物联网边缘计算云边协同

文章目录

- 一、物联网云边协同
- - 1.IoT云边协同设计
  - 2.物联网平台设计
  - 3.物联网平台实现
- 二、部署环境
- - 1.节点配置
  - 2.版本信息
- 三、IoT云边协同部署
- - 1.部署Kubernetes集群
  - 2.部署KubeEdge
  - 3.部署ThingsBoard集群
  - 4.部署Node-RED边缘网关
  - - 4.1.边缘网关功能
    - 4.2.部署EMQX
    - 4.2.部署Node-RED
  - 5.配置边缘网关
  - - 5.1.ThingsBaord创建网关
    - 5.2.Node-RED上传遥测
    - 5.3.Node-RED连接EMQX
    - 5.4.MQTTX连接EMQX
  - 6.云边协同测试
  - - 6.1.测试方法
    - 6.2.上传遥测数据

KubeEdge

# KubeEdgehttps://iothub.org.cn/docs/kubeedge/
https://iothub.org.cn/docs/kubeedge/edge/iot/

一、物联网云边协同

1.IoT云边协同设计

物联网平台（IoT）部署在云上，网关部署在边缘节点，设备通过边缘网关接入物联网平台。

云边协同设计：

Kubernetes 在云端部署 IoT 平台
KubeEdge 在边缘节点部署网关
IoT 设备通过 MQTT 协议接入边缘网关

2.物联网平台设计

物联网平台选择 ThingsBoard，边缘网关选择 EMQX、Node-RED，MQTTX 工具模拟终端设备。

IoT平台设计：

使用 Kubernetes 在云端部署 ThingsBoard 集群
使用 KubeEdge 在边缘节点部署 EMQX、Node-Red，实现边缘网关
MQTTX 工具模拟终端设备，通过 MQTT 协议接入边缘网关

3.物联网平台实现

物联网平台（IoT）具体实现：

部署 Kubernetes 集群
部署 KubeEdge
部署 ThingsBoard 集群
部署 EMQX、Node-RED 边缘网关
配置 Node-RED、MQTTX
测试 IoT 设备向 ThingsBoard 发送遥测数据

二、部署环境

1.节点配置

主机名	IP地址	角色
k8s-master	192.168.202.201	master
k8s-node1	192.168.202.202	node
k8s-node2	192.168.202.203	node
edge-1	192.168.202.211	edge

在这里插入图片描述

2.版本信息

信息	版本	备注
K8s	v1.23.12
centos	7.8	# cat /etc/redhat-release
KubeEdge	v1.13.4
ThingsBoard	v3.5.1
EMQX	4.4.17
Node-RED	latest

三、IoT云边协同部署

1.部署Kubernetes集群

部署 Kubernetes 集群参考

# 部署 Kubernetes 集群https://iothub.org.cn/docs/kubernetes/pro/deploy-kubernetes/

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
NAME         STATUS   ROLES                  AGE    VERSION
k8s-master   Ready    control-plane,master   27d    v1.23.12
k8s-node1    Ready    <none>                 27d    v1.23.12
k8s-node2    Ready    <none>                 10d    v1.23.12

在这里插入图片描述

2.部署KubeEdge

部署 KubeEdge 参考

# 部署 KubeEdgehttps://iothub.org.cn/docs/kubeedge/deploy/deploy/

[root@k8s-master ~]# kubectl get nodes
NAME         STATUS   ROLES                  AGE    VERSION
edge-1       Ready    agent,edge             4d4h   v1.23.17-kubeedge-v1.13.4
k8s-master   Ready    control-plane,master   27d    v1.23.12
k8s-node1    Ready    <none>                 27d    v1.23.12
k8s-node2    Ready    <none>                 10d    v1.23.12[root@k8s-master ~]# kubectl get all -n kubeedge
NAME                               READY   STATUS    RESTARTS        AGE
pod/cloud-iptables-manager-592m5   1/1     Running   3 (3d22h ago)   4d5h
pod/cloud-iptables-manager-pg4pl   1/1     Running   3 (3d22h ago)   4d5h
pod/cloudcore-5959c5986f-8hsc4     1/1     Running   3 (3d22h ago)   4d5hNAME                TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)                                                                           AGE
service/cloudcore   NodePort   10.110.71.216   <none>        10000:30976/TCP,10001:31372/TCP,10002:31922/TCP,10003:30163/TCP,10004:31927/TCP   4d5hNAME                                    DESIRED   CURRENT   READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   NODE SELECTOR   AGE
daemonset.apps/cloud-iptables-manager   2         2         2       2            2           <none>          4d5hNAME                        READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/cloudcore   1/1     1            1           4d5hNAME                                   DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/cloudcore-5959c5986f   1         1         1       4d5h

