CN112261080B - 一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，边缘物联代理框架采用微服务分层架构，运用Docker容器技术实现微服务，并提MQTT基础微服务进行框架的通信交互；电力信息采集设备和APP将数据报文按照APP接入微服务device‑mqtt中物模型文件定义的字段和格式发布到MQTT的指定topic，实现APP接入；接入后数据在框架内进行边缘计算处理，经过各微服务层级上送，最终导出到proxy微服务，规定与物联管理平台的MQTT交互协议，实现边缘框架的物联代理功能，贯通整个电力物联网的上下交互，形成统一的边缘物联代理框架。
Description
技术领域
本发明涉及泛在电力物联网技术领域，具体涉及一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法。
背景技术
基于Docker镜像的容器技术，容器之间相互隔离独立运行并且可移植，形成一种灵活的微服务架构，方便地实现了从开发端到应用系统的框架部署，而开源EdgexFoundry1.0版本的镜像仓库，提供了成熟的具备边缘计算处理能力的微服务框架。所谓边缘，就是与传感器等物联网设备直接交互的网络端，这套边缘框架采用MQTT协议通信进行交互，边缘的交互属性，使其成为搭建物联网的重要组成。如何将边缘应用于电力行业，建设泛在电力物联网，与各类电力物联网设备接入交互，将采集到的海量电力信息上送到物联管理平台进行统一管理和业务应用，并实现物联管理平台对边缘的管理命令下达，已经成为电力行业重点关注而尚未解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，运用Docker容器技术实现微服务，并提供MQTT基础微服务进行框架的通信交互。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，包括：
在边缘物联代理设备上进行Docker容器微服务封装；
将电力信息采集终端及其下挂载的采集设备接入边缘物联代理设备；
基于MQTT通信协议建立边缘物联代理设备与物联管理平台之间的连接；
建立边缘物联代理设备与物联管理平台之间通信的交互协议，进行边缘物联代理设备与物联管理平台之间数据的交互。
进一步的，所述在边缘物联代理设备上进行Docker容器微服务封装，包括：
在边缘物联代理设备上安装Docker和Docker-compose工具；
采用docker load命令加载供应方提供的边缘计算框架组件镜像包；
采用docker images命令查看边缘计算框架组件镜像仓库；
执行docker-compose up -d命令启动整个边缘计算框架组件镜像仓库的镜像，将镜像封装成Docker容器微服务。
进一步的，所述边缘物联代理设备上封装的Docker容器微服务包括：
用于与物联管理平台通信的北向消息总线微服务；
用于与电力信息采集终端通信的南向消息总线微服务；
用于将数据发布至北向消息总线微服务上的北向交互微服务；
用于将数据发布至物联管理平台消息总线的proxy云端代理微服务；
以及，
数据中心微服务。
进一步的，所述将电力信息采集终端及其下挂载的采集设备接入边缘物联代理设备，包括：
边缘物联代理设备预定义MQTT微服务端口；
电力信息采集终端将业务数据生成电力信息json报文通过MQTT微服务端口导入边缘物联代理设备；
边缘物联代理设备的南向消息总线微服务，对导入的电力信息json报文进行校验，符合后将电力信息json报文导向数据中心微服务进行数据缓存；
导入的数据经边缘计算处理后由数据中心微服务存入redis数据库，再导向北向交互微服务；
北向交互微服务通过edge-UI-go工具配置边缘计算处理后的电力信息json报文导出的目标，并为每个电力信息采集终端配置一个导出的topic名，发布到北向消息总线微服务上。
进一步的，，所述边缘物联代理设备的南向消息总线微服务，对导入的电力信息json报文进行校验，包括：
边缘物联代理设备通过北向交互微服务，配置profile物模型文件，规定接入的电力信息采集终端类型，以及该类型终端发布到边缘物联代理设备的报文格式；所述报文格式包括限定设备名称、设备ID和设备类型三个字段，并预定义其他业务需求定制化字段；
边缘物联代理设备的北向交互微服务对导入的电力信息json报文基于profile物模型文件进行校验。
进一步的，所述基于MQTT通信协议建立边缘物联代理设备与物联管理平台之间的连接，包括：
物联管理平台在云端创建一台虚拟边缘物联代理设备，并分配该设备一个唯一设备凭证：Token值；
物联管理平台下发Token值至边缘物联代理设备；
