端使用。 边缘侧：边缘侧位于靠近端侧位置，其实也可称其为私有云，是具有一定算力和存储能力的云，只有企业内部拥有查看操作的权限。其包含两个组成部分，边缘服务器和本地存储设备，通过端侧采集到的实时数据保存在本地存储设备之中；而边缘服务器与上端云侧，下端端侧均处于连通状态，其可以从云侧下载已经训练完成的模型，将其运用于实时的在线数据，以此来实现对设备的监控；同时在常规应用场景中，边缘侧起到数据中转的作用，将部分历史数据作为云侧数据分析的样本数据集上传至云侧。 边缘侧对应于CPS中的智能执行层，起到了将模型运行对设备运行状态进行监控的作用。 云侧：云侧指的是公有云，是第三方提供的云，具有强大的计算能力，并且提供了高扩展性的功能模块。在云侧可以充分对数据应用工业人工智能算法，也可以制定合适的有依据的决策方案，同时可以进行相关应用的开发以及使用。 云侧对应于CPS中的智能分析层，网络层，智能认知层，基于数据的各种操作均在此处实现，同时由于其与位于公网，与网络环境内的其余信息也可实现交互，从而可以拥有更加强大的功能。采用此端边云架构，具有以下原因和优势：首先，边缘侧具有靠近端侧，数据传输延时低，数据传输成本少的突出优点；并且边缘侧作为私有云，数据的安全性得到了完全的保障，只有极少数拥有权限的人才能接触到边缘侧存储的数据。但同时它具有搭建成本高，若要求高算力，搭建相匹配的边缘侧几乎难以实现的问题。云侧虽然远离端侧，实时处理数据并对数据作出响应是难以实现的；但在算力方面，云侧远远超越边缘侧，且作为公有云，第三方会提供比较于自建大规模边缘服务器相对较低的计算成本。在安全性方面，公有云要求数据上传第三方平台，就存在了数据泄露的可能性。因此本文提出的针对设备监控和运维的端边云架构，结合了边缘侧，云侧各自的优点，且对于成本，安全性进行了考量。将全部实时数据存储于边缘侧是考量到了数据安全性，同时近距离传输数据成本较低；边缘侧还承担了下载云端模型执行监控，这一功能所需要的算力较小，但却可以满足实时分析，实时响应的要求。将样本数据集发送至云端进行算法执行，充分利用了云端的强大算力，并且这些离线数据的处理对于时效并没有太高的要求。值得注意的是，样本数据集是企业筛选之后发送给公有云的，也保证了数据的安全性。微服务架构在第二章中，基于领域驱动设计，对设备远程监控运维这个领域划分了6个子域，在子域之中又包含了各自的界限上下文，最终组成了相对应的关键微服务。微服务是业务的划分，实际运行需要基于一个通用的代码架构之下。微服务架构需要能够提供以下三个重要功能：实现大型应用的持续交接和布置应用、使多团队合作开发成为现实、拥有故障的分隔功能。目前较为成熟的有以下微服务架构：gin，Dubbo，SpringCloud等。本节将对gin架构进行介绍。gin是采用Golang撰写的Web架构，它具有性能高，量级轻，应用程序接口易用等特点。gin架构主要有以下功能与优势：它采用基于基数树的路由，占用内存少，且具有访问快速性；传入的HTTP请求可由一组中间件，如记录，授权，压缩等，和最终操作组合完成；能够捕获HTTP请求期间发生的突发情况并恢复；更好的路由组织形式；采集请求期间发生的错误；可扩展性非常强，可以自定义中间件。gin的整体结构可以视作一个总引擎，保存了各个组件的信息，其中RouterGroup为路由组，保存路由信息；trees是树结构，保存了url和handler的映射关系；pool用于存在context，context主要对于请求过程进行值传递。示意图如下所示：图SEQ图\*ARABIC10gin架构端边云协同的监控运维方案在3.1小节中给出了基础的端边云架构，介绍了为了实现设备远程监控与运维的目的，设备，网关，存储，服务器等部分有效的组织构建形式。在本小节中，将结合第二章中的四大微服务划分，以及微服务架构中需要包含的具体部分，对3.1小节中的结构进行完善和补充，获得最终的基于端边云协同的设备远程监控与运维微服务架构。完整架构图如下图所示：图SEQ图\*ARABIC11端边云协同的总架构端侧以及边缘侧的实现功能、部署设备在3.1小节中已经完整介绍，此小节对于云侧部分进行了详细扩充。依据工业物联网架构，云侧具体包含3个大部分，云基础设施IaaS层、工业平台PaaS层、应用SaaS层，以下分别介绍：云基础设施IaaS层中最重要的部分为API（ApplicationProgrammingInterface）网关，其包含了统一数据接入，协议转换与适配，流量管理和容错，安全保护四个主要功能。对于微服务架构而言，虽然获得了低耦合，高类聚的一个个模块化的微服务，对于组建新的业务或实现新的功能提供了极大便利，但是同样拥有各自采用的协议不相同，安全性不能得到保障等等问题，而部署于云端的API网关很好地解决了这些问题。因此不论是样本数据集的上传还是获得的模型的下载全部需要通过API网关进行中转。工业平台PaaS层中主要包含两个模块，云数据库和组件微服务模块。云数据库对于上传云端的样本数据集进行存储；组件微服务模块包含大量的小型组件，具体表现为简单，体量小的实现少量功能的代码，组件又分为基础微服务组件和工业微服务组件。基础微服务组件提供了任何微服务运行都需要的公用组件，例如权限的授权，消息的发送接收等等；而工业微服务组件包含了最终实现的微服务内容的个性化组件，例如一个工业人工智能算法实现的组件，一个对象的机理模型输入组件等等。而由这些大量组件进行合理组合，实现了具体业务功能的构成了一个微服务。因此，在此架构下组