SUSE 加速汽車行業智慧化發展

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作者簡介

陳希典,SUSE 高階解決方案架構師,超過 15 年的運維、售前和專案建設經驗,負責虛擬化/容器/雲端計算/軟體定義儲存等開源解決方案架構。在專案架構設計尤其是企業級資料中心及雲端計算領域經驗豐富,現負責 SUSE 和 Rancher 企業產品的推廣和支援。

SUSECON 北京 2022 開源技術峰會圓滿落幕,會上來自 SUSE、SAP、亞馬遜雲科技、光大銀行、阿里雲等企業的技術專家深度分享瞭解決方案和最佳實踐,以下是 SUSE 高階解決方案架構師陳希典的分享。

汽車行業正逐步採納 Linux 作為車載作業系統

汽車行業不斷髮展,軟體定義汽車、 智慧化汽車成為大勢所趨,越來越多的汽車製造企業將Linux作業系統引入到車載作業系統。究其原因,主要有以下四點:

  • 汽車架構不斷變化,需要不斷引進一些新技術,比如 AVS 技術、智慧駕駛技術。這大大提升了程式碼的複雜性,因此需要引入 Linux 作業系統簡化程式碼。

  • 晶片算力不斷提升,可以引入更加複雜的 Linux 作業系統。

  • ADAS 輔助的駕駛系統對大批量的資料以及資料處理要求非常高,因此要藉助 Linux 作業系統幫助他處理。

  • 企業需要降低成本。

SUSE 的解決方案

對此,SUSE 能夠提供作業系統解決方案和雲原生解決方案。

作業系統有不同細分領域,有針對數字中心、嵌入式方式,還有實時的作業系統,以及 SUSE Micros 管理平臺。SUSE Micros 可以對所有系統進行大管,可以對 OS 作業系統進行生命週期管理,還可以對友商作業系統進行統一管理,客戶可以通過統一管理為實現整體作業系統的合規性和安全效能力。

在作業系統之上為客戶提供雲原生能力,提供相關的 RKE 工具,可以搭建高可用的 servre 管理平臺, 客戶通過管理平臺可以實現對公有云、私有云、混合雲的統一管理,以及統一的應用交付。

我們最大的優勢在於,無論是作業系統還是雲原生解決方案,都可以使客戶在開發環境、資料中心、雲端等等不同環境中,通過不同的產品適配到不同的環境, 最終實現無處不在的計算。

汽車行業如何藉助 SUSE 加速智慧化發展

主要通過三方面,智慧汽車、智慧製造和智慧服務:

智慧汽車 是對一體化的車載實現智慧控制。

智慧製造 是指 SUSE 對製造業的生產環境,或者是生產流水線實現智慧控制。

智慧服務 ,SUSE 主要針對人車互動提供相關的智慧服務功能。

1. 智慧汽車

在汽車領域,電子電氣的架構不斷進化,催生出許多新的軟體需求。現在整個汽車架構發展從原來的 EEA 架構逐漸轉到域集中式的,我們稱為 DCU,DCU 可以更方便地對 ECU 進行管理和分類。

以某公司為例,該公司根據汽車的五大功能領域,將整車域控制器拆分為 動力域(安全)、底盤域(車輛運動)、座艙域/智慧資訊域(娛樂資訊)、自動駕駛域(輔助駕駛)和車身域(車身電子)。

最新的架構從域集中這種方式又轉換成中央計算式的進化方式,這是目前整體的汽車領域架構的變化。通過這種變化可以看到,他們需要裝載各種各樣的作業系統、中介軟體,這成為軟體定義汽車關鍵的基石。

1.1 案例一:SUSE為Elektrobit提供了車規級的Linux作業系統

SUSE 和 Elektrobit 共同推出了作業系統平臺,幫助汽車的軟體開發者縮短整體軟體開發生命週期,同時也提高整個產品價值。雙方的合作可以幫助很多客戶減少其他軟體的使用數量,只需要專注在軟體開發領域當中即可;能真正提高汽車自動化的建設能力。

1.2 案例二:某個自動駕駛公司基於車載K3s系統構建自動化駕駛模型

上圖是整體架構,雲端可以看到有 rancher server,管理下游 K3s 叢集。在每部自動化的車輛當中會部署相關的 K3s 叢集,這些叢集之上又會承載各種各樣的智慧車載軟體,從而管理控制各類裝置。

該客戶擁有非常大的車庫,在車庫當中有自己的專用網路,由公有云和平臺進行關聯,關聯之後可以接收相關的指令、上傳相關資料,實現應用的釋出、迭代和更新。

當車輛離開車庫行駛到馬路上,我們可以不依賴這樣的網路。K3s 是獨立執行的,我們可以蒐集相關的資訊,比如路況資訊、乘客資訊、汽車資訊,將這些資訊再上傳到平臺車載軟體進行分析處理,並對自動化駕駛進行相關的控制,包括自動化駕駛的車速、安全的行駛等等。在完成任務之後,車輛又可以回到車庫,繼續通過專用網路將之前採集的資料上傳到雲端,通過雲端再次進行大資料的處理和分析。

通過 Rancher 平臺和 K3s 建立的雲邊協同關係,通過輕量化、容器化的應用以及容器化的部署管理方式,能夠快速應對系統和應用的快速變化和部署更新,極大簡化或者是減少了相關的運維負擔。

1.3 在車載系統當中如何實現容器化的應用?

