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边缘物联代理应用研究

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  摘 要:智能台区融合终端基于业务APP化的设计理念,用户可根据业务需求灵活配置APP来实现功能定制化。为实现功能定制化,需要建设物联管理平台对边缘物联代理进行管理和维护。本文对物联管理平台与边缘物联代理的交互协议进行探讨,并对边缘物联代理功能进行了验证。
  关键词:物联管理平台;边缘物联代理
  
  目前在电力系统的各个专业存在各种各样不同型式的终端设备,例如:营销专业的用电信息采集终端,配电专业的配电自动化终端等。不同的终端设备接入各自的业务管理系统,存在一定的专业壁垒;数据来源不唯一,可能存在数据冲突现象,无法实现“数据一次采集,共享共用”的目标。采用智能台区融合终端,将不同专业的业务进行融合,对于打破专业壁垒,使数据有效贯通具有重要意义。智能台区融合终端基于业务APP化的设计理念,出厂时只具备基础功能,用户可根据业务需求灵活配置APP来实现功能定制化。本文对业务系统进行简化,只对物联管理平台与边缘物联代理的交互进行探讨和验证。
  一、电力物联网系统架构
  电力物联网由“云、管、边、端”构成,以边缘物联代理为核心。
  
  (1)云侧由物联管理平台、APP管控服务中心以及业务应用系统组成。(2)管侧主要指无处不在的通信网络,包括无线公网、光纤、HPLC等。(3)边侧指边缘计算,即边缘物联代理设备。(4)端侧则涵盖了智能传感、智能仪表和家用电器等。
  二、物联平台
  物联管理平台对边缘物联代理进行统一管理,主要功能包括设备档案管理、注册管理、在线状态监控、告警信息管理、容器管理、APP管理等。
  物联管理平台管理的设备档案信息包括厂商代码、设备名称、设备编号、安全认证信息等。档案信息有效的边缘物联代理才允许接入物联管理平台。物联管理平台采用MQTT协议与边缘物联代理进行通信,根据设备档案信息分配一一对应的Client ID、用户名、密码。物联管理平台对边缘物联代理的注册请求进行认证,认证通过则返回注册成功消息,否则返回注册失败消息。物联管理平台对边缘物联代理的容器和APP进行管理和监控。包括:容器创建、运行、停止、删除;APP安装、运行、卸载等;监控容器和APP运行状态及越限事件。
  APP管控服务中心是业务APP的仓库,通过检测认证的APP可以发布在服务中心;服务中心记录各APP的开发厂商、版本号、适用平台等信息。用户可以根据现场使用情况,安装合适的业务APP。
  三、边缘物联代理
  边缘物联代理采用国产CPU,基于“硬件平台化,业务APP化”的设计理念,初次安装到现场的设备只预装了操作系统、基础APP、基础镜像(base image)和边缘代理守护进程。
  (1)操作系统基于linux4.9.28内核移植,适配国产CPU,驱动外围接口,支持网络、USB、显示等设备;支持Ext2、Ext3、Ext4、F2FS、Union file、overlayfs、ubifs、yaffs2等文件系统。
  (2)基础APP对“共享资源”进行管理,避免多APP并发访问带来的冲突,同时对“共享资源”进行优先级管理,且具有与业务无关特征。共享资源包括数据、外设等。
  (3)基础镜像(base image)是将业务APP依赖的文件系统、动态库等打包为一个镜像文件。该镜像文件可导入物联代理的本地镜像库。物联代理可通过docker run将镜像运行为一个个实例,称为镜像的运行态,即容器。基础镜像预置资源监控服务,容器运行后默认启动,按照一定频率刷新资源使用信息,可按照设定的阈值产生越限事件。根据配置策略,可终止异常APP的运行。
  (4)边缘代理守护进程提供与物联管理平台交互的能力。每台设备分配唯一设备编码、Client ID、用户名和密码。物联管理平台的IP地址、端口等信息以配置文件的形式存储在设备内,可通过液晶按键修改。
  边缘代理守护进程具备容器管理功能。接收到物联管理平台发送的创建容器、启动容器、停止容器、删除容器、召测容器配置信息命令后,将其转换为对docker操作的相关命令,并将相关命令的执行结果反馈给物联平台。
  边缘代理守护进程具备应用管理功能,接收到物联管理平台发送“安装应用”命令后,解析出应用名称、应用版本、应用在APP管控服务中心的路径等信息,然后从APP管控服务中心下载指定APP到指定容器内;收到“启动应用”、“停止应用”命令后,调用docker exec命令运行、终止指定APP;应用状态信息通过与容器内资源监控服务通信来获取。
  四、测试验证
  开发简易版物联管理平台来验证边缘物联代理的功能。物联管理平台采用单机运行模式,在同一主机部署代理服务器,绑定主机IP地址和端口。约定物联管理平台发送主题名为“IoT/deviceID”,边缘物联代理发送主题为“deviceID/IoT”,双方订阅主题与发送主题进行交换。发送内容采用json格式,具体内容与功能相关,包括:参数设置与读取、容器操作、应用操作、事件上报等。测试流程涵盖设备注册、设备信息召测、容器创建、容器运行、容器停止、容器删除、应用安装、应用运行、应用停止、应用删除、事件监测等全流程。
  通过测试,验证了边缘物联代理与物联管理平台交互的所有功能。
  参考文献:
  [1]张在琛.泛在电力物联网关键支撑技术[J].電力工程技术,2019(06):9-15.
  [2]杨德胜,范叶平,李玉,马冬,郭政.基于泛在电力物联网的储能云网平台应用研究[J].电力信息与通信技术,2019(11):25-31.
  作者简介:郝长征(1983-),男,河南南阳人,工程师,从事电力系统嵌入式软硬件等方面的研究工作;刘明媚(1987-),女,山东临沂人,助理工程师,从事嵌入式系统开发工作;张建宇(1993-),男,河南周口人,助理工程师,从事嵌入式系统软件开发工作;付召辉(1981-),男,河南禹州人,工程师,从事智能用电领域质量及工艺设计工作。
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