一种边缘计算嵌入式微服务器模型、服务方式及设备

1.本发明涉及一种边缘计算嵌入式微服务器模型、接入方法及设备，采用了嵌入式设计构架，具有功耗小、体积小、低噪音、内网穿透、物理安全、等特点，兼具嵌入式设备和服务器特点，实现服务轻量化、微型化、个人私有化；服务器模型通过内网穿透技术，能够实现内网对外提供服务；同时通过设备互联，在多个设备之间实现文件和计算的同步，访问任何一个服务器可提供等价服务；本发明属于信息技术领域。


背景技术：

2.目前互联网以服务器为中心，建设了很多数据中心，但对服务器的使用有严格的规定，由于噪音、安全等原因，不适合在办公室和家庭放置和使用。但随着个人用户对文件存取和计算服务的需求，用户都拥有自己的私有服务器的愿望。随着移动互联、移动存储、移动计算和家庭物联网的迅猛发展，产生了更多元化、复杂度更高的应用负载环境，例如移动终端对私人数据服务需要进行频繁的访问，因而产生了搭建以家庭为数据和计算服务中心的需求。微服务器因其可维护性、扩展性、高效能比和开发难度等特点，相比于更高端的机器如超级计算机、大型服务站、刀片服务器和个人计算机更具优势。
3.微服务器系统在安装管理方面更简单，价格更低廉，采用低功耗处理器设计并且尽量简化了不需要的服务器组建，使得其功耗和噪声都更低，同时芯片行业的发展使得其性能能够满足大部分普通用户的需求。微服务器面向web应用、文件分布式存储和处理，离线数据分析、中小企业应用等轻量级云服务应用场景。另外，相较于国内云服务器，微服务器的成本合理，数据直接存储在本地实体中，完全属于用户本身，安装应用和开发过程和透明，从而使得其提供的服务以及存储的数据具备可信、可控的特点。


