架构设计
翼影调度系统架构概述
边缘舰队（EdgeFleet）作为翼影调度系统，采用云边端协同架构，实现云端算法生产、边端指挥调度平台、端侧分布式执行的协同体系。系统致力于为无人智能提供分布式算力支持，为无人机群等低空设备提供分布式算力支持。
逻辑架构
云边端协同架构
云边端职责分工
云端职责（算法生产中心）
- 算法研发: 算法设计、原型开发、算法验证
- 模型训练: 分布式训练、模型优化、性能调优
- 算法管理: 算法版本管理、A/B测试、灰度发布
- 数据服务: 数据存储、数据清洗、数据标注、数据管理
- 运维管理: 系统监控、故障诊断、性能优化、资源管理
边缘职责（指挥调度平台）
- 任务调度: 承担智能任务调度和资源分配，基于边端本地数据进行任务优化和调度
- 算法模型转换: 负责通用算法模型转换成自研算法模型
- P2P种子分发: 实现P2P种子分发和算法模型版本管理
- 边缘数据处理: 处理端侧采集的数据并存储，提供数据预处理和特征提取
- 算力支持: 在端侧算力不足时提供算力支持
- 故障接管: 在端侧临时故障时接管集群
- 指挥决策: 提供边缘指挥决策和智能调度能力
- 智能调度: 基于AI的智能调度、预测分析、异常检测等能力
终端职责（分布式执行网络）
去中心化网络能力
- P2P通信: 设备间直接通信，无需中心节点，支持大规模无人机群协同
- 分布式任务调度: 自主任务分配与负载均衡，支持智能调度算法
- 共识机制: 分布式决策与状态同步，支持协同决策和网络自愈
- 网络自愈: 节点故障自动恢复与重组，支持无人机群动态编队
分布式推理能力
- 模型分区: 大模型按层或模块分配到不同设备，支持分布式模型分割
- 协同推理: 多设备联合完成复杂推理任务，支持分布式推理引擎
- 推理流水线: 设备间推理结果传递与融合，支持流式推理处理
- 动态负载均衡: 根据设备算力动态调整推理分配，支持自动扩缩容
边缘替代能力
- 就近智能: 替代边缘节点的实时推理能力，支持边缘智能决策
- 数据预处理: 替代边缘的数据清洗与特征提取，支持分布式数据处理
- 缓存管理: 替代边缘的模型与数据缓存，支持分布式存储管理
- 任务调度: 替代边缘的任务分发与监控，支持分布式任务调度
云端替代能力
- 分布式训练: 多设备协同完成模型微调，支持边缘微调优化
- 数据聚合: 分布式数据收集与分析，支持边缘数据处理
- 模型管理: 分布式模型版本控制与更新，支持P2P模型分发
- 决策中心: 替代部分云端决策能力，支持分布式智能决策
无人智能执行能力
- 数据采集: 传感器数据、视频流、环境信息，支持多源数据融合
- 实时控制: 设备控制、执行指令，支持无人机群协同控制
- 自主执行: 基础决策、应急响应，支持分布式自主决策
- 状态上报: 设备状态、任务进度反馈，支持分布式状态同步
- 协同作业: 无人机群协同作业，支持大规模协同执行
- 智能调度: 基于AI的智能调度，支持无人智能调度算法
端侧去中心化网络架构
分布式模型推理架构
物理/部署架构
云边端协同部署架构
分层硬件配置
云端硬件配置
- GPU算力集群: A100 80GB, H100 80GB, L4 24GB等异构GPU
- 计算节点: 双路CPU服务器，大内存配置
- 存储系统: 分布式存储，支持大规模数据
- 网络设备: 高速网络交换机，支持高带宽（云端网络带宽：10Gbps+）
- 管理平台: Kubernetes集群，容器化部署
边缘硬件配置
- 边缘服务器: Jetson AGX Orin, 边缘GPU服务器
- 网络设备: 5G基站，边缘路由器
- 存储设备: 高速SSD，边缘缓存
- 通信模块: 5G/专网双模通信
终端硬件配置
- 机载AI芯片: Jetson Nano, Jetson Orin Nano
