SUSE 加速汽车行业智能化发展

Posted 2022-11-29 RancherLabs

作者简介
陈希典，SUSE 高级解决方案架构师，超过 15 年的运维、售前和项目建设经验，负责虚拟化/容器/云计算/软件定义存储等开源解决方案架构。在项目架构设计尤其是企业级数据中心及云计算领域经验丰富，现负责 SUSE 和 Rancher 企业产品的推广和支持。

SUSECON 北京 2022 开源技术峰会圆满落幕，会上来自 SUSE、SAP、亚马逊云科技、光大银行、阿里云等企业的技术专家深度分享了解决方案和最佳实践，以下是 SUSE 高级解决方案架构师陈希典的分享。

汽车行业正逐步采纳 Linux 作为车载操作系统

汽车行业不断发展，软件定义汽车、 智能化汽车成为大势所趋，越来越多的汽车制造企业将Linux操作系统引入到车载操作系统。究其原因，主要有以下四点：

• 汽车架构不断变化，需要不断引进一些新技术，比如 AVS 技术、智能驾驶技术。这大大提升了代码的复杂性，因此需要引入 Linux 操作系统简化代码。
• 芯片算力不断提升，可以引入更加复杂的 Linux 操作系统。
• ADAS 辅助的驾驶系统对大批量的数据以及数据处理要求非常高，因此要借助 Linux 操作系统帮助他处理。
• 企业需要降低成本。

SUSE 的解决方案

对此，SUSE 能够提供操作系统解决方案和云原生解决方案。操作系统有不同细分领域，有针对数字中心、嵌入式方式，还有实时的操作系统，以及 SUSE Manager 管理平台。它可以对所有系统进行大管，可以对 OS 操作系统进行生命周期管理，还可以对友商操作系统进行统一管理，客户可以通过统一管理为实现整体操作系统的合规性和安全性能力。

在操作系统之上为客户提供云原生能力，提供相关的 RKE 工具，可以搭建高可用的 servre 管理平台，客户通过管理平台可以实现对公有云、私有云、混合云的统一管理，以及统一的应用交付。

我们最大的优势在于，无论是操作系统还是云原生解决方案，都可以使客户在开发环境、数据中心、云端等等不同环境中，通过不同的产品适配到不同的环境，最终实现无处不在的计算。

汽车行业如何借助 SUSE 加速智能化发展

主要通过三方面，智能汽车、智能制造和智能服务：
智能汽车是对一体化的车载实现智能控制。
智能制造是指 SUSE 对制造业的生产环境，或者是生产流水线实现智能控制。
智能服务，SUSE 主要针对人车交互提供相关的智能服务功能。

1. 智能汽车

在汽车领域，电子电气的架构不断进化，催生出许多新的软件需求。现在整个汽车架构发展从原来的 EEA 架构逐渐转到域集中式的，我们称为 DCU，DCU 可以更方便地对 ECU 进行管理和分类。

以某公司为例，该公司根据汽车的五大功能领域，将整车域控制器拆分为动力域（安全）、底盘域（车辆运动）、座舱域/智能信息域（娱乐信息）、自动驾驶域（辅助驾驶）和车身域（车身电子）。

最新的架构从域集中这种方式又转换成中央计算式的进化方式，这是目前整体的汽车领域架构的变化。通过这种变化可以看到，他们需要装载各种各样的操作系统、中间件，这成为软件定义汽车关键的基石。

1.1 案例一：SUSE为Elektrobit提供了车规级的Linux操作系统

SUSE 和 Elektrobit 共同推出了操作系统平台，帮助汽车的软件开发者缩短整体软件开发生命周期，同时也提高整个产品价值。双方的合作可以帮助很多客户减少其他软件的使用数量，只需要专注在软件开发领域当中即可；能真正提高汽车自动化的建设能力。

1.2 案例二：某个自动驾驶公司基于车载K3s系统构建自动化驾驶模型

上图是整体架构，云端可以看到有 rancher server，管理下游 K3s 集群。在每部自动化的车辆当中会部署相关的 K3s 集群，这些集群之上又会承载各种各样的智能车载软件，从而管理控制各类设备。