技术实现要素：

4.针对现有服务器技术所存在的上述缺陷，本发明设计了一种边缘计算嵌入式微服务器模型、服务方法及设备，能够实现低功耗、体积小、低噪音，适合安装于家庭、办公室等能够控制、安全的位置；以家庭和办公室等私有场所提供数据和计算服务；针对边缘网络缺少公网地址连接互联网的问题，采用内网穿透能够实现对外服务的能力；针对单个服务器缺少云服务能力的问题，采用多模型设备p2p互联方式，形成数据和计算同步服务，进一步实现边缘等价服务能力，访问任何一个服务器可实现等价的数据和计算服务。包括以下步骤：
5.(1)边缘计算嵌入式微服务器模型
6.一种边缘计算嵌入式微服务器模型如图1所示，由嵌入式硬件层、嵌入式软件层、嵌入式服务层组成；其中，嵌入式硬件层由嵌入式处理器、嵌入式内存、可插拔存储卡、通信组件、外部硬件接口和电源组件组成；嵌入式软件层由嵌入式服务操作系统、内网穿透、互联网接入、数据同步、容器化部署和身份认证组成；嵌入式服务层由接入服务、文件服务、web服务、计算服务和安全服务组成。嵌入式处理器支持计算，内存支持程序和数据存储，嵌
入式操作系统服务的运行。
7.(2)边缘计算嵌入式微服务器模型设备
8.边缘计算嵌入式微服务器模型设备(简称“模型设备”)，是低功耗的，散热低，提供文件存取和计算服务。嵌入式处理器内存一般不少于2gb,嵌入式存储卡一般不少于128gb以上的存储，以存储服务器操作系统、应用程序、数据。嵌入式操作系统运行在模型设备支持文件系统、计算服务。
9.(3)边缘计算嵌入式微服务器模型设备服务方式
10.模型设备服务方式如图2所示，模型设备主要放置于家庭、办公室等物理安全可控的环境，接入于家庭网络、办公室局域网络或其他类型的边缘计算网络，通过边缘计算网络的网关接入外部互联网络(公网)，以家庭、办公室为中心提供数据和计算服务。
11.针对模型设备使用边缘计算网络内部地址的情况，构建模型设备接入服务，建立内部地址和公网地址的对应关系。假设边缘计算网络内部地址为ipa，对应的公网地址为ipb,则接入服务建立映射对《ipa,ipb》。
12.通过接入服务，模型设备内网穿透技术能够使外部用户终端通过地址映射，建立于模型设备的连接，解决在不同局域网网络环境下，无法远程提供服务的问题。用户终端利用内网穿透技术，可以随时随地不受任何限制地访问部署在远程的模型设备。
13.(4)边缘计算嵌入式微服务器模型容器化服务
14.边缘计算嵌入式微服务器模型提供容器化的服务，包括轻量级的边缘计算服务、网络接入服务、文件资源服务、轻量级web服务、和安全认证服务等。容器化服务将单个操作系统的资源划分为不同的组，组与组之间相互隔离以消除潜在的冲突。每个容器内部都相当于一个独立的子系统，实现微服务器应用的轻量化、部署快、易移植的特点。
15.(5)边缘计算嵌入式微服务器模型文件同步服务
16.边缘计算服务可包括将家庭物联网设备产生的数据进行实时集合，清洗，脱敏等，为后续的数据处理或分析执行初步的计算工作；网络接入服务指用户可以通过该微服务器实现连接外部互联网服务的需求；文件资源服务指用户可通过该服务器模型在微服务器与微服务器之间建立去中心化的文件同步功能。
17.(6)边缘计算嵌入式微服务器模型数据共享服务
18.每个微服务器都可以是一个节点用来共享数据，在家庭、办公室等不同场景下，实现各个微服务器之间文件和数据进行远程管理、同步、备份和共享等操作。
19.(7)边缘计算嵌入式微服务器模型等价服务
20.多模型设备的服务模式如图3所示，通过p2p实现互相通信，实现数据和计算的同步，能够提供相互等价的数据和计算服务，通过等价数据和计算服务，用户访问任何一台服务器，感觉如同在一个大服务器上运行，实现多服务器器之间的边缘等价服务。
21.(8)边缘计算嵌入式微服务器模型登录服务
22.模型设备登录和提供服务的过程如图4所示。它提供轻量级web服务，轻量级web服务是向用户提供web内容的服务，包括查询资源信息、设置微服务器集群节点、数据管理平台登陆等；安全认证服务包括身份注册、令牌分发、哈希认证、零信任认证等，是向用户提供可信的身份认证服务。
附图说明
23.图1是本发明的一种边缘计算嵌入式微服务器模型图。
24.图2是本发明的边缘计算嵌入式微服务器设备接入服务方式示意图。
25.图3是本发明的边缘计算嵌入式微服务器设备等价服务方式示意图。
26.图4是本发明的边缘计算嵌入式微服务器设备接入过程示意图。
27.图5是本发明的一种边缘计算嵌入式微服务器具体实施的架构图。
28.图6是本发明的一种边缘计算嵌入式微服务器硬件层的组成示意图。
具体实施方式
29.为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。本专利不局限于下面的一种实现方案。
30.本发明是一种边缘计算嵌入式微服务器模型，其架构组成由图5所示，具体实施过程如下：