非常簡單。通常是在汽車領域當中部署一個本地的映象倉庫來存放相關的映象。如上圖所示,雲端會實現一個流水線。通過流水線釋出更新相關的車載應用和軟體。首先會發布到車輛的本地映象倉庫當中,之後再更新車載的相關軟體。可以看到這種方式整體從舊版本切換到新版本,後面是新版本切換到舊版本只需要幾秒鐘就可以完成。通常,邊緣的網路是不可靠的,這時候需要通過 Device Controller 對裝置做數字化的抽象,並引入 Rssocket 協議,從而實現高效、穩定、可恢復性的傳輸。

另外,在車載的整體系統之上部署一個 car agent 的元件,通過這個元件可以監控 K3s 平臺和車載軟體的整個執行狀態。

在釋出應用的時候通常會採用兩個版本的方式執行,主要是採用金絲雀模式執行的,即更新一小部分,進行一系列的測試驗證,沒問題再對所有車載軟體進行更新。我們就是通過這種方式實現車載系統的容器化應用的落地方案。

2. 智慧製造

智慧製造很多場景需要使用到邊緣場景,從而滿足其一些基礎設施的需求。我們在做邊緣環境的時候面對非常多的挑戰。

  • 整個邊緣環境通常是低資源、低消耗的,我們不可能像在資料中心那樣大量使用X86的伺服器,佔用大量充分的計算資源;邊緣環境通常會使用樹莓派那種硬體小盒子獲取低資源。

  • 邊緣環境當中沒有大量經過培訓上崗的人員,因此,企業希望獲取零運維、少運維的解決方案。

  • 整個邊緣環境的網路通常是不可靠的,如何在這樣的情況下實現邊緣裝置的統一管理?

  • 隨著物聯網的發展和智慧汽車的發展,一定會面臨著所謂的“海量的邊緣場景”,面對這樣的場景,我們又去如何在雲端實現統一的部署和叢集的管理?

針對這些問題和挑戰,SUSE Rancher 提供了一系列解決方案。

我們為客戶提供了輕量級的作業系統,非常適合在邊緣進行大量的部署。該作業系統繼承了 Btrfs 檔案系統的特性,可以實現快照的能力。這樣,在邊緣環境當中就可以實現不可變的基礎架構,實現一鍵還原和零運維能力。

SUSE 還為客戶提供輕量級的 K8s 發行版,即 K3s,它是一個 100% 相容的 K8s 發行版,最重要的特性是低資源消耗、易管理,非常適合在樹莓派裝置上執行。

此外,SUSE 還在雲端部署管理平臺,從而實現統一管理;此外,還有一個元件 Fleet 整合在 Rancher 管理平臺之上,可以實現大規模的集中管理和應用統一發布;在海量場景下可以藉助 flee 元件實現大規模的應用部署和統一的釋出。

2.1 雲邊一體的邏輯架構

再看一下雲邊一體的邏輯架構,下面是邊緣,上面是雲端。下面是硬體,硬體之上是 micro 作業系統,作業系統之上是容器化元件或者執行時。再之上提供相關的 K3s 輕量級的平臺;K3s 之上提供一些可選的擴充套件基礎服務,比如 Longhorn、akri 這些服務,再之上就是使用者自定義應用。我們也在邊緣獨立管理 UI,在雲端藉助 Fleet 對下游的邊緣實現整體的雲邊一體化邏輯的架構。

2.2 案例:某汽車零部件供應商雲邊協同計算平臺

該客戶是一個汽車零部件供應商,專注在汽車的裝飾、汽車座椅相關的業務,本身也有 200 多個分機構以及 7000 多個專家遍佈全球,進行一系列的軟體開發和相關測試。

客戶面臨一系列的問題:

  • 整個應用需要頻繁升級和迭代更新,目前採用的傳統方式很難滿足其需求。

  • 在早期發展階段部署了一些汽車領域的重要系統,比如 MES 系統和 WMS 系統,這些系統分佈在 200 多個共享包當中,客戶需要對系統進行迭代升級,也是採用人工的流水線方式,很難完成升級;即使在升級時遇到一些問題,也沒辦法進行回滾。

