邊緣物聯代理應用研究

郝長征 劉明媚 張建宇 付召輝

摘 要：智能臺區融合終端基于業務APP化的設計理念，用戶可根據業務需求靈活配置APP來實現功能定制化。為實現功能定制化，需要建設物聯管理平臺對邊緣物聯代理進行管理和維護。本文對物聯管理平臺與邊緣物聯代理的交互協議進行探討，并對邊緣物聯代理功能進行了驗證。

關鍵詞：物聯管理平臺;邊緣物聯代理

目前在電力系統的各個專業存在各種各樣不同型式的終端設備，例如：營銷專業的用電信息采集終端，配電專業的配電自動化終端等。不同的終端設備接入各自的業務管理系統，存在一定的專業壁壘;數據來源不唯一，可能存在數據沖突現象，無法實現“數據一次采集，共享共用”的目標。采用智能臺區融合終端，將不同專業的業務進行融合，對于打破專業壁壘，使數據有效貫通具有重要意義。智能臺區融合終端基于業務APP化的設計理念，出廠時只具備基礎功能，用戶可根據業務需求靈活配置APP來實現功能定制化。本文對業務系統進行簡化，只對物聯管理平臺與邊緣物聯代理的交互進行探討和驗證。

一、電力物聯網系統架構

電力物聯網由“云、管、邊、端”構成，以邊緣物聯代理為核心。

（1）云側由物聯管理平臺、APP管控服務中心以及業務應用系統組成。（2）管側主要指無處不在的通信網絡，包括無線公網、光纖、HPLC等。（3）邊側指邊緣計算，即邊緣物聯代理設備。（4）端側則涵蓋了智能傳感、智能儀表和家用電器等。

二、物聯平臺

物聯管理平臺對邊緣物聯代理進行統一管理，主要功能包括設備檔案管理、注冊管理、在線狀態監控、告警信息管理、容器管理、APP管理等。

物聯管理平臺管理的設備檔案信息包括廠商代碼、設備名稱、設備編號、安全認證信息等。檔案信息有效的邊緣物聯代理才允許接入物聯管理平臺。物聯管理平臺采用MQTT協議與邊緣物聯代理進行通信，根據設備檔案信息分配一一對應的Client ID、用戶名、密碼。物聯管理平臺對邊緣物聯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。物聯管理平臺對邊緣物聯代理的容器和APP進行管理和監控。包括：容器創建、運行、停止、刪除;APP安裝、運行、卸載等;監控容器和APP運行狀態及越限事件。

APP管控服務中心是業務APP的倉庫，通過檢測認證的APP可以發布在服務中心;服務中心記錄各APP的開發廠商、版本號、適用平臺等信息。用戶可以根據現場使用情況，安裝合適的業務APP。

三、邊緣物聯代理

邊緣物聯代理采用國產CPU，基于“硬件平臺化，業務APP化”的設計理念，初次安裝到現場的設備只預裝了操作系統、基礎APP、基礎鏡像（base image）和邊緣代理守護進程。

（1）操作系統基于linux4.9.28內核移植，適配國產CPU，驅動外圍接口，支持網絡、USB、顯示等設備;支持Ext2、Ext3、Ext4、F2FS、Union file、overlayfs、ubifs、yaffs2等文件系統。

（2）基礎APP對“共享資源”進行管理，避免多APP并發訪問帶來的沖突，同時對“共享資源”進行優先級管理，且具有與業務無關特征。共享資源包括數據、外設等。

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

（4）邊緣代理守護進程提供與物聯管理平臺交互的能力。每臺設備分配唯一設備編碼、Client ID、用戶名和密碼。物聯管理平臺的IP地址、端口等信息以配置文件的形式存儲在設備內，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。接收到物聯管理平臺發送的創建容器、啟動容器、停止容器、刪除容器、召測容器配置信息命令后，將其轉換為對docker操作的相關命令，并將相關命令的執行結果反饋給物聯平臺。

邊緣代理守護進程具備應用管理功能，接收到物聯管理平臺發送“安裝應用”命令后，解析出應用名稱、應用版本、應用在APP管控服務中心的路徑等信息，然后從APP管控服務中心下載指定APP到指定容器內;收到“啟動應用”、“停止應用”命令后，調用docker exec命令運行、終止指定APP;應用狀態信息通過與容器內資源監控服務通信來獲取。

四、測試驗證

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

通過測試，驗證了邊緣物聯代理與物聯管理平臺交互的所有功能。

參考文獻：

[1]張在琛.泛在電力物聯網關鍵支撐技術[J].電力工程技術，2019（06）：9-15.

[2]楊德勝，范葉平，李玉，馬冬，郭政.基于泛在電力物聯網的儲能云網平臺應用研究[J].電力信息與通信技術，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，從事嵌入式系統開發工作;張建宇（1993-），男，河南周口人，助理工程師，從事嵌入式系統軟件開發工作;付召輝（1981-），男，河南禹州人，工程師，從事智能用電領域質量及工藝設計工作。