无服务器边缘计算网络平台的设计与实现

作     者：梁成昊 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢人超

授予年度：2022年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 0835[工学-软件工程] 081001[工学-通信与信息系统] 081202[工学-计算机软件与理论] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：边缘计算 无服务器计算 软件定义网络 应用编排 虚拟化 

摘      要：随着网络技术的蓬勃发展以及移动设备、智能终端的普及,各类互联网应用(例如增强/虚拟现实、高清视频)不断涌现。考虑到将所有计算任务委托给远端云资源难以满足应用的时延、能耗需求,业界提出边缘计算的概念,即在用户终端的网络边缘部署云计算资源,对计算任务进行就近处理。另一方面,云原生编程和无服务器架构提供了一种新的软件开发和运营方式,使开发人员无需关注底层服务器即可构建应用程序和服务,并且具备自动扩缩容的能力,可以实现资源的按需分配。边缘设备往往存在资源紧张的问题,在边缘环境中引入无服务器计算可以有效降低资源消耗,同时改善边缘基础设施的运维管理问题。因此,边缘计算与无服务器计算的融合已成为互联网发展的重要趋势,具有巨大的应用前景。目前的无服务器计算框架主要为云计算设计,而边缘计算场景中无服务器计算的应用还有待研究。如何将边缘计算和无服务器计算结合,设计无服务器边缘计算网络平台架构,并基于架构实现无服务器边缘计算网络平台,是本文主要研究的问题。本文首先根据边缘计算和无服务器计算的特性,分析平台的设计需求,然后针对设计需求提出了无服务器边缘计算网络平台架构。对于所提架构,本文基于ONOS、Knative、OpenFaaS等开源框架设计并实现了资源编排管理子系统、边缘网络控制子系统以及无服务器计算服务管理子系统,并阐述了各子系统的功能模块和实现细节。最后进行系统测试,验证各功能模块的有效性。本文结合无服务器计算、软件定义网络等技术,设计了集资源编排、网络控制和弹性服务于一体的无服务器边缘计算网络平台,能够降低资源消耗,同时简化应用程序的开发和运维。