在这里插入图片描述

3.部署ThingsBoard集群

部署 ThingsBoard 参考

# ThingsBoard 单机部署
https://iothub.org.cn/docs/iot/deploy/deploy-single/# ThingsBoard 集群部署
https://iothub.org.cn/docs/iot/deploy/deploy-cluster/

备注：考虑测试环境资源有限，部署单机代替ThingsBoard集群
在这里插入图片描述

4.部署Node-RED边缘网关

4.1.边缘网关功能

边缘网关使用 EMQX、Node-RED 实现 MQTT-Broker 功能
边缘网关通过 Node-RED 与 ThingsBoard 平台通信
IoT 设备通过 MQTT 协议与边缘网关 EMQX 通信

4.2.部署EMQX

gateway-emqx.yaml

[root@k8s-master kubeedge]# vim gateway-emqx.yaml apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: gateway-emqx
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: emqxtemplate:metadata:labels:app: emqxspec:nodeName: edge-1    #调度到指定机器containers:- name: emqximage: emqx/emqx:4.4.17ports:- containerPort: 1883hostPort: 1884- containerPort: 18083hostPort: 18084- containerPort: 8081hostPort: 8082- containerPort: 8083hostPort: 8085- containerPort: 8883hostPort: 8884- containerPort: 8084hostPort: 8086

[root@k8s-master iot]# kubectl apply -f gateway-emqx.yaml 
deployment.apps/gateway-emqx created[root@k8s-master iot]# kubectl get all
NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/gateway-emqx-6fcb56cb4f-n8z5s   1/1     Running   0          12sNAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   27dNAME                           READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/gateway-emqx   1/1     1            1           12sNAME                                      DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/gateway-emqx-6fcb56cb4f   1         1         1       12s

在这里插入图片描述

访问EMQX

# 访问地址http://192.168.202.211:18084
账号：admin
初始密码：public
修改密码：1qaz2wsx

在这里插入图片描述

# 参考$ docker run -d --name emqx -p 18083:18083 -p 1883:1883 emqx/emqx:latest$ docker run -d --name emqx -p 1883:1883 -p 8081:8081 -p 8083:8083 -p 8883:8883 -p 8084:8084 -p 18083:18083 emqx/emqx:v4.0.0

4.2.部署Node-RED

gateway-node-red.yaml

[root@k8s-master kubeedge]# vim gateway-node-red.yaml apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: gateway-node-red
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: noderedtemplate:metadata:labels:app: noderedspec:nodeName: edge-1    #调度到指定机器hostNetwork: true   # 使用主机网络containers:- name: noderedimage: nodered/node-red:latest

部署 Node-RED 到边缘节点

[root@k8s-master iot]# kubectl apply -f gateway-node-red.yaml 
deployment.apps/gateway-node-red created[root@k8s-master iot]# kubectl get all
NAME                           READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/gateway-5847c4f88c-bqx5j   1/1     Running   0          30sNAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   27dNAME                      READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/gateway   1/1     1            1           31sNAME                                 DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/gateway-5847c4f88c   1         1         1       30s

在这里插入图片描述

访问 Node-RED

# 访问地址http://192.168.202.211:1880

在这里插入图片描述

# 参考# docker run --network host --restart=always -v node_red_data:/data --name nodered nodered/node-red:latest

5.配置边缘网关

5.1.ThingsBaord创建网关

在这里插入图片描述

5.2.Node-RED上传遥测

将设备遥测发布到ThingsBoard服务器节点，请向以下主题发送publish消息：

Topic: v1/gateway/telemetry

Message:

{"Device A": [{"ts": 1483228800000,"values": {"temperature": 42,"humidity": 80}},{"ts": 1483228801000,"values": {"temperature": 43,"humidity": 82}}],"Device B": [{"ts": 1483228800000,"values": {"temperature": 42,"humidity": 80}}]
}

在这里插入图片描述

5.3.Node-RED连接EMQX

Node-RED 连接 EMQX，接收 IoT 设备遥测数据

Topic: v1/gateway/telemetry

在这里插入图片描述

5.4.MQTTX连接EMQX

在这里插入图片描述

6.云边协同测试

6.1.测试方法

使用 MQTTX 工具模拟物联网设备，向 EMQX 发送遥测数据
Node-RED 通过 EMQX 订阅遥测数据
Node-RED 把遥测数据上传到 ThingsBoard

6.2.上传遥测数据

通过 MQTTX 工具上传遥测数据

v1/gateway/telemetry{"Device A": [{"ts": 1483228800000,"values": {"temperature": 42,"humidity": 80}},{"ts": 1483228801000,"values": {"temperature": 43,"humidity": 82}}],"Device B": [{"ts": 1483228800000,"values": {"temperature": 42,"humidity": 80}}]
}

在这里插入图片描述

ThingsBoard
Node-RED
KubeEdge

# KubeEdgehttps://iothub.org.cn/docs/kubeedge/
https://iothub.org.cn/docs/kubeedge/edge/iot/

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