CN112291200B - 一种边缘计算app可信接入物联边缘代理的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种边缘计算APP可信接入物联边缘代理的方法，包括：通过容器引擎创建边缘计算APP的容器镜像；将边缘计算APP的容器镜像实例化；通过物联管理平台对传感器设备输入数据进行配置；将传感器设备采集到的电网设备数据上送到物联管理平台；通过物联管理平台对传感器设备和实例化的边缘计算APP进行身份验证；物联管理平台将传感器设备采集到的电网设备数据发送给部署于边缘网关的边缘计算APP；边缘计算APP将处理过的电网设备数据发送到物联网主站平台，本发明能够很好的保证边缘计算APP可信接入边缘代理。

Description

一种边缘计算APP可信接入物联边缘代理的方法及系统
技术领域
本发明属于物联网通信技术领域，尤其涉及一种边缘计算APP可信接入物联边缘代理方法。
背景技术
随着4G、5G无线网络的日益发展，物联网技术已经成为目前网络技术打造的重点，也是各个行业实现效率提升以及数字化转型的重要方法。随之而来的也暴露了传统的云计算的不足之处，例如大数据的传输问题，数据处理的及时性问题以及安全和隐私问题。在这些问题下，边缘计算应运而生，其使设备与设备之间的交互更加高效、安全以及节能，大大弥补了云计算的不足。
边缘计算能够在靠近设备或者数据源的接入边缘侧，将网络、计算、存储、应用等多种核心能力技术融合在一起的开放式平台，能够方便的提供就近边缘处理服务。为了实现电力物联网的智慧区域自治及主站算力下沉，需要将原先在监控算法中心实现的基于区域数据的应用分析功能下放至可信接入边缘代理，可信接入边缘代理是国家电网提出的可以满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求的一种支持边缘计算的式软件平台。
边缘计算作为云计算的补充和延伸，其物联边缘代理由于更加靠近传感器设备，导致其访问控制以及威胁防护的难度也大大增加，而且边缘物联代理需要处理大量的隐私数据，因此其可信安全问题显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种边缘计算APP可信接入物联边缘代理的方法，能够使边缘计算APP可信接入边缘代理（边缘网关）。
实现本发明的技术方案为：
第一方面，提供了一种边缘计算APP可信接入物联边缘代理方法，包括
通过容器引擎创建边缘计算APP的容器镜像；
将边缘计算APP的容器镜像实例化；
通过物联管理平台对传感器设备输入数据进行配置；
将传感器设备采集到的电网设备数据上送到物联管理平台；
通过物联管理平台对传感器设备和实例化的边缘计算APP进行身份验证；
物联管理平台将传感器设备采集到的电网设备数据发送给部署于边缘网关的边缘计算APP；
边缘计算APP将处理过的电网设备数据发送到物联网主站平台。
结合第一方面，进一步的，物联管理平台通过与边缘计算APP约定共享目录进行文件共享。
结合第一方面，进一步的，用户可以经由物联管理平台通过边缘网关IP对边缘计算APP进行操作。
结合第一方面，进一步的，边缘计算APP对处理过的电网数据进行AES加密。
结合第一方面，进一步的，物联管理平台将传感器设备采集到的电网设备数据发送给边缘计算APP时采用MQTT协议，边缘计算APP将输出数据通过MQTT协议送入SSBUS服务，再由SSBUS服务将输出数据送到物联主站平台。
结合第一方面，进一步的，物联管理平台对传感器设备和实例化的边缘计算APP进行身份验证具体为：
对于传感器设备，物联管理平台指定其上传接口和数据格式规范，物联管理平台对其进行验证，判断是否接收其数据；
对于实例化的边缘计算APP，物联管理平台对其指定格式进行压缩，并要求其满足物联管理平台的约束规范。
第二方面，提供了一种边缘计算APP可信接入物联边缘代理系统，包括：
