边缘计算 课件 第七章 云边系统部署与配置

第7章云边系统部署与配置倡和基于KubeEdge的边缘计算实践正学出新明德知识导图本章我们在介绍KubeEdge的基本概念和工作原理的基础上，详细阐述KubeEdge系统的环境安装过程，并进行必要的配置以实现高效的云边协同01KubeEdge系统架构解析02云边环境搭建与部署03云边应用部署实战04系统监控与性能优化一个具体的系统如何打通云端与边缘端？系统由哪些核心组件构成？云边之间如何进行可靠通信？如何实现边缘侧的自治管理？目录1.1边缘计算与云边协同背景011.2系统架构总览021.3云端、边缘端组件功能03041.4边缘自治与数据同步01KubeEdge系统架构解析云计算瓶颈：延迟高、带宽压力、数据隐私边缘计算优势：实时处理、低延迟、数据本地化KubeEdge定位：云边协同开源平台，扩展Kubernetes到边缘1.1边缘计算与云边协同背景CloudHub、EdgeController、DeviceController云端组件EdgeHub、Edged、MetaManager、DeviceTwin边缘端组件WebSocket/QUIC、MQTT通信协议1.2系统架构总览KubeEdge通过云边协同、边缘侧的自治能力，使得更多的应用能够受益于边缘计算的优势KubeEdge系统架构接收来自EdgeController和DeviceController的下行指令，并转发至边缘端，同时接收边缘端上行数据，确保双向通信的可靠性和实时性CloudHub持续监听APIServer中边缘节点和Pod的元数据变化，将云端下发的应用部署指令和配置信息同步至指定边缘节点，维护云端与边缘端状态一致性EdgeController管理边缘设备的控制器，处理设备的注册、状态更新和元数据同步。它通过CloudHub将设备操作指令安全可靠地传递至边缘端的DeviceTwin模块DeviceController1.3云端、边缘端组件功能云端组件1.3云端、边缘端组件功能边缘端组件KubeEdge边缘自治设计原理接收云端消息，支持断线重连EdgeHub轻量化kubelet，管理容器化应用Edged设备状态同步与管理DeviceTwin下行通信：配置下发、应用部署上行通信：设备状态、应用日志、检测结果通信协议：WebSocket（默认）、QUIC（可选）消息类型：业务数据、配置数据、设备数据1.4边缘自治与数据同步云边通信机制图1业务数据通信流程图2配置数据通信流程数据同步机制：SQLite存储元数据，MetaManager管理设备状态同步：DeviceTwin实时更新设备状态1.4边缘自治与数据同步边缘自治边缘要求断网状态或者弱网状态下边缘业务可以持续运行断网后本地运行恢复后自动同步01KubeEdge系统架构解析02云边环境搭建与部署03云边应用部署实战04系统监控与性能优化如何从零开始搭建云边协同环境？需要准备什么样的基础环境？部署过程中有哪些关键步骤和易错点？如何验证环境是否搭建成功？目录2.1Kubernetes集群初始化012.2云端KubeEdge部署022.3边缘端KubeEdge部署0302云边环境搭建与部署组件安装：kubeadm、kubelet、kubectl镜像准备：从阿里云拉取Kubernetes镜像集群初始化：kubeadminit，配置网络插件（Calico）2.1Kubernetes集群初始化网络插件部署图1Master节点NotReady状态图2Master节点Ready状态Golang安装：环境变量配置，版本1.17Keadm工具：下载、解压、配置环境变量CloudCore初始化：指定IP和版本，获取Token2.2云端KubeEdge部署cloudcore启动成功环境准备：同云端步骤（Golang、Keadm）加入集群：使用Token连接CloudCore节点验证：kubectlgetnodes查看状态2.3边缘端KubeEdge部署KubeEdge节点状态环境准备→执行join命令→节点注册→状态验证01KubeEdge系统架构解析02云边环境搭建与部署03云边应用部署实战04系统监控与性能优化如何让应用在云端和边缘端跑起来？如何定义和管理边缘设备？从简单到复杂的应用，部署流程有何异同？如何解决应用镜像分发的难题？目录3.1计数器应用架构与部署013.2交通标志检测系统架构023.3边缘AI模型优化（TensorRT）03043.4私有镜像仓库搭建03云边应用部署实战云端组件：Web控制器（Beego框架）边缘端组件：计数器Mapper（伪设备）交互流程：云端控制→边缘执行→结果反馈3.1计数器应用架构与部署计数器运行状态图计数器应用架构云端部署：构建Docker镜像，kubectlapply部署边缘端部署：镜像传输（scp），手动加载（dockerload）验证步骤：Web界面操作，查看计数器状态计数器应用部署云端功能：模型训练、Web管理、资源监控边缘端功能：实时推理、结果上报、设备管理终端设备：摄像头采集图像数据3.2交通标志检测系统架构系统总体架构终端采集→边缘推理→结果上报→云端展示模型转换：PyTorch→ONNX→TensorRTEngine精度选择：FP16提升速度，轻微精度损失性能对比：FPS从26（PyTorch）提升至49（TensorRTFP16）3.3边缘AI模型优化（TensorRT）图1基于ONNX路线流程图图2FP32/FP16检测效果对比Harbor架构：Proxy、Registry、CoreServices、Database镜像推送：dockertag、dockerpush到Harbor镜像拉取：dockerlogin、dockerpull从边缘节点3.4私有镜像仓库搭建图1私有镜像仓库整体架构图2镜像推送图3镜像拉取01KubeEdge系统架构解析02云边环境搭建与部署03云边应用部署实战04系统监控与性能优化如何保障云边系统稳定运行并优化性能？如何实时监控分散的边缘节点资源？出现故障时如何快速感知并告警？如何通过技术手段证明边缘计算的优势？目录4.1Prometheus监控架构014.2系统性能测试与对比0204系统监控与性能优化数据采集：NodeExporter部署在边缘节点数据存储：时间序列数据库（TSDB）数据查询：PromQL语言，支持多维度查询4.1Prometheus监控架构资源监控管理架构NodeExporter采集→Prometheus拉取→数据存储→查询展示测试方法：200张图像，40次测试，对比响应时间边缘系统：平均响应时间