  • 缺乏有效的監控手段,在出現問題時很難對這些應用進行監控。

客戶採納 Rancher 後獲得了一些改變。

  • 我們將原先的 .NET 技術轉向 java 技術,有了 java 技術可以實現所謂的容器化的改造,解決業務快速發展與創新時面臨的系統彈性可擴充套件、敏捷迭代、技術驅動業務創新等難題。

  • 基於 K3S 實現了 MES 、WMS 等系統在節省約 35% 硬體成本的前提下的高可用,工廠網路線上時可批量管理、更新、發版、維護,工廠網路離線時 K3S 本地自治,服務不中斷,產線不停產

  • 通過 Rancher 納管全球工廠 K3s 及資料中心 K8s,統一平臺、統一許可權、統一管理。立足上海,管理全球。

下圖是客戶的整體架構,他們在上海資料中心部署管理平臺,又在上海和德國的資料中心部署 K8s 叢集,在 200 多個工廠中部署 K3s,最終通過 Rancher 管理平臺對所有的叢集實現雲邊協同的統一管理和統一部署。

接下來看一下客戶的後續規劃。客戶希望實現虛擬化和容器化的結合,就是藉助現在整個 Rancher 和 Harvester。K8s 平臺我們會部署像 Longhorn 這樣的元件,提供計算和儲存能力。

在這之上有三個名稱空間:

  • 第一個是為客戶提供虛擬機器,有狀態應用的就可以部署在虛擬機器之上。

  • 第二個中間的名稱空間有容器化的一些應用,無狀態應用可以放置在第二個名稱空間當中,這時候將無狀態應用和有狀態應用進行相結合。

  • 第三個名稱空間可以做一個嵌入式的 K8s,可以先部署虛擬機器,在虛擬機器之上再建立一層 K8s,最終在巢狀 K8s 之上執行應用。這有點像公有云的展現方式,

  • 最終通過平臺對 Harvester 進行管理。

3. 智慧服務

全球產業的價值鏈正在重構,很多汽車企業正在進行數字化改造,越來越多的車企開始以使用者為中心,挖掘使用者相關價值,通過不同觸點觸及使用者,智慧化地提供優質產品和優質服務。這主要體現在提供實時交通資料、智慧駕駛、人機互動等功能方面。

智慧化服務需要靈活可靠的應用支撐,容器等雲原生相關技術是現代化應用的最佳載體,SUSE Rancher 能夠為使用者提供方便靈活、高可用的多雲、混合雲 Kubernetes 容器平臺,支撐應用開發運維團隊快速響應業務需求,部署運維靈活應變、跨雲多活的應用系統。

3.1 案例:某新能源汽車廠商基於 Rancher 構建多雲容器平臺

客戶在 AWS 和騰訊雲都部署了相關的託管叢集,通過 Rancher 對它們進行統一管理、統一認證,提供一致性的使用者體驗。相關的業務,包括後臺的業務、手機 APP 業務、新能源服務基本上都是執行整體的平臺之上。此外,客戶基於 Rancher 平臺實現了容器化的快速應用部署和迭代,從而提供了高效、智慧、快捷、可靠的服務。

About SUSE Rancher

Rancher是一個開源的企業級Kubernetes管理平臺,實現了Kubernetes叢集在混合雲+本地資料中心的集中部署與管理。Rancher一向因操作體驗的直觀、極簡備受使用者青睞,被Forrester評為“2020年多雲容器開發平臺領導廠商”以及“2018年全球容器管理平臺領導廠商”,被Gartner評為“2017年全球最酷的雲基礎設施供應商”。

目前Rancher在全球擁有超過三億的核心映象下載量,並擁有包括中國聯通、中國平安、中國人壽、上汽集團、三星、施耐德電氣、西門子、育碧遊戲、LINE、WWK保險集團、澳電訊公司、德國鐵路、廈門航空、新東方等全球著名企業在內的共40000家企業客戶。

2020年12月,SUSE完成收購RancherLabs,Rancher成為了SUSE “創新無處不在(Innovate Everywhere)”企業願景的關鍵組成部分。SUSE和Rancher共同為客戶提供了無與倫比的自由和所向披靡的創新能力,通過混合雲IT基礎架構、雲原生轉型和IT運維解決方案,簡化、現代化並加速企業數字化轉型,推動創新無處不在。

當前,SUSE及Rancher在中國大陸及港澳臺地區的業務,均由數碩軟體(北京)有限公司承載。SUSE在國內擁有優秀的研發團隊、技術支援團隊和銷售團隊,將結合Rancher領先的雲原生技術,為中國的企業客戶提供更加及時和可信賴的技術支撐及服務保障。