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1 目標和概述 

隨著云計算、5G、AI技術的快速發展，企業智能 升級的訴求愈加強烈，邊緣計算的應用場景和行業也愈加廣泛。對于實現邊緣計算資源的按需部署、統一管控及邊云協同，在各行業的實踐中都面臨著挑戰，如：如何在攝像頭、無人機等資源受限的邊緣設備上運行智能應用及算法；如何解決智慧交通、智慧電力場景下，海量異構邊緣設備接入、海量邊緣應用統一部署及升級帶來的問題，以及如何保證離線場景的業務高可靠等。 

華為智能體是企業智能升級的參考架構，其核心特征是云網邊端一體化協同。華為云IEF是華為云首創的云原生的邊云協同操作系統，是華為智能體中支持智能交互的核心技術。華為云IEF開創性地將云原生技術與邊緣場景相結合，能夠全面兼容豐富的K8s生態，同時覆蓋現場設備、近場計算及5G MEC等邊緣場景，滿足各類用戶的個性化需求。 

（1）華為云IEF可內置于各種類型的設備，讓設備成為華為云的智能邊緣，并進一步提升輕量化部署、 異構設備接入、大規模管理與業務高可靠的能力，已經促成全國高速取消省界等大規模商用項目落地。IEF為企業提供完整的邊云協同一體化的邊緣計算解決方案， 目前已在智慧交通、智慧能源、工業互聯網等場景中得到廣泛應用。 

（2）華為云IEF秉持開放合作的模式，與業界伙伴共筑開放的邊緣計算應用生態及硬件生態，賦能合作伙伴快速構建智能邊緣解決方案，與伙伴共同為客戶提供優質的邊緣計算解決方案。 

2 解決方案介紹 

華為云IEF整體架構如圖1所示。 

圖1 華為云IEF整體架構 

華為云IEF北向支持K8s標準應用生態，南向通過 運行環境標準化、插件化支持異構設備接入，構建開放生態。IEF的核心特性及其實現原理如下： 

（1）極致輕量化：端側設備由于資源有限，對邊緣計算平臺的資源占用往往有較強約束。華為云IEF通過對已有框架的插件化實現、輕量化改造實施（裁剪邊緣側不適用場景、重寫模塊等）、容器引擎的輕量化實現，有效提升邊緣業務并發啟動速度，大幅降低穩態下的內存占用。如圖2所示。

圖2 華為云IEF容器引擎的輕量化實現方式及效果 

（2）離線自治及故障自愈：工業制造、交通等領域經常會有邊緣節點離線的場景，要保證業務高可靠， 離線節點需具備故障遷移、多實例運行以及本地恢復等能力。實現原理：先預選、再優選，基于調度優先級構建邊緣部署優選樹；再依據調度優先級的順序對高優先級節點進行監控，決策是否接管調度；最后依據邊緣部署優選樹進行節點調度決策傳遞，當本節點接管調度決策后，依據設置好的調度策略對本節點的應用進行調度。如圖3所示。 

圖3 離線自治及故障自愈實現原理 

（3）大規模節點管理：需要解決三方面的問題， 即如何應對大流量沖擊、如何在短時間內完成大規模邊緣應用分發、提高批量管理操作的效率。

•  應對大流量沖擊：多K8s集群構成聯邦管理， 提升可用性；裁減多余周期消息，精簡監控、日志消息，優化邊云通信數量；南向限制并發連接數和消息量，北向限制并發請求數，保護系統；對節點注冊、節點列表查詢、應用列表查詢等關鍵流程進行優化，通過調整鎖操作、整合查詢等手段提升系統并發性能；分析高負載的SQL查詢，通過增加索引、批量查詢、優化SQL 語句等方法提升響應時間，降低DB負載。如圖4所示。

