邊緣物聯(lián)代理應(yīng)用研究

郝長征 劉明媚 張建宇 付召輝

摘 要：智能臺區(qū)融合終端基于業(yè)務(wù)APP化的設(shè)計理念，用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活配置APP來實現(xiàn)功能定制化。為實現(xiàn)功能定制化，需要建設(shè)物聯(lián)管理平臺對邊緣物聯(lián)代理進行管理和維護。本文對物聯(lián)管理平臺與邊緣物聯(lián)代理的交互協(xié)議進行探討，并對邊緣物聯(lián)代理功能進行了驗證。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)管理平臺;邊緣物聯(lián)代理

目前在電力系統(tǒng)的各個專業(yè)存在各種各樣不同型式的終端設(shè)備，例如：營銷專業(yè)的用電信息采集終端，配電專業(yè)的配電自動化終端等。不同的終端設(shè)備接入各自的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，存在一定的專業(yè)壁壘;數(shù)據(jù)來源不唯一，可能存在數(shù)據(jù)沖突現(xiàn)象，無法實現(xiàn)“數(shù)據(jù)一次采集，共享共用”的目標。采用智能臺區(qū)融合終端，將不同專業(yè)的業(yè)務(wù)進行融合，對于打破專業(yè)壁壘，使數(shù)據(jù)有效貫通具有重要意義。智能臺區(qū)融合終端基于業(yè)務(wù)APP化的設(shè)計理念，出廠時只具備基礎(chǔ)功能，用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活配置APP來實現(xiàn)功能定制化。本文對業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行簡化，只對物聯(lián)管理平臺與邊緣物聯(lián)代理的交互進行探討和驗證。

一、電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

電力物聯(lián)網(wǎng)由“云、管、邊、端”構(gòu)成，以邊緣物聯(lián)代理為核心。

（1）云側(cè)由物聯(lián)管理平臺、APP管控服務(wù)中心以及業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)組成。（2）管側(cè)主要指無處不在的通信網(wǎng)絡(luò)，包括無線公網(wǎng)、光纖、HPLC等。（3）邊側(cè)指邊緣計算，即邊緣物聯(lián)代理設(shè)備。（4）端側(cè)則涵蓋了智能傳感、智能儀表和家用電器等。

二、物聯(lián)平臺

物聯(lián)管理平臺對邊緣物聯(lián)代理進行統(tǒng)一管理，主要功能包括設(shè)備檔案管理、注冊管理、在線狀態(tài)監(jiān)控、告警信息管理、容器管理、APP管理等。

物聯(lián)管理平臺管理的設(shè)備檔案信息包括廠商代碼、設(shè)備名稱、設(shè)備編號、安全認證信息等。檔案信息有效的邊緣物聯(lián)代理才允許接入物聯(lián)管理平臺。物聯(lián)管理平臺采用MQTT協(xié)議與邊緣物聯(lián)代理進行通信，根據(jù)設(shè)備檔案信息分配一一對應(yīng)的Client ID、用戶名、密碼。物聯(lián)管理平臺對邊緣物聯(lián)代理的注冊請求進行認證，認證通過則返回注冊成功消息，否則返回注冊失敗消息。物聯(lián)管理平臺對邊緣物聯(lián)代理的容器和APP進行管理和監(jiān)控。包括：容器創(chuàng)建、運行、停止、刪除;APP安裝、運行、卸載等;監(jiān)控容器和APP運行狀態(tài)及越限事件。

APP管控服務(wù)中心是業(yè)務(wù)APP的倉庫，通過檢測認證的APP可以發(fā)布在服務(wù)中心;服務(wù)中心記錄各APP的開發(fā)廠商、版本號、適用平臺等信息。用戶可以根據(jù)現(xiàn)場使用情況，安裝合適的業(yè)務(wù)APP。

三、邊緣物聯(lián)代理

邊緣物聯(lián)代理采用國產(chǎn)CPU，基于“硬件平臺化，業(yè)務(wù)APP化”的設(shè)計理念，初次安裝到現(xiàn)場的設(shè)備只預(yù)裝了操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)APP、基礎(chǔ)鏡像（base image）和邊緣代理守護進程。

