阿裏雲物聯網邊緣計算加載MQTT驅動
本文在LinkEdge快速入門樣例驅動的基礎上，加載了MQTT訂閱的客戶端，使得邊緣端容器可以通過MQTT獲得外部數據。- 系統需求
物聯網邊緣計算平臺，又名Link IoT Edge[1]。在物聯網邊緣計算幫助文檔中的 “快速入門”描述了這樣一種應用場景，“光照傳感器檢測室內光照強度是否大於500 Lux，若光照強度大於500 Lux，則光照傳感器認為室內不需要開燈，從而去關閉燈（客廳燈開關等於1），否則打開燈（客廳燈開關等於0）。”
本文在該樣例的基礎上，在光照傳感器的驅動程序上加載了MQTT訂閱的客戶端，使得光照傳感器可以通過訂閱的方式獲得光照強度值。
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系統架構
圖 1 給出了樣例的邊緣實例架構，樣例中LightSensor值是模擬值，通過定時器每2000毫秒執行表格 1中代碼。
圖 1 邊緣實例架構
表格 1 模擬值生成代碼
if (self.lightSensor.illuminance >= 600) {
delta = -100;
} else if (self.lightSensor.illuminance <= 100) {
delta = 100;
}
self.lightSensor.illuminance += delta;圖 2給出了在在光照傳感器的驅動程序上加載了MQTT訂閱的客戶端的架構。
圖 2 光照傳感器驅動掛載MQTT訂閱客戶端
- 安裝部署
樣例完整的安裝和配置流程詳見幫助[2]。
- 改寫驅動
4.1. 下載驅動
下載LightSensor驅動源碼，下載解壓後是一個index.js文件。
圖 3 下載驅動
4.2. 編寫驅動
(1) index.js中添加MQTT訂閱客戶端代碼
表格 2 MQTT訂閱客戶端代碼
‘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); // 連接到MQTT服務端
var num = 0;
var qtt = {};
qtt.id = ‘2002‘;
qtt.name = ‘shoen‘;
qtt.age= 5000;
client.subscribe(‘test‘,{qos:1}); //訂閱主題為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) 註釋原有模擬部分代碼，添加獲得值代碼。
表格 3 獲得數據來源
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: ${JSON.stringify(properties)}`);
self.client.reportProperties(properties);
} catch (err) {
console.log(err);
self.client.cleanup();
}
}
}, 2000);4.3. 重新部署
(1) 將index.js壓縮成index.zip文件，註意index.zip僅包含index.js文件，不含其他任何文件夾。
(2) 新建驅動myLightSensor，上傳index.zip文件。
圖 4新建驅動
(3) 部署實例
圖 5 部署實例
- 腳本解析
在部署過程中，我們通過link-iot-edge.sh {productkey} {devicename} {devicesecret}下載和啟動邊緣計算平臺。
分析link-iot-edge.sh後，發現邊緣端實際是就是一個docker容器。其中主要幾行腳本含義如下描述：
圖 6 link-iot-edge.h源碼（局部）
n docker pull "$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創建一個新的容器並運行一個命令
? -d後臺運行容器，並返回容器ID
? --rm 容器退出時自動清理容器並刪除文件系統，
? --privileged=true 以特權方式啟動容器，允許掛載宿主機目錄
? -v linkedge_vol1:/usr/.security
宿主機的linkedge_vol1目錄掛載到容器的/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 為容器指定一個名稱config-params
? $LINKEDGE_IMG 容器名稱
? $2 $3 $4三個均作為參數
n 為了方便訪問，修改以上啟動腳本，使得容器內可以訪問宿主機c:/test目錄。
? ${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
- Node.js實現MQTT
n 安裝node
n 安裝npm install mqtt
6.1. MQTT服務端