圖4 應對大流量沖擊方案架構 

• 短時間內完成大規模應用分發：建立邊緣鏡 像加速站點，自動同步主鏡像倉庫中選定的鏡像，利用邊緣側本地大帶寬向同一區域的邊緣節點提供鏡像下載服務。在3000邊緣節點的規模下，將集中施工完成時間從一周縮短到半天。如圖5所示。

圖5 大規模邊緣應用鏡像快速分發架構 

• 提高批量管理操作效率：增加標簽過濾應用/ 節點功能，過濾出具有同一同種類（如門架）的應用/ 節點；每一次批量部署/升級對應一個job，每一個的應用部署/升級對應一個的task，屬于某個特定的job；針對這些job和task，IEF并發進行部署/升級；為應對網絡抖動、高并發流控導致task失敗的問題，在頁面提供重試能力。批量管理操作優化關系設計如圖6所示。 

圖6 批量管理操作優化關系設計

（4）安全性：IEF保證云邊端全流程端到端安全。 

• 邊云通信安全 ： Edge ore與IEF建立Websocket+TLS加密雙向通道，EdgeCore自下而上發起，雙向消息收發通過證書認證、加密； 

• 云端安全：前置DDoS網絡安全防護，防惡意攻擊；

• IAM認證：通過IAM角色分配AK/SK允許從 邊緣節點訪問AOM、SWR、DIS等華為云資源；

• 節點證書：為每個邊緣節點頒布唯一接入證書，雙向通訊通過證書認證、加密； 

• 應用證書：為邊緣應用頒發證書用于訪問 EdgeCore； 

• 設備證書：邊緣設備使用證書進行身份認證。 

全流程安全性架構如圖7所示。 

圖7 IEF云邊端全流程安全性架構 

3 代表性及推廣價值 

華為云IEF采用商業+開源雙輪驅動的模式，已在產業界及開源社區形成廣泛的影響力。IEF于2017年啟動預研，2018年公測并將內核KubeEdge貢獻到開源社區，成為CNCF首個正式邊緣計算項目，2020年由CNCF孵化。IEF當前商用時間已近2年，在交通、電力、園區、制造等領域積累了豐富的項目實踐。 

（1）智慧高速——全國高速公路取消省界收費站項目 

交通部路網中心聯合華為云，基于IEF實現了全國 487個省界收費站的撤銷、24,588套ETC門架系統的統一管理，支撐全國14萬多公里高速公路“一張網”運行、“一盤棋”管理，使省界通行速度平均提升13%，高速收費業務效率提升10倍以上。 

（2）智慧電力巡檢——端邊云協同智能巡檢解決方案 

方案不僅可實現輸電線路情況的實時監控與分析，減少人工監視的漏報與誤報，還可利用人工智能實現圖像的智能識別，大幅降低了人力投入，顯著提升線路運維工作效率，前端就地分析降低了對于公網流量、云端存儲與計算資源的占用，整體系統成本降低30%，傳統輸電人“坐朝問道、垂拱平章”的巡檢夢想正成為現實，視頻巡檢開始改變傳統的人工巡檢模式。 

（3）智慧園區——中海物業

中海物業攜手華為，圍繞業務場景持續創新，構建基于興海物聯網云平臺的智慧建筑全生命周期服務，努力打造人工智能深度應用的品質園區，構筑美好生活。中海物業基于與華為的成功合作，未來將全面推廣鋪開 “城市中心+項目”管理模式，管理范圍覆蓋5個城市共37個項目，總面積約700萬平方米；用技術輔助“服 務”，預估整體運營和管理效率將提升約30%，每年將節約近億元。 

（4）工業互聯網——三聯虹普 

三聯虹普聯合華為云，打造以IEF為基礎的端邊云協同解決方案，端側是合成纖維產線設備，邊側采用華為 硬件部署IEF及工業模型，云端采用IEF進行邊緣應用及節點的全生命周期管理。部署該套方案后，模型訓練更 新從月提升到小時；客戶的定制化質量需求匹配率提升了28.5%；代替人工抽檢模式，提升檢測效率80%。

摘自《自動化博覽》2021年2月刊