- 通信模块: 5G/WiFi/专网多模通信（无人机间带宽限制：10MB，延迟：1-5秒）
- 传感器: 高清摄像头，激光雷达，IMU
- 执行器: 飞控系统，机械臂，执行器
- 电源系统: 长续航电池，太阳能充电
网络架构设计
云端网络
- 核心网络: 高速网络
- 存储网络: 专用存储网络
- 管理网络: 独立管理网络
- 外部网络: 多运营商冗余接入
边缘网络
- 5G网络: 5G基站覆盖，低延迟通信
- 专网连接: 专用网络连接云端
- 本地网络: 边缘设备间高速通信
- 无线网络: WiFi 6E, 毫米波通信
终端网络
- P2P网络: 设备间直接通信
- 5G网络: 5G基站接入
- 专网通信: 专用频段通信
- Mesh网络: 自组织网络拓扑
部署策略
云端部署策略
- 多区域部署: 主备数据中心，跨区域容灾
- 容器化部署: Kubernetes集群，微服务架构
- 弹性伸缩: 根据负载自动扩缩容
- 服务网格: Istio服务网格，流量管理
- 监控告警: Prometheus + Grafana全链路监控
边缘部署策略
- 就近部署: 靠近终端设备部署边缘节点
- 边缘集群: 多节点边缘集群，负载均衡
- 边缘缓存: 模型和数据边缘缓存
- 边缘网络: 5G/专网双通道部署
- 边缘监控: 边缘设备状态监控
终端部署策略
- 去中心化部署: 无中心节点，P2P网络
- 动态编队: 无人机群动态编队部署
- 分布式推理: 模型分区部署到不同设备
- 网络自愈: 设备故障自动恢复
- 共识机制: 分布式决策和状态同步
运维管理架构
云端运维
- 自动化运维: Ansible自动化部署
- 容器编排: Kubernetes集群管理
- 服务发现: Consul服务发现
- 配置管理: ConfigMap和Secret管理
- 日志管理: ELK日志分析平台
边缘运维
- 边缘管理: 边缘节点远程管理
- 边缘监控: 边缘设备健康监控
- 边缘更新: 边缘软件远程更新
- 边缘备份: 边缘数据备份恢复
- 边缘安全: 边缘网络安全防护
终端运维
- 设备管理: 无人机群设备管理
- 网络管理: P2P网络拓扑管理
- 任务管理: 分布式任务调度管理
- 数据管理: 分布式数据同步管理
- 安全管理: 端侧安全防护
部署拓扑图
部署规模规划
云端部署规模
- GPU集群: 100+ GPU节点，支持分布式训练
- 计算节点: 500+ CPU节点，支持容器化部署
- 存储容量: 大规模分布式存储
- 网络带宽: 高速网络（云端：10Gbps+，边缘：1Gbps+，无人机间：10MB，延迟：1-5秒）
- 服务实例: 1000+微服务实例
边缘部署规模
- 边缘节点: 50+边缘计算节点
- 覆盖区域: 多城市边缘部署
- 网络接入: 5G基站全覆盖
- 存储容量: TB级边缘存储
- 服务实例: 100+边缘服务实例
终端部署规模
- 无人机群: 100+无人机设备
- 机载设备: 500+机载计算单元
- 网络节点: 1000+P2P网络节点
- 传感器: 2000+传感器设备
- 执行器: 1000+执行器设备
数据流架构
云边端协同数据流
端侧去中心化数据流
视频流处理数据流
模型训练与推理数据流
分布式模型分割与流式推理数据流
模型分割与分发详细流程
多设备协同推理架构
架构特点
翼影调度系统优势
云端算法生产中心优势
- 算法创新: 云端作为算法生产中心，持续产出先进的AI算法和模型
- 大规模训练: 支持大规模分布式训练，突破单设备算力限制
- 算法管理: 完整的算法生命周期管理，支持版本控制和灰度发布
- 资源池化: 大规模GPU资源池，支持异构GPU资源统一管理
边端调度指挥中心优势