该客户拥有非常大的车库，在车库当中有自己的专用网络，由公有云和平台进行关联，关联之后可以接收相关的指令、上传相关数据，实现应用的发布、迭代和更新。

当车辆离开车库行驶到马路上，我们可以不依赖这样的网络。K3s 是独立运行的，我们可以搜集相关的信息，比如路况信息、乘客信息、汽车信息，将这些信息再上传到平台车载软件进行分析处理，并对自动化驾驶进行相关的控制，包括自动化驾驶的车速、安全的行驶等等。在完成任务之后，车辆又可以回到车库，继续通过专用网络将之前采集的数据上传到云端，通过云端再次进行大数据的处理和分析。

通过 Rancher 平台和 K3s 建立的云边协同关系，通过轻量化、容器化的应用以及容器化的部署管理方式，能够快速应对系统和应用的快速变化和部署更新，极大简化或者是减少了相关的运维负担。

1.3 在车载系统当中如何实现容器化的应用？

非常简单。通常是在汽车领域当中部署一个本地的镜像仓库来存放相关的镜像。如上图所示，云端会实现一个流水线。通过流水线发布更新相关的车载应用和软件。首先会发布到车辆的本地镜像仓库当中，之后再更新车载的相关软件。可以看到这种方式整体从旧版本切换到新版本，后面是新版本切换到旧版本只需要几秒钟就可以完成。通常，边缘的网络是不可靠的，这时候需要通过 Device Controller 对设备做数字化的抽象，并引入 Rssocket 协议，从而实现高效、稳定、可恢复性的传输。

另外，在车载的整体系统之上部署一个 car agent 的组件，通过这个组件可以监控 K3s 平台和车载软件的整个运行状态。

在发布应用的时候通常会采用两个版本的方式运行，主要是采用金丝雀模式运行的，即更新一小部分，进行一系列的测试验证，没问题再对所有车载软件进行更新。我们就是通过这种方式实现车载系统的容器化应用的落地方案。

2. 智能制造

智能制造很多场景需要使用到边缘场景，从而满足其一些基础设施的需求。我们在做边缘环境的时候面对非常多的挑战。

• 整个边缘环境通常是低资源、低消耗的，我们不可能像在数据中心那样大量使用X86的服务器，占用大量充分的计算资源；边缘环境通常会使用树莓派那种硬件小盒子获取低资源。
• 边缘环境当中没有大量经过培训上岗的人员，因此，企业希望获取零运维、少运维的解决方案。
• 整个边缘环境的网络通常是不可靠的，如何在这样的情况下实现边缘设备的统一管理？
• 随着物联网的发展和智能汽车的发展，一定会面临着所谓的“海量的边缘场景”，面对这样的场景，我们又去如何在云端实现统一的部署和集群的管理？

针对这些问题和挑战，SUSE Rancher 提供了一系列解决方案。

我们为客户提供了轻量级的操作系统，非常适合在边缘进行大量的部署。该操作系统继承了 Btrfs 文件系统的特性，可以实现快照的能力。这样，在边缘环境当中就可以实现不可变的基础架构，实现一键还原和零运维能力。

SUSE 还为客户提供轻量级的 K8s 发行版，即 K3s，它是一个 100% 兼容的 K8s 发行版，最重要的特性是低资源消耗、易管理，非常适合在树莓派设备上运行。

此外，SUSE 还在云端部署管理平台，从而实现统一管理；此外，还有一个组件 Fleet 集成在 Rancher 管理平台之上，可以实现大规模的集中管理和应用统一发布；在海量场景下可以借助 flee 组件实现大规模的应用部署和统一的发布。