边缘物联代理设备将Token值写入proxy云端代理微服务的配置文件中，作为与物联管理平台建立MQTT连接的username和password。
进一步的，MQTT端口能够连接多台边缘物联代理设备，一个应用场景配置一台边缘物联代理设备。
进一步的，所述建立边缘物联代理设备与物联管理平台之间通信的交互协议，进行边缘物联代理设备与物联管理平台之间数据的交互，包括：
在边缘物联代理设备上定义不同类型数据的topic名；
基于topic名进行边缘物联代理设备与物联管理平台之间数据的传输。
进一步的，所述基于topic名进行边缘物联代理设备与物联管理平台之间数据的传输，包括：
边缘物联代理设备周期性上报自身状态到北向消息总线微服务的topic1，经proxy云端代理微服务订阅后，规定发布到物联管理平台消息总线的topic11；
边缘物联代理设备周期性上报自身配置到北向消息总线微服务的topic2，经proxy云端代理微服务订阅后，规定发布到物联管理平台消息总线的topic22；
电力信息采集终端电力信息json报文导出到北向消息总线微服务后，经proxy云端代理微服务订阅，规定发布到物联管理平台消息总线的topic33；
物联管理平台对边缘物联代理设备下达的命令发布到物联管理平台消息总线的topic44；经北向消息总线微服务订阅后，规定发布到北向消息总线微服务的topic4；
边缘物联代理设备从MQTT端口获取物联管理平台下达的命令并执行后，产生响应json报文并发布到北向消息总线微服务的topic5，经proxy云端代理微服务订阅后，规定发布到物联管理平台消息总线的topic55。
本发明所达到的有益效果为：
本发明利用边缘物联代理设备与电力信息采集终端的交互，采集电力信息进入边缘物联代理设备进行边缘计算处理，建立边缘物联代理设备与物联管理平台的MQTT通信交互，将边缘计算后的数据上传至物联管理平台，从而使边缘物联代理设备成为贯通物联管理平台与电力信息采集终端的中间代理环节，贯通整个电力物联网的上下交互，形成统一的边缘物联代理框架。
附图说明
图1为本发明的边缘物联代理架构；
图2为本发明的电力信息采集APP接入示意图；
图3 为本发明的边缘物联代理与物联管理平台交互图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，包括：
步骤一，在边缘物联代理设备上安装Docker和Docker-compose工具，基于开源的边缘计算框架组件进行Docker容器微服务封装；
具体的，使用docker load命令加载供应方提供的边缘计算框架组件SG-Egde镜像包，载入完成后使用docker images命令查看边缘计算框架组件SG-Edge镜像仓库，进入SG-Edge镜像仓库的docker composefile文件：docker-compose-SG-Edge.yml所在的目录，执行docker-compose up -d命令启动整个SG-Edge镜像仓库的镜像，完成Docker容器微服务封装，使用docker ps命令查看运行中的容器。
具体的，标准封装的Docker容器微服务包括：北向消息总线SG-Edge-mosquitto微服务，南向消息总线device-mqtt微服务，数据中心coredata微服务，北向交互export微服务和proxy云端代理微服务。其中，北向消息总线（SG-Edge-mosquitto）微服务为与物管平台通信的微服务组件；南向消息总线（device-mqtt）微服务为与电力信息采集APP通信的微服务；北向交互export微服务为将数据发布至北向消息总线SG-Edge-mosquitto微服务上的微服务；proxy云端代理微服务为将数据发布至物联管理平台消息总线的微服务。
本发明中，每个微服务都封装为Docker镜像，相互隔离，可移植到各种边缘物联代理设备中，运行为容器微服务。基于开源的边缘计算框架组件进行Docker容器微服务封装的边缘物联代理架构如图1所示。
步骤二，根据预定义的MQTT微服务端口，将电力信息采集APP及其下挂载管理的采集设备接入边缘物联代理设备；
具体的，接入过程为：
边缘物联代理设备的北向消息总线SG-Edge-mosquitto微服务运行在宿主机的容器内，通过预定义的1883端口暴露服务，电力信息采集APP内定义传输指向如下：MQTT_broker为宿主机IP:1883，topic为DataTopic，电力信息采集APP根据传输指向将业务数据生成电力信息json报文导入边缘物联代理设备；
经边缘物联代理设备的南向消息总线device-mqtt微服务，进行报文格式校验，符合物模型文件预定义的报文格式与电力信息采集设备类型，才能被接收；
接收后，数据在框架内进行边缘计算处理，经过各微服务层级上送，最终导出到proxy微服务。