APP容器镜像实例化模块：用于通过容器引擎创建边缘计算APP的容器镜像；将边缘计算APP的容器镜像实例化；
数据配置模块：用于通过物联管理平台对传感器设备输入数据进行配置；
可信接入模块：用于将传感器设备采集到的电网设备数据上送到物联管理平台；通过物联管理平台对传感器设备和实例化的边缘计算APP进行身份验证；物联管理平台将传感器设备采集到的电网设备数据发送给部署于边缘网关的边缘计算APP；边缘计算APP将处理过的电网设备数据发送到物联网主站平台。
有益效果：本发明通过物联管理平台指定接口接入传感器设备采集到的数据，然后通过MQTT协议将输入数据传送给APP，APP对收到的数据进行分析处理，得到所需的输出结果，对输出结果进行AES加密算法加密，并送入物联主站平台，从而根据输出数据完成数据监视和智能告警的功能，提高数据的分析效率以及减轻主站的数据处理负担，保证了边缘计算APP可信的接入边缘代理。
附图说明
图1为本发明中可信接入边缘代理的系统框架图；
图2为本发明中数据可信输入输出的传输图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1-2所示，提供了一种边缘计算APP可信接入物联边缘代理（边缘网关）方法，本方是基于物联边缘代理框架实现的，物联边缘计算框架主要分为四层，设备接入层、核心处理层、应用支撑层以及远程访问层。通过四层架构可以将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备以及人和物连接起来，并由于其兼容目前现场大部分总线协议与标准，因此可以实现互联互通互操作，产生共享数据，提供价值服务。
设备接入层是与便利终端设备交互的边缘传感器，可以快速、便捷的创建新的采集数据。并通过规定的接口和接入协议，将数据送入物联管理平台。
核心处理层包含数据缓存、设备命令、模型管理、消息总线、服务总线等重要组件，是物联边缘代理框架必不可少的部分。数据缓存微服务为电力终端设备和传感器收集的数据提供集中式持久化工具，边缘采集设备通过调用数据缓存服务将设备和传感器数据缓存在物联边缘代理中。数据缓存使用RESTAPI将数据缓存和移除本地存储。通过对数据缓存服务进行扩展，可以支持MQTT协议来访问缓存数据。服务总线提供面向借口代理的高可用RPC调用、服务自动注册与发现、高度可扩展能力等功能。消息总线作为一种跨进程的通信机制，用于在上下端之间传递消息。消息总线从缓存处获取消息，并根据既定的路由规则将消息传递给需要它的地方。模型管理微服务负责维护电力终端设备，接入层设备以及各组件之间共享的元数据。模型管理微服务管理所有连接到边缘计算框架并由其控制的设备和传感器的信息，包含其设备的属性描述、事件描述和指令服务描述及其含义，同事包含在改框架内运行应用的实例化信息。设备控制微服务组件代表边缘计算框架对电力物联终端设备和传感器发出控制命令或操作。通过通用的标准化方式来调用设备接入层的接口，以简化与设备的通信。设备控制通过GET命令请求来自接入层设备或传感器的数据；通过PUT命令，控制设备动作或设置设备的状态。
应用支撑层主要有两部分组成即消息路由和函数处理。消息路由通过路由规划、远程配置等方式修改消息的传输路径，使消息按照过滤条件，从消息源路由到目标节点。通过消息路由，可实现对数据路由的灵活控制和提高数据安全性和消息处理能力。通过消息路由，将缓存的数据转发到函数计算模块进行轻量化数据处理，也可以将数据路由到流计算模块，以数据流的形式对数据进行处理。函数计算是将消息路由传递的输入数据执行弹性、扩展型号、响应快的轻量计算能力，函数通过一个或多个APP执行，每个APP都是运行在独立Docker容器内的进程，Docker容器采用Namespace进行隔离，从而令相同的PID可于不同的Namespace中独立存在，多个容器之间分隔开来。通过APP可以完成输入数据的过滤、转换以及转发等功能。
