边缘物联代理应用研究

郝长征 刘明媚 张建宇 付召辉

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。