阿里云物联网边缘计算加载MQTT驱动

Posted 2021-01-26

写在前面

本文在LinkEdge快速入门样例驱动的基础上，加载了MQTT订阅的客户端，使得边缘端容器可以通过MQTT获得外部数据。

1. 系统需求

物联网边缘计算平台，又名Link IoT Edge[1]。在物联网边缘计算帮助文档中的 “快速入门”描述了这样一种应用场景，“光照传感器检测室内光照强度是否大于500 Lux，若光照强度大于500 Lux，则光照传感器认为室内不需要开灯，从而去关闭灯（客厅灯开关等于1），否则打开灯（客厅灯开关等于0）。”

本文在该样例的基础上，在光照传感器的驱动程序上加载了MQTT订阅的客户端，使得光照传感器可以通过订阅的方式获得光照强度值。

2. 系统架构

   图 1 给出了样例的边缘实例架构，样例中LightSensor值是模拟值，通过定时器每2000毫秒执行表格 1中代码。

图 1 边缘实例架构

表格 1 模拟值生成代码

      if (self.lightSensor.illuminance >= 600) {

         delta = -100;

       } else if (self.lightSensor.illuminance <= 100) {

         delta = 100;

       }

      self.lightSensor.illuminance += delta;

图 2给出了在在光照传感器的驱动程序上加载了MQTT订阅的客户端的架构。

图 2 光照传感器驱动挂载MQTT订阅客户端

3. 安装部署

样例完整的安装和配置流程详见帮助[2]。

4. 改写驱动

4.1. 下载驱动

下载LightSensor驱动源码，下载解压后是一个index.js文件。

图 3 下载驱动

4.2. 编写驱动

(1) index.js中添加MQTT订阅客户端代码

表格 2 MQTT订阅客户端代码

‘use strict‘;

const {

RESULT_SUCCESS,

RESULT_FAILURE,

ThingAccessClient,

} = require(‘linkedge-thing-access-sdk‘);

var mqtt = require(‘/usr/bin/mqtt‘);

var options={username:‘admin‘,password:‘password‘,clientId:‘Nodejs-ed16ef77-5cf2-4e5c-b511-1af14451df51‘};

var client = mqtt.connect(‘mqtt://...:1883‘,options); // 连接到MQTT服务端

var num = 0;

var qtt = {};

qtt.id = ‘2002‘;

qtt.name = ‘shoen‘;

qtt.age= 5000;

client.subscribe(‘test‘,{qos:1}); //订阅主题为test的消息

client.on(‘message‘,function(top,message) {

qtt=JSON.parse(message.toString());  

});

// Max retry interval in seconds for registerAndOnline.

const MAX_RETRY_INTERVAL = 30;

(2) 注释原有模拟部分代码，添加获得值代码。

表格 3 获得数据来源

    setInterval(function () {

      // if (self.lightSensor.illuminance >= 600) {

      //   delta = -100;

      // } else if (self.lightSensor.illuminance <= 100) {

      //   delta = 100;

      // }

      // self.lightSensor.illuminance += delta;

      if (self.client) {

        try {

          self.lightSensor.illuminance = qtt.age;

          var properties = {‘MeasuredIlluminance‘: self.lightSensor.illuminance};

          console.log(`Report properties: ${JSON.stringify(properties)}`);

          self.client.reportProperties(properties);

        } catch (err) {

          console.log(err);

          self.client.cleanup();

        }

      }

    }, 2000);

4.3. 重新部署

(1) 将index.js压缩成index.zip文件，注意index.zip仅包含index.js文件，不含其他任何文件夹。

(2) 新建驱动myLightSensor，上传index.zip文件。

图 4新建驱动

(3) 部署实例

图 5 部署实例

5. 脚本解析

在部署过程中，我们通过link-iot-edge.sh {productkey} {devicename} {devicesecret}下载和启动边缘计算平台。

分析link-iot-edge.sh后，发现边缘端实际是就是一个docker容器。其中主要几行脚本含义如下描述：

图 6 link-iot-edge.h源码（局部）

n docker pull "$LINKEDGE_IMG"

? LINKEDGE_IMG=$IMAGE_NAME_PREFIX:$1

? registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/iotedge/edge_x86_centosversion

n docker run -d --rm --privileged=true -v linkedge_vol1:/usr/.security -v linkedge_vol2:/etc/.sec/ -v linkedge_vol3:/linkedge/gateway/build/.sst -v linkedge_vol4:/tmp/var/run/ -v linkedge_vol5:/linkedge/run --name=config-params $LINKEDGE_IMG $2 $3 $4

n docker

? run创建一个新的容器并运行一个命令

? -d后台运行容器，并返回容器ID

? --rm 容器退出时自动清理容器并删除文件系统，

? --privileged=true 以特权方式启动容器，允许挂载宿主机目录

? -v linkedge_vol1:/usr/.security

宿主机的linkedge_vol1目录挂载到容器的/usr/.security

? -v linkedge_vol2:/etc/.sec/

? -v linkedge_vol3:/linkedge/gateway/build/.sst

? -v linkedge_vol4:/tmp/var/run/

? -v linkedge_vol5:/linkedge/run

? --name=config-params 为容器指定一个名称config-params

? $LINKEDGE_IMG 容器名称

? $2 $3 $4三个均作为参数

n 为了方便访问，修改以上启动脚本，使得容器内可以访问宿主机c:/test目录。

? ${preflag} docker run --rm --privileged=true -v c:/test:/data -v linkedge_vol1:/usr/.security -v linkedge_vol2:/etc/.sec/ -v linkedge_vol3:/linkedge/gateway/build/.sst -v linkedge_vol4:/tmp/var/run/ -v linkedge_vol5:/linkedge/run --name=config-params $LINKEDGE_IMG $2 $3 $4

