[發明專利]一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制架構和方法

在審

• 申請號: 202110793971.6
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113691497A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 郁善金;王曉江;高豐;鄭歡歡;楊濤;湯志航
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L29/08;H04L12/66;H04L12/24
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 孫孟輝

1.一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制架構，其特征在于，所述KubeEdge包含云側模塊和邊緣側模塊，即云端和邊緣端，所述云側模塊部署有云端節點，邊緣側模塊部署有邊緣節點，所述云側模塊管理邊緣節點和發布邊緣端應用，邊緣側模塊執行邊緣端應用部署和數據同步至云側模塊，所述邊緣節點部署Device Mapper和MQTT Broker，所述EdgeOS配置有Gateway網關并通過該網關與端側設備進行數據通信，所述Device Mapper以HTTP消息形式與Gateway網關交互，發布、訂閱MQTT消息至MQTT Broker。

2.如權利要求1所述的一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制架構，其特征在于，所述云端節點包括：原生Kubernetes組件和CloudCore組件，所述原生Kubernetes組件包括：kube-apiserver，用于接收客戶端請求；kube-scheduler，調度云端應用部署；kube-controller-manager，管理系統各種的微控制器。

3.如權利要求2所述的一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制架構，其特征在于，所述CloudCore組件包括：EdgeController，用于同步邊緣側模塊和API-server信息，管理邊緣節點和Pods的元數據；DeviceController，用于同步邊緣側模塊的設備CRD信息與API-Server信息；CloudHub，基于websocket或者quic協議連接與邊緣端通信，監聽云端的變化,緩存并發送消息到邊緣側模塊，實現云邊通信。

4.如權利要求1所述的一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制架構，其特征在于，所述邊緣節點還部署有Edgecore組件，所述Edgecore組件包括：

EdgeHub：負責與邊緣計算的云服務交互，從云端的CloudHub接收信息轉發到邊緣側模塊，同時將邊緣側模塊消息通過隧道發送到云側模塊，具體包括同步云端資源更新、報告邊緣主機和設備狀態變化到云端；

Edged：用于管理容器化的應用程序，保障云端下發pod以及對于各種配置、存儲能夠在邊緣節點運行，并在異常之后進行自動檢測、故障恢復；

EventBus：是與MQTT服務器mosquitto交互的MQTT客戶端，為其他組件提供訂閱和發布功能，作為用于發送/接收有關MQTT主題的消息接口；

ServiceBus：是運行在邊緣端的HTTP客戶端，接受來自云端的請求，與運行在邊緣端的HTTP服務器交互；

DeviceTwin：負責存儲物聯網設備狀態并將設備狀態同步到云端，還為應用程序提供查詢接口；

MetaManager：是消息處理器，位于Edged和Edgehub之間，后端對應一個本地的輕量級數據庫SQLite，它負責向所述輕量級數據庫SQLite存儲/檢索元數據。

5.如權利要求1所述的一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制架構，其特征在于，所述Gateway網關設有設備采集服務和設備數據導出服務，所述采集服務負責網關與端側設備進行數據通信，采集設備數據，將采集的設備數據統一處理；所述數據導出服務負責網關跟云端進行數據通信。

6.一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：預搭建Kubernetes集群，在云端節點部署云端核心模塊Cloudcore，在邊緣節點部署邊緣核心模塊EdgeCore和設備數據通信模塊MQTT Broker；

步驟二：在云端創建device model/device instance，該CRD資源包括對設備功能的描述及設備屬性的描述；

步驟三：開發Device Mapper，并部署運行在邊緣節點，使之與EdgeOS的Gateway網關通過http通信。

7.如權利要求6所述的一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制方法，其特征在于，所述Device Mapper用于http消息和MQTT消息的轉換，具體為：發布、訂閱MQTT消息到MQTT Broker和以http消息與Gateway網關交互。