2.1 云边一体的逻辑架构

再看一下云边一体的逻辑架构，下面是边缘，上面是云端。下面是硬件，硬件之上是 micro 操作系统，操作系统之上是容器化组件或者运行时。再之上提供相关的 K3s 轻量级的平台；K3s 之上提供一些可选的扩展基础服务，比如 Longhorn、akri 这些服务，再之上就是用户自定义应用。我们也在边缘独立管理 UI，在云端借助 Fleet 对下游的边缘实现整体的云边一体化逻辑的架构。

2.2 案例：某汽车零部件供应商云边协同计算平台

该客户是一个汽车零部件供应商，专注在汽车的装饰、汽车座椅相关的业务，本身也有 200 多个分机构以及 7000 多个专家遍布全球，进行一系列的软件开发和相关测试。
客户面临一系列的问题：

• 整个应用需要频繁升级和迭代更新，目前采用的传统方式很难满足其需求。
• 在早期发展阶段部署了一些汽车领域的重要系统，比如 MES 系统和 WMS 系统，这些系统分布在 200 多个共享包当中，客户需要对系统进行迭代升级，也是采用人工的流水线方式，很难完成升级；即使在升级时遇到一些问题，也没办法进行回滚。
• 缺乏有效的监控手段，在出现问题时很难对这些应用进行监控。

客户采纳 Rancher 后获得了一些改变。

• 我们将原先的 .NET 技术转向 java 技术，有了 java 技术可以实现所谓的容器化的改造，解决业务快速发展与创新时面临的系统弹性可扩展、敏捷迭代、技术驱动业务创新等难题。
• 基于 K3S 实现了 MES 、WMS 等系统在节省约 35% 硬件成本的前提下的高可用，工厂网络在线时可批量管理、更新、发版、维护，工厂网络离线时 K3S 本地自治，服务不中断，产线不停产
• 通过 Rancher 纳管全球工厂 K3s 及数据中心 K8s，统一平台、统一权限、统一管理。立足上海，管理全球。

下图是客户的整体架构，他们在上海数据中心部署管理平台，又在上海和德国的数据中心部署 K8s 集群，在 200 多个工厂中部署 K3s，最终通过 Rancher 管理平台对所有的集群实现云边协同的统一管理和统一部署。

接下来看一下客户的后续规划。客户希望实现虚拟化和容器化的结合，就是借助现在整个 Rancher 和 Harvester。K8s 平台我们会部署像 Longhorn 这样的组件，提供计算和存储能力。
在这之上有三个命名空间：

• 第一个是为客户提供虚拟机，有状态应用的就可以部署在虚拟机之上。
• 第二个中间的命名空间有容器化的一些应用，无状态应用可以放置在第二个命名空间当中，这时候将无状态应用和有状态应用进行相结合。
• 第三个命名空间可以做一个嵌入式的 K8s，可以先部署虚拟机，在虚拟机之上再创建一层 K8s，最终在嵌套 K8s 之上运行应用。这有点像公有云的展现方式，
• 最终通过平台对 Harvester 进行管理。

3. 智能服务

全球产业的价值链正在重构，很多汽车企业正在进行数字化改造，越来越多的车企开始以用户为中心，挖掘用户相关价值，通过不同触点触及用户，智能化地提供优质产品和优质服务。这主要体现在提供实时交通数据、智能驾驶、人机交互等功能方面。

智能化服务需要灵活可靠的应用支撑，容器等云原生相关技术是现代化应用的最佳载体，SUSE Rancher 能够为用户提供方便灵活、高可用的多云、混合云 Kubernetes 容器平台，支撑应用开发运维团队快速响应业务需求，部署运维灵活应变、跨云多活的应用系统。

3.1 案例：某新能源汽车厂商基于 Rancher 构建多云容器平台

客户在 AWS 和腾讯云都部署了相关的托管集群，通过 Rancher 对它们进行统一管理、统一认证，提供一致性的用户体验。相关的业务，包括后台的业务、手机 APP 业务、新能源服务基本上都是运行整体的平台之上。此外，客户基于 Rancher 平台实现了容器化的快速应用部署和迭代，从而提供了高效、智能、快捷、可靠的服务。