本文采用Apollo MQTT作為MQTT服務器，安裝部署完畢後采用默認用戶名admin，密碼password。MQTT服務器采用默認的1883端口。
6.2. MQTT客戶端發布
表格 4 MQTT客戶端發布
var mqtt = require(‘mqtt‘);
var options={username:‘admin‘,password: ‘password‘,clientId:‘Nodejs-ed16ef77-5cf2-4e5c-b511-1af14451df58‘};
var client = mqtt.connect(‘mqtt://...:1883‘,options); //連接到MQTT服務端
var num = 0;
var qtt = {};
qtt.id = ‘1001‘;
qtt.name = ‘shoen‘;
qtt.age= 2222;
client.publish(‘test‘, JSON.stringify(qtt), { qos: 0, retain: true });
- 設置容器
通過link-iot-edge.sh啟動邊緣容器後，需要進入容器安裝mqtt庫，並設置容器內環境參數，使得node.js編寫的mqtt客戶端能夠正確引用mqtt庫，即var mqtt = require(‘/usr/bin/mqtt‘);
設置主要步驟如下所示：
(1) 啟動容器：link-iot-edge.sh v1.7 a1xwL19pRAZ mygw uPcoNbWHYselHGpwG2HRtMvh****
(2) 進入容器：docker exec -it config-params /bin/bash
(3) node.js設置引用
n 安裝淘寶cnpm：npm install -g cnpm --registry=https://registry.npm.taobao.org
n 全局安裝mqtt：cnpm install –g mqtt
n 查看cnpm全局倉庫路徑：cnpm config get prefix
n 修改cnpm全局倉庫路徑：cnpm config set /usr/bin
n 以上設置完畢後，才可以代碼中添加引用：var mqtt = require(‘/usr/bin/mqtt‘);
n 以上設置重啟本容器失效
- 容器命令
調試過程中涉及的相關容器命令如下：
(1) 啟動容器時映射宿主機和容器目錄：-v c:/test:/data
(2) 查看IP地址：ip addr
(3) 下載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) 查看容器鏡像docker image
(6) 停止容器 docker stop 容器ID
(7) 刪除鏡像 docker rmi 鏡像ID
- 註意事項
(1) 驅動編寫錯誤可能包括：庫文件未引用、node.js語法錯誤，mqtt連接錯誤；
(2) 邊緣實例部署過程中，如發生以上錯誤發生，光照傳感器將始終處於“離線”狀態；
(3) 本文宿主機為Windows 10，系統配置如下：
圖 7 Windows系統配置
- 最終效果
在宿主機上通過MQTT客戶端發布一個qtt.age=2222數據，該數據會發送至MQTT服務器，容器內加載的MQTT訂閱客戶端將收到該數據，並將該數據賦值給self.lightSensor.illuminance，獲取的值將通過self.client.reportProperties(properties);上報至IOT Hub，最終在LightSensor運行狀態中顯示光照度檢測值為2222Lux。
圖 8 最終效果
寫在後面
今年3月底深圳雲棲大會後，和阿裏雲Linkedge團隊幾位同學在西溪園區做了一次簡單的技術交流。阿裏的同學介紹了物模型、容器等概念，我則提了異構工業設備連接對於設備驅動有較為強烈的需求……眨眼到了年底，Linkedge從公測到發布，直到今天（12-5）正式發布了v1.8，新加的幾項特性都值得關註，如“本地日誌可以自動同步到雲端的日誌服務產品中，支持按照業務功能進行查詢。”這極大方便了運維。此外，“支持C版本設備驅動管理”，這對於我這樣一位老程序員（年紀大，而非經驗豐富）的吸引力是非常大的。
自10月17日開始試用Linkedge，學習時斷時續，這個過程中Linkedge的幫助文檔不斷更新，導致前面截圖已失效。時至今日，終於輸出此文，雖然還沒有實現了詳細介紹如何在邊緣計算平臺上編寫驅動的目標，但至少走通了關於驅動的helloworld。最後，提幾點意見，希望Linkedge開發團隊能有所改進：
(1) 驅動調試非常麻煩，幫助中沒有涉及調試方式。--這點從v1.8中的特性來看應該有很大改善。
(2) 邊緣容器設置細節應對開發者開放。
(3) 希望提供一個能和容器外（宿主機或其他設備）通訊的樣例，如通過串口、以太網，這樣的樣例對於學習更加有效。
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