[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

本發明涉及一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制架構和方法，該架構具體為：所述KubeEdge包含云側模塊和邊緣側模塊，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。本發明降低了KubeEdge側設備管理開發的復雜度。

技術領域

本發明涉及邊緣計算領域，尤其涉及一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制架構和方法。

背景技術

隨著物聯網和5G技術的不斷推進和發展，云計算應用的逐漸增加以及智能設備數據的急劇增加，對設備的接入和數據采集需求必然空前高漲。2010-2018年全球物聯網設備數量高速增長，復合增長率達20.9％，2018年，全球物聯網設備連接數量將高達91億個。預測2025年全球物聯網設備(包括蜂窩及非蜂窩)聯網設備將達到252億個。傳統的設備實時監控、數據采集使用技術不能滿足低延時和高帶寬的要求。另一方面設備終端、底層系統、設備接入協議轉換等功能模塊都以單體模式開發，實現數據收集、處理、導出、設備控制等功能。這種系統設計和實現方式存在運維困難、功能模塊不可重用。在后期的開發當中，系統適應性非常差，系統數據共享不方便。

KubeEdge是一個開源系統，設計之初，不僅聚焦于云邊協同、邊緣自治，也充分考慮了對端側設備的管理能力。其具備的設備管理能力，能夠通過邊側模塊直達端側設備，貫通云-邊-端。但是由于端側設備支持的協議類型眾多，難以做到統一，KubeEdge僅僅提供了規范框架，需要開發人員根據不同的協議自行開發，這對于對那些對協議不了解的開發人員來說，十分困難。

EdgeOS是一個基于OpenWrt開發的物聯網操作系統，具備工業協議解析、數據過濾和分發等核心功能，具有跨平臺、易使用和二次開發等優點。具備可擴展的南北向接入能力，但是其能力主要聚焦于南向設備的接入管理，缺乏類似KubeEdge這類基于云原生架構的云邊協同能力。

綜上所述，亟需一種既能簡化KubeEdge設備管理開發復雜度，有效屏蔽端側設備差異性，又能在端側接入豐富協議類型設備的方法。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制架構和方法，符合云邊端架構，同時能有效屏蔽底層設備差異性，聚合不同系統的優勢，提高了物聯網平臺的可擴展性以及提高邊緣設備管理能力，其具體技術方案如下：

一種基于KubeEdge和EdgeOS的物聯網設備控制架構，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。

進一步的，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。