远程访问层主要是指物联主站平台访问物联管理平台的数据及操作的过程。APP将传输的数据进行分析和处理，并将处理后的结果通过加密后的HTTP协议送入物联主站平台，物联管理平台具有灵活的边缘计算支撑能力，但必须与物联主站平台云配合才能实现云边协同。
在该框架基础下，实现传感器设备和边缘代理APP的可信接入，主要包括如下内容：
通过容器引擎创建边缘计算APP的容器镜像；
将边缘计算APP的容器镜像实例化；
通过物联管理平台对传感器设备输入数据进行配置，即用户可以通过物联管理平台中的WEB系统对传感器设备采集到的数据进行配置，例如可以根据该配置展示遥信和遥测数据，并可以通过该WEB系统控制该传感器设备的启停。
在将传感器设备采集到的电网设备数据上送到物联管理平台以及通过边缘计算APP接入物联管理平台对采集到的数据进行计算的之前需对二者进行验证；
传感器设备接入物联管理平台时，首先要对其身份进行证明，然后对终端平台的身份进行证明，最后度量终端平台的可信状态，若每一步均通过，并且度量结果符合基准值，则允许该设备接入，否则，这个终端将被连接到一定的隔离区，进行升级和修补其安全性。物联管理平台对接入设备的数据上送分配专门的端口，接入层设备传感器通过特定的接口按照规范的格式上送采集到的数据，物联管理平台通过判断数据的格式来判断是否接收。
对于实例化后的边缘计算APP，其镜像中包含输入数据和配置参数的profile文件，均以特定的json格式进行上送，对json字段的命名方式进行约束，APP和物联管理平台对json格式标准的统一，每次接收数据时，都需要进行一系列的身份证明，使其数据共享更加可信。
在物联管理平台将传感器设备采集到的电网设备数据发送给边缘计算APP时采用MQTT协议，边缘计算APP将输出数据通过MQTT协议送入SSBUS服务，再由SSBUS服务将输出数据送到物联主站平台。
MQTT是一种基于发布、订阅模式的“轻量级”通讯协议，是轻量、简单、开放和易于实现的，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务，作为一种低开销、低带宽占用的即时协议，使其在物联网、移动应用等方面有较广泛的应用。
MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分。
物联管理平台作为发布者通过MQTT协议将接入层设备采集到的数据传送给作为订阅者的边缘计算APP，APP接收到输入数据后会返回一个接收成功的字符串给物联管理平台，否则返回失败。APP对输入数据进行分析处理，从而得到输出结果，并送入物联主站平台，物联主站平台通过输出结果可以完成智能告警以及数据监视的功能。
边缘计算APP通过MQTT协议将输出数据送入SSBUS服务中，然后SSBUS服务通过HTTP协议送入物联网主站平台，完成设备的数据监视和智能告警。为了防止多个边缘计算APP相关影响或者被其它边缘计算APP通过物联管理平台获取自身的运算过程和运算结果，故需要对输出数据进行AES加密。边缘计算APP在将计算处理过的电网数据上传到物联主站平台之前采用AES算法对数据进行加密，AES加密算法属于对称加密算法，加密和解密用到的密钥是相同的，这种加密方式加密速度非常快，适合经常发送数据的场合，本文中的边缘计算代理需要处理并上送大量的数据，因此此处选用AES加密算法。对称加密指的是加密和解密使用同一个密钥的加密方式，APP使用密钥将明文数据加密成密文，然后发送出去，物联主站平台收到密文后，使用同一个密钥将密文解密成明文读取。目前AES已经成为了主要的对称加密算法，其采用分组密码体制，每个分组数据的长度为128位16个字节，密钥长度可以是128位16个字节、192位或256位，一共有四种加密模式，我们采用需要初始向量IV的CBC模式，初始向量的长度也是128位16个字节。