6. Node.js实现MQTT

n 安装node

n 安装npm install mqtt

6.1. MQTT服务端

本文采用Apollo MQTT作为MQTT服务器，安装部署完毕后采用默认用户名admin，密码password。MQTT服务器采用默认的1883端口。

6.2. MQTT客户端发布

表格 4 MQTT客户端发布

var mqtt = require(‘mqtt‘);

var options={username:‘admin‘,password: ‘password‘,clientId:‘Nodejs-ed16ef77-5cf2-4e5c-b511-1af14451df58‘};

var client = mqtt.connect(‘mqtt://...:1883‘,options); //连接到MQTT服务端

var num = 0;

var qtt = {};

qtt.id = ‘1001‘;

qtt.name = ‘shoen‘;

qtt.age= 2222;

client.publish(‘test‘, JSON.stringify(qtt), { qos: 0, retain: true });

7. 设置容器

通过link-iot-edge.sh启动边缘容器后，需要进入容器安装mqtt库，并设置容器内环境参数，使得node.js编写的mqtt客户端能够正确引用mqtt库，即var mqtt = require(‘/usr/bin/mqtt‘);

设置主要步骤如下所示：

(1) 启动容器：link-iot-edge.sh v1.7 a1xwL19pRAZ mygw uPcoNbWHYselHGpwG2HRtMvh****

(2) 进入容器：docker exec -it config-params /bin/bash

(3) node.js设置引用

n 安装淘宝cnpm：npm install -g cnpm --registry=https://registry.npm.taobao.org

n 全局安装mqtt：cnpm install –g mqtt

n 查看cnpm全局仓库路径：cnpm config get prefix

n 修改cnpm全局仓库路径：cnpm config set /usr/bin

n 以上设置完毕后，才可以代码中添加引用：var mqtt = require(‘/usr/bin/mqtt‘);

n 以上设置重启本容器失效

8. 容器命令

调试过程中涉及的相关容器命令如下：

(1) 启动容器时映射宿主机和容器目录：-v c:/test:/data

(2) 查看IP地址：ip addr

(3) 下载ifconfig：curl ifconfig.me

(4) find -name "thing"

n linkedge-thing-access-sdk所在位置：./linkedge/gateway/build/bin/iot-gravity/runtime/nodejs8/node_modules/linkedge-thing-access-sdk

(5) 查看容器镜像docker image

(6) 停止容器 docker stop 容器ID

(7) 删除镜像 docker rmi 镜像ID

9. 注意事项

(1) 驱动编写错误可能包括：库文件未引用、node.js语法错误，mqtt连接错误；

(2) 边缘实例部署过程中，如发生以上错误发生，光照传感器将始终处于“离线”状态；

(3) 本文宿主机为Windows 10，系统配置如下：

图 7 Windows系统配置

10. 最终效果

在宿主机上通过MQTT客户端发布一个qtt.age=2222数据，该数据会发送至MQTT服务器，容器内加载的MQTT订阅客户端将收到该数据，并将该数据赋值给self.lightSensor.illuminance，获取的值将通过self.client.reportProperties(properties);上报至IOT Hub，最终在LightSensor运行状态中显示光照度检测值为2222Lux。

图 8 最终效果

写在后面

今年3月底深圳云栖大会后，和阿里云Linkedge团队几位同学在西溪园区做了一次简单的技术交流。阿里的同学介绍了物模型、容器等概念，我则提了异构工业设备连接对于设备驱动有较为强烈的需求……眨眼到了年底，Linkedge从公测到发布，直到今天（12-5）正式发布了v1.8，新加的几项特性都值得关注，如“本地日志可以自动同步到云端的日志服务产品中，支持按照业务功能进行查询。”这极大方便了运维。此外，“支持C版本设备驱动管理”，这对于我这样一位老程序员（年纪大，而非经验丰富）的吸引力是非常大的。

自10月17日开始试用Linkedge，学习时断时续，这个过程中Linkedge的帮助文档不断更新，导致前面截图已失效。时至今日，终于输出此文，虽然还没有实现了详细介绍如何在边缘计算平台上编写驱动的目标，但至少走通了关于驱动的helloworld。最后，提几点意见，希望Linkedge开发团队能有所改进：

(1) 驱动调试非常麻烦，帮助中没有涉及调试方式。--这点从v1.8中的特性来看应该有很大改善。

(2) 边缘容器设置细节应对开发者开放。

(3) 希望提供一个能和容器外（宿主机或其他设备）通讯的样例，如通过串口、以太网，这样的样例对于学习更加有效。