- 微调优化: 基于边端本地数据进行模型微调，提高算法适应性
- 模型转换: 通用算法模型转换成自研算法模型，支持算法定制化
- P2P分发: 去中心化的模型分发，提高分发效率和可靠性
- 边缘智能: 完整的边缘AI服务栈，支持边缘智能决策
端侧分布式执行网络优势
- 分布式推理: 支持大模型分布式推理，突破单设备算力限制
- 协同决策: 基于分布式共识机制，实现无人机群协同决策
- 网络自愈: 设备故障自动恢复，网络拓扑自动重组
- 智能调度: 基于AI的智能调度，支持无人智能调度算法
云边端协同优势
计算能力分层
- 云端: GPU集群，模型训练与推理，算法生产中心
- 边缘: 中等算力，实时推理与数据处理，调度指挥中心
- 终端: 分布式算力集群，协同推理与自主决策，分布式执行网络
延迟优化
- 终端内部: 优化延迟设备间P2P通信（延迟：1-5秒）
- 终端到边缘: 中等延迟响应（延迟：2-10秒）
- 边缘到云端: 数据同步（延迟：5-30秒）
- 端到端: 完整任务响应（延迟：10-60秒）
数据流优化
- 端侧预处理: 分布式数据预处理，减少传输压力
- 边缘预处理: 减少云端传输压力
- 智能缓存: 边缘节点模型缓存
- 分层存储: 热数据边缘存储，冷数据云端存储
- 去中心化存储: 端侧分布式数据存储与同步
去中心化网络优势
自主性优势
- 无中心依赖: 不依赖中心节点，网络自组织
- 自主决策: 分布式共识机制，自主决策
- 自主恢复: 网络故障自动检测与恢复
- 自主扩展: 新节点自动加入网络
容错性优势
- 单点故障免疫: 无单点故障，系统高可用
- 网络分割容错: 网络分割时仍可局部运行
- 设备故障容错: 设备故障不影响整体系统
- 通信中断容错: 通信中断时本地决策
扩展性优势
- 水平扩展: 设备数量线性扩展
- 算力扩展: 分布式算力聚合
- 存储扩展: 分布式存储扩展
- 网络扩展: P2P网络自动扩展
分布式推理优势
算力聚合
- 算力聚合: 多设备算力聚合，提升单设备算力利用率
- 负载分担: 复杂推理任务分布式处理
- 动态调整: 根据设备算力动态调整推理分配
- 算力冗余: 多设备并行推理，提高可靠性
模型分区
- 大模型支持: 支持大规模模型分布式推理
- 内存优化: 模型分区减少单设备内存需求
- 并行处理: 模型层并行处理，提高效率
- 灵活部署: 根据设备能力灵活分配模型层
推理优化
- 流水线推理: 设备间推理结果流水线传递
- 结果融合: 多设备推理结果智能融合
- 缓存优化: 分布式推理结果缓存
- 精度保证: 分布式推理精度一致性保证
性能优化特点
无人机网络约束: 以下性能优化基于无人机网络的实际技术限制，包括低带宽（10MB）、高延迟（1-5秒）和网络不稳定性。
网络性能
- 延迟优化: P2P直连，优化通信延迟（无人机间延迟：1-5秒）
- 带宽优化: 多路径通信，充分利用有限带宽（无人机间最大带宽：10MB，延迟：1-5秒）
- 智能路由: 自适应路由选择，优化传输路径
- 网络编码: 网络编码技术，提高传输效率
计算性能
- 并行计算: 多设备并行计算，提高计算效率
- 流水线处理: 计算任务流水线处理
- 负载均衡: 智能负载均衡，充分利用算力
- 资源调度: 动态资源调度，优化资源利用
存储性能
- 分布式存储: 分布式存储，提高存储效率
- 数据本地化: 数据就近存储，减少访问延迟
- 缓存优化: 多级缓存，提高数据访问速度
- 数据压缩: 智能数据压缩，减少存储和传输开销
安全与隐私
网络安全
- 端到端加密: 全链路数据加密传输
- 身份认证: 分布式身份认证机制
- 访问控制: 细粒度访问控制
- 安全通信: 安全通信协议
数据隐私
- 数据脱敏: 敏感数据自动脱敏
- 隐私保护: 隐私保护算法