（1）操作系統(tǒng)基于linux4.9.28內(nèi)核移植，適配國產(chǎn)CPU，驅(qū)動外圍接口，支持網(wǎng)絡(luò)、USB、顯示等設(shè)備;支持Ext2、Ext3、Ext4、F2FS、Union file、overlayfs、ubifs、yaffs2等文件系統(tǒng)。

（2）基礎(chǔ)APP對“共享資源”進行管理，避免多APP并發(fā)訪問帶來的沖突，同時對“共享資源”進行優(yōu)先級管理，且具有與業(yè)務(wù)無關(guān)特征。共享資源包括數(shù)據(jù)、外設(shè)等。

（3）基礎(chǔ)鏡像（base image）是將業(yè)務(wù)APP依賴的文件系統(tǒng)、動態(tài)庫等打包為一個鏡像文件。該鏡像文件可導入物聯(lián)代理的本地鏡像庫。物聯(lián)代理可通過docker run將鏡像運行為一個個實例，稱為鏡像的運行態(tài)，即容器?；A(chǔ)鏡像預(yù)置資源監(jiān)控服務(wù)，容器運行后默認啟動，按照一定頻率刷新資源使用信息，可按照設(shè)定的閾值產(chǎn)生越限事件。根據(jù)配置策略，可終止異常APP的運行。

（4）邊緣代理守護進程提供與物聯(lián)管理平臺交互的能力。每臺設(shè)備分配唯一設(shè)備編碼、Client ID、用戶名和密碼。物聯(lián)管理平臺的IP地址、端口等信息以配置文件的形式存儲在設(shè)備內(nèi)，可通過液晶按鍵修改。

邊緣代理守護進程具備容器管理功能。接收到物聯(lián)管理平臺發(fā)送的創(chuàng)建容器、啟動容器、停止容器、刪除容器、召測容器配置信息命令后，將其轉(zhuǎn)換為對docker操作的相關(guān)命令，并將相關(guān)命令的執(zhí)行結(jié)果反饋給物聯(lián)平臺。

邊緣代理守護進程具備應(yīng)用管理功能，接收到物聯(lián)管理平臺發(fā)送“安裝應(yīng)用”命令后，解析出應(yīng)用名稱、應(yīng)用版本、應(yīng)用在APP管控服務(wù)中心的路徑等信息，然后從APP管控服務(wù)中心下載指定APP到指定容器內(nèi);收到“啟動應(yīng)用”、“停止應(yīng)用”命令后，調(diào)用docker exec命令運行、終止指定APP;應(yīng)用狀態(tài)信息通過與容器內(nèi)資源監(jiān)控服務(wù)通信來獲取。

四、測試驗證

開發(fā)簡易版物聯(lián)管理平臺來驗證邊緣物聯(lián)代理的功能。物聯(lián)管理平臺采用單機運行模式，在同一主機部署代理服務(wù)器，綁定主機IP地址和端口。約定物聯(lián)管理平臺發(fā)送主題名為“IoT/deviceID”，邊緣物聯(lián)代理發(fā)送主題為“deviceID/IoT”，雙方訂閱主題與發(fā)送主題進行交換。發(fā)送內(nèi)容采用json格式，具體內(nèi)容與功能相關(guān)，包括：參數(shù)設(shè)置與讀取、容器操作、應(yīng)用操作、事件上報等。測試流程涵蓋設(shè)備注冊、設(shè)備信息召測、容器創(chuàng)建、容器運行、容器停止、容器刪除、應(yīng)用安裝、應(yīng)用運行、應(yīng)用停止、應(yīng)用刪除、事件監(jiān)測等全流程。

通過測試，驗證了邊緣物聯(lián)代理與物聯(lián)管理平臺交互的所有功能。

參考文獻：

[1]張在琛.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵支撐技術(shù)[J].電力工程技術(shù)，2019（06）：9-15.

[2]楊德勝，范葉平，李玉，馬冬，郭政.基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的儲能云網(wǎng)平臺應(yīng)用研究[J].電力信息與通信技術(shù)，2019（11）：25-31.

作者簡介：郝長征（1983-），男，河南南陽人，工程師，從事電力系統(tǒng)嵌入式軟硬件等方面的研究工作;劉明媚（1987-），女，山東臨沂人，助理工程師，從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工作;張建宇（1993-），男，河南周口人，助理工程師，從事嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)工作;付召輝（1981-），男，河南禹州人，工程師，從事智能用電領(lǐng)域質(zhì)量及工藝設(shè)計工作。