AES算法的实现分为数据加密和数据解密。加密方法是先初始化密钥向量K，指定密钥长度Key，可以为128位、256位或者196位，分配好加密块的大小BlockSize，使用CBC模式进行初始化，通过调用rijndaelManaged.CreateEncryptor类进输出数据的加密，设加密函数为E，则C=E（K,P），其中K为密钥，C为密文，P为明文。物联管理平台对输出数据进行加密，密文的形式采用字节数组的形式，方便数据在网络协议中的传输，通过不同的加密函数，可以进行多种加密。解密方法则也是采用rijndaelManaged.CreateEncryptor方法进行解密，设解密算法为D，则明文P=D(K,C)，物联主站平台可以得到解密后的输出数据，并对其进行展示，从而完成设备的在线监视和智能告警。
物联管理平台设有Web管理系统，用户通过连接边缘网关的IP，即可通过浏览器来进行输入和参数定值的配置;控制APP的启动、停止以及卸载等功能；查看APP的基本信息，并定期从服务器更新数据，当然也可以暂停数据刷新，使其处于数据保持状态。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种边缘计算APP可信接入物联边缘代理方法，其特征在于，包括：
通过容器引擎创建边缘计算APP的容器镜像；
将边缘计算APP的容器镜像实例化；
通过物联管理平台对传感器设备输入数据进行配置；
将传感器设备采集到的电网设备数据上送到物联管理平台；
通过物联管理平台对传感器设备和实例化的边缘计算APP进行身份验证；
物联管理平台将传感器设备采集到的电网设备数据发送给部署于边缘网关的边缘计算APP；
边缘计算APP将处理过的电网设备数据发送到物联网主站平台；
边缘计算APP对处理过的电网数据进行AES加密；
物联管理平台将传感器设备采集到的电网设备数据发送给边缘计算APP时采用MQTT协议，边缘计算APP将输出数据通过MQTT协议送入SSBUS服务，再由SSBUS服务将输出数据送到物联主站平台；
物联管理平台对传感器设备和实例化的边缘计算APP进行身份验证具体为：
对于传感器设备，物联管理平台指定其上传接口和数据格式规范，物联管理平台对其进行验证，判断是否接收其数据；
对于实例化的边缘计算APP，物联管理平台对其指定格式进行压缩，并要求其满足物联管理平台的约束规范。
2.根据权利要求1所述的边缘计算APP可信接入物联边缘代理方法，其特征在于，物联管理平台通过与边缘计算APP约定共享目录进行文件共享。
3.根据权利要求1所述的边缘计算APP可信接入物联边缘代理方法，其特征在于，用户可以经由物联管理平台通过边缘网关IP对边缘计算APP进行操作。
4.一种边缘计算APP可信接入物联边缘代理系统，其特征在于，包括：
APP容器镜像实例化模块：用于通过容器引擎创建边缘计算APP的容器镜像；将边缘计算APP的容器镜像实例化；
数据配置模块：用于通过物联管理平台对传感器设备输入数据进行配置；
可信接入模块：用于将传感器设备采集到的电网设备数据上送到物联管理平台；通过物联管理平台对传感器设备和实例化的边缘计算APP进行身份验证；物联管理平台将传感器设备采集到的电网设备数据发送给部署于边缘网关的边缘计算APP；边缘计算APP将处理过的电网设备数据发送到物联网主站平台；边缘计算APP对处理过的电网数据进行AES加密；
物联管理平台将传感器设备采集到的电网设备数据发送给边缘计算APP时采用MQTT协议，边缘计算APP将输出数据通过MQTT协议送入SSBUS服务，再由SSBUS服务将输出数据送到物联主站平台；
物联管理平台对传感器设备和实例化的边缘计算APP进行身份验证具体为：
对于传感器设备，物联管理平台指定其上传接口和数据格式规范，物联管理平台对其进行验证，判断是否接收其数据；
对于实例化的边缘计算APP，物联管理平台对其指定格式进行压缩，并要求其满足物联管理平台的约束规范。
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