- 数据隔离: 多租户数据隔离
- 合规性: 满足数据保护法规要求
系统安全
- 安全启动: 设备安全启动机制
- 运行时保护: 运行时安全保护
- 安全更新: 安全更新机制
- 威胁检测: 实时威胁检测与响应
弹性伸缩
云端弹性
- 资源弹性: 根据任务复杂度自动调整GPU资源
- 服务弹性: 微服务自动扩缩容
- 存储弹性: 存储容量动态扩展
- 网络弹性: 网络带宽动态调整（无人机间带宽限制：10MB，延迟：1-5秒）
- 多租户隔离: 支持多租户资源隔离
- 智能调度: 智能负载均衡与故障转移
边缘弹性
- 节点弹性: 动态边缘节点加入/退出
- 负载弹性: 边缘负载自动平衡
- 故障弹性: 边缘故障自动恢复
- 网络弹性: 边缘网络自适应调整
- 存储弹性: 边缘存储动态扩展
- 服务弹性: 边缘服务自动扩缩容
终端弹性
- 编队弹性: 无人机群动态编队与重组
- 设备弹性: 设备故障自动替换与任务迁移
- 负载弹性: 分布式任务重新分配与负载平衡
- 网络弹性: P2P网络故障自动恢复
- 算力弹性: 根据任务复杂度动态调整推理分配
- 存储弹性: 分布式存储动态扩展
- 通信弹性: 通信链路自动切换与恢复
高可用设计
多层冗余
- 云端冗余: 多区域部署，跨区域备份，服务冗余
- 边缘冗余: 多节点冗余，故障自动切换，服务冗余
- 终端冗余: 设备冗余，任务自动迁移，功能冗余
- 网络冗余: P2P网络冗余，多路径通信，链路冗余
- 推理冗余: 模型分区冗余，推理任务备份，结果冗余
- 存储冗余: 分布式存储冗余，数据多副本，备份冗余
故障恢复
- 故障检测: 多层故障检测与隔离，实时监控
- 故障隔离: 故障节点自动隔离，防止故障扩散
- 任务调度: 分布式任务重新调度，智能负载均衡
- 数据恢复: 分布式数据一致性保证，数据自动恢复
- 网络恢复: P2P网络自动重组，通信链路恢复
- 推理恢复: 分布式推理任务自动迁移，结果一致性
- 服务恢复: 服务自动重启，功能自动恢复
监控运维
- 全链路监控: 云边端全链路性能监控，实时状态监控
- 分布式监控: 端侧网络状态监控，设备健康监控
- 预测性维护: 设备健康预测与维护，故障预警
- 自动化运维: 智能运维与故障自愈，自动化部署
- 共识监控: 分布式系统状态一致性监控，共识状态监控
- 性能监控: 系统性能监控，资源使用监控
- 安全监控: 安全事件监控，威胁检测与响应
成本优化
资源优化
- 算力优化: 分布式算力聚合，提高资源利用率
- 存储优化: 分层存储，智能数据生命周期管理
- 网络优化: 智能路由，减少网络传输成本
- 能耗优化: 设备智能调度，降低能耗成本
- 运维优化: 自动化运维，降低人工成本
架构优化
- 去中心化: 减少中心节点依赖，降低中心化成本
- 边缘计算: 就近处理，减少云端传输成本
- 分布式存储: 分布式存储，降低存储成本
- 智能缓存: 智能缓存策略，减少重复计算
- 弹性伸缩: 按需扩缩容，避免资源浪费
可扩展性
水平扩展
- 设备扩展: 设备数量线性扩展，支持大规模部署
- 服务扩展: 微服务水平扩展，支持高并发
- 存储扩展: 分布式存储扩展，支持海量数据
- 网络扩展: P2P网络自动扩展，支持大规模网络
垂直扩展
- 算力扩展: 设备算力升级，支持更复杂任务
- 存储扩展: 存储容量扩展，支持更大数据量
- 网络扩展: 网络带宽扩展，支持更高传输需求（无人机间带宽限制：10MB，延迟：1-5秒）
- 功能扩展: 功能模块扩展，支持更多应用场景
架构扩展
- 模块化设计: 模块化架构，支持功能扩展
- 插件化设计: 插件化架构，支持第三方扩展
- API扩展: 标准化API，支持生态扩展
- 协议扩展: 标准化协议，支持互操作性扩展