接收后如图2所示，南向消息总线device-mqtt微服务将电力信息json报文导向coredata微服务进行数据缓存；
数据进行边缘计算处理后由coredata存入redis数据库，再导向北向交互export微服务；
北向交互export微服务通过edge-UI-go工具配置电力信息采集APP电力信息json报文导出的目标：宿主机IP:1883，并为每个电力信息采集APP的电力信息json报文配置一个导出的topic，最终发布到北向消息总线SG-Edge-mosquitto微服务上。
本发明中，边缘物联代理设备通过device-mqtt微服务，配置profile物模型文件，规定可以接入的电力信息采集设备类型，以及该类设备发布到边缘物联代理设备的报文格式，包括限定接入的端设备名称deviceName、设备ID deviceId和设备类型deviceType三个字段，并预定义其他的业务需求定制化字段。
进一步的，电力信息采集APP发布到MQTT端口指定topic的电力信息json报文，须包括deviceName、deviceId、deviceType三个字段，用以标识信息来源的采集设备，经边缘物联代理设备上传到物联管理平台，完成平台对采集设备识别，将电力信息报文展示在对应的采集设备目录下。
步骤三，建立边缘物联代理设备与物联管理平台之间的MQTT协议通信；包括：
物联管理平台在云端创建一台虚拟边缘物联代理设备，并分配该设备一个唯一设备凭证：Token值；
物联管理平台下发Token值至边缘物联代理设备；
边缘物联代理设备取得Token值后，将其写入proxy云端代理微服务的配置文件中，作为与物联管理平台建立MQTT连接的username和password，本发明中，用户名和密码是一致的均为token值，从而保证MQTT连接对应的边缘物联代理设备，物联管理平台可识别并监控每台边缘物联代理设备的连接状态。
需要说明的是，可以根据应用场景配置多个边缘物联代理设备，一个应用场景对应一个边缘设备，一个MQTT端口可以连接多台边缘物联代理设备。
步骤四，配置边缘物联代理设备与物联管理平台之间通信的交互协议，实现边缘物联代理设备和物联管理平台之间的信息交互。
参见图3，配置边缘物联代理设备与物联管理平台之间通信的交互协议，包括：
定义不同类型数据（采集类数据，控制类数据）的topic名；
基于topic名进行数据传输。
具体如下：
边缘物联代理设备周期性上报自身状态deviceStatus到SG-Edge-mosquitto微服务的topic：/outer/v1/devices/me/telemetry；经SG-Edge-proxy订阅后，规定发布到物联管理平台消息总线cloud_mqtt的topic为v1/devices/me/telemetry；
边缘物联代理设备周期性上报自身配置deviceInfo到SG-Edge-mosquitto微服务的topic：/outer/v1/devices/me/attributes，经SG-Edge-proxy订阅后，规定发布到物联管理平台cloud_mqtt的topic为v1/devices/me/ attributes；
电力信息采集APP业务数据导出到SG-Edge-mosquitto后，经SG-Edge-proxy订阅，规定发布到物联管理平台cloud_mqtt的topic为v1/devices/me/telemetry；
物联管理平台对边缘物联代理设备下达的命令发布到cloud_mqtt的topic：v1/devices/me/rpc/request/+，经SG-Edge-proxy订阅后，规定发布到SG-Edge-mosquitto的topic为/inner/ v1/devices/me/rpc/request/+；
边缘物联代理设备从MQTT端口获取物联管理平台下达的命令并执行后，产生响应json报文并发布到SG-Edge-mosquitto微服务的topic：/outer/v1/devices/me/rpc/response/+上，经SG-Edge-proxy订阅后，规定发布到物联管理平台cloud_mqtt的topic为v1/devices/me/rpc/response/+。
需要说明的是，上述定义的topic名可人为设定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于，包括：
在边缘物联代理设备上进行Docker容器微服务封装，包括：在边缘物联代理设备上安装Docker和Docker-compose工具；采用docker load命令加载供应方提供的边缘计算框架组件镜像包；采用docker images命令查看边缘计算框架组件镜像仓库；执行docker-compose up-d命令启动整个边缘计算框架组件镜像仓库的镜像，将镜像封装成Docker容器微服务；所述Docker容器微服务包括：用于与物联管理平台通信的北向消息总线微服务；用于与电力信息采集终端通信的南向消息总线微服务；用于将数据发布至北向消息总线微服务上的北向交互微服务；用于将数据发布至物联管理平台消息总线的proxy云端代理微服务；以及，数据中心微服务；