31.步骤1：构建微服务器硬件层
32.步骤101:微服务器主要包括usb-c充电接口，wan网口，lan网口，用户重置接口，两个usb 3.0接口和sd卡口，六核处理器rk3399和4gb lpddr4内存；usb-c充电接口，wan网口，lan网口，用户重置接口均设置在外壳的同一侧，微服务器通过使用usb-c充电接口提供电源，wan网口和lan网口分别用于通过网线为微服务器提供网络，用户重置接口提供对微服务器关机和重启的操作。两个usb 3.0接口和sd卡口设置在外壳另一侧，可用于连接usb wi-fi发射器和外存储卡。微服务器硬件层的具体组成示意图由图6所示。
33.步骤2：构建网关模块
34.步骤201:微型服务器作为热点ap通过配置将接入的网络通过usb网卡发射出wifi信号出来供给用户其它设备使用。通过网线连接微型服务器的wan口，在服务器的管理界面上设置网关的ip地址以及ip子网掩码。选择ip分配模式为静态地址，开启微型服务器网关的dhcp功能。
35.步骤202:开启微型服务器的ap热点功能，选择外接的usb无线网卡，工作模式指定为ap服务模式，设置无线网络的ssid以及加密方式、加密算法、密钥即可完成ap模式的设置。再采用radius认证方式，需要搭建radius认证服务器，配置好radius认证服务器之后，在创建ap热点的时候指定服务器认证地址，计费地址，以及认证密钥，即可创建一个支持radius协议认证的ap热点。网关模块能够支持微型服务器本身的网络连接，也能够提供网络给连接到微型服务器的其他设备使用，可以代替传统路由。
36.步骤3：构建内网穿透模块
37.步骤301:搭建一个虚拟局域网，并将多个设备加入到这个虚拟局域网中来，加入之后的设备在同一个虚拟局域网的网段中，设备之间可以直接通过端口访问，从而达到内网穿透的目的。构建包括一个网页管理端和多个版本的设备客户端，首先在网页管理端上创建一个虚拟局域网网络，得到netid,配置本虚拟局域网的相关规则，设置ip段，设置局域网ip与虚拟局域网的映射规则。
38.步骤302:在微型服务器上安装内网穿透需要的客户端软件，并在微型服务器上配置上述netid,加入到上述创建的虚拟局域网中。之后，所述内网穿透技术会在微型服务器
上产生一个虚拟网卡，记录该虚拟网卡的ip，在所述内网穿透网页管理端上找到该ip，将其修改为容易记住的ip。然后在所要访问微型服务器的设备上也安装内网穿透客户端，通过同一个netid加入虚拟局域网。最后，设备就可以连接到微型服务器上，访问服务器的计算和其他文件数据资源了。
39.步骤4：webdav部署
40.步骤401:在微服务器中采用容器来对webdav服务器进行部署，在容器中配置所需要的依赖，搭建微服务。设置webdav服务器对外开放的ip地址、端口号以及要与终端共享的文件夹路径，在客户端只能查看到共享的文件夹内容。为防止陌生用户的访问，需设定用户名、密码实现访问控制。基于p2p技术实现微服务器与微服务器之间的文件同步，在家庭、办公室等不同场景下，实现微服务器之间文件的同步备份。
41.步骤402:在用户终端通过下载智能助手实现对webdav服务器端共享文件夹的访问，首次连接需要输入正确的用户名、密码、服务器的ip地址以及端口号，成功与服务器端建立通信连接后就能在终端看到共享的文件夹目录，能够对其中的文件进行增删查改的操作。该文件夹会以本地磁盘的方式显示在终端上，可以当做私人云盘来使用。目前支持的终端有windows、linux、mac、手机。
42.步骤5：数据和计算同步工具部署
43.步骤501:在微服务器中采用容器技术部署文件同步工具，基于p2p技术在微服务器与微服务器之间建立去中心化的文件同步功能。每个微服务器都可以是一个节点用来共享数据和程序，共享时首先根据不同节点的id来建立彼此之间的链接，然后选择自己要同步的文件夹，设置同步方式，最后选择想要共享的节点。同步方式可以选择仅发送、仅接收、发送与接收和加密四种，实现单向传输、双向传输和加密传输的功能。在家庭、办公室等不同场景下，实现各个微服务器之间文件的同步备份与使用。
44.步骤502:当多个节点共享同一个目录时，其中一个节点故障不会影响到其他的节点，并且多个节点之间会同时参与同步过程，参与同步的设备越多，同步的速度越快。
45.步骤503:不同节点之间如果同时对同一个共享的文件进行修改操作时，即出现同步冲突，会同时保留各个节点修改后的文件，并根据修改时间进行重命名操作。具体保留那个文件可由用户自行选择。
46.步骤504:提供版本控制功能，通过缓存方式记录一个文件的删除和修改历史，用户可根据自己的需要将文件恢复到之前的某一状态。
47.步骤6：数据和计算等价服务
48.步骤601:用户可以访问互联的任何一台服务器，为自己提供服务，由于通过数据和程序同步，用户在任何一台设备上获得的数据和计算服务都是等价，可以提高扩展服务的速度和服务能力。