将电力信息采集终端及其下挂载的采集设备接入边缘物联代理设备；
基于MQTT通信协议建立边缘物联代理设备与物联管理平台之间的连接；
建立边缘物联代理设备与物联管理平台之间通信的交互协议，进行边缘物联代理设备与物联管理平台之间数据的交互，包括：在边缘物联代理设备上定义不同类型数据的topic名；基于topic名进行边缘物联代理设备与物联管理平台之间数据的传输，传输方式为：边缘物联代理设备周期性上报自身状态到北向消息总线微服务的topic1，经proxy云端代理微服务订阅后，规定发布到物联管理平台消息总线的topic11；边缘物联代理设备周期性上报自身配置到北向消息总线微服务的topic2，经proxy云端代理微服务订阅后，规定发布到物联管理平台消息总线的topic22；电力信息采集终端电力信息json报文导出到北向消息总线微服务后，经proxy云端代理微服务订阅，规定发布到物联管理平台消息总线的topic33；物联管理平台对边缘物联代理设备下达的命令发布到物联管理平台消息总线的topic44；经北向消息总线微服务订阅后，规定发布到北向消息总线微服务的topic4；边缘物联代理设备从MQTT端口获取物联管理平台下达的命令并执行后，产生响应json报文并发布到北向消息总线微服务的topic5，经proxy云端代理微服务订阅后，规定发布到物联管理平台消息总线的topic55。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于，所述将电力信息采集终端及其下挂载的采集设备接入边缘物联代理设备，包括：
边缘物联代理设备预定义MQTT微服务端口；
电力信息采集终端将业务数据生成电力信息json报文通过MQTT微服务端口导入边缘物联代理设备；
边缘物联代理设备的南向消息总线微服务，对导入的电力信息json报文进行校验，符合后将电力信息json报文导向数据中心微服务进行数据缓存；
导入的数据经边缘计算处理后由数据中心微服务存入redis数据库，再导向北向交互微服务；
北向交互微服务通过edge-UI-go工具配置边缘计算处理后的电力信息json报文导出的目标，并为每个电力信息采集终端配置一个导出的topic名，发布到北向消息总线微服务上。
3.根据权利要求2所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于，所述边缘物联代理设备的南向消息总线微服务，对导入的电力信息json报文进行校验，包括：
边缘物联代理设备通过北向交互微服务，配置profile物模型文件，规定接入的电力信息采集终端类型，以及该类型终端发布到边缘物联代理设备的报文格式；所述报文格式包括限定设备名称、设备ID和设备类型三个字段，并预定义其他业务需求定制化字段；
边缘物联代理设备的北向交互微服务对导入的电力信息json报文基于profile物模型文件进行校验。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于，所述基于MQTT通信协议建立边缘物联代理设备与物联管理平台之间的连接，包括：
物联管理平台在云端创建一台虚拟边缘物联代理设备，并分配该设备一个唯一设备凭证：Token值；
物联管理平台下发Token值至边缘物联代理设备；
边缘物联代理设备将Token值写入proxy云端代理微服务的配置文件中，作为与物联管理平台建立MQTT连接的username和password。
5.根据权利要求4所述的一种应用于电力物联网的边缘物联代理方法，其特征在于，MQTT端口能够连接多台边缘物联代理设备，一个应用场景配置一台边缘物联代理设备。
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| 边缘物联代理应用研究;郝长征、刘明媚、张建宇、付召辉;《电子信息》;正文第1页 * |
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| Publication number | Publication date |
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| CN112261080A (zh) | 2021-01-22 |
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