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"
Ø LINKEDGE_IMG=$IMAGE_NAME_PREFIX:$1
Ø 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
Ø run创建一个新的容器并运行一个命令
Ø -d后台运行容器，并返回容器ID
Ø --rm 容器退出时自动清理容器并删除文件系统，
Ø --privileged=true 以特权方式启动容器，允许挂载宿主机目录
Ø -v linkedge_vol1:/usr/.security
宿主机的linkedge_vol1目录挂载到容器的/usr/.security
Ø -v linkedge_vol2:/etc/.sec/
Ø -v linkedge_vol3:/linkedge/gateway/build/.sst
Ø -v linkedge_vol4:/tmp/var/run/
Ø -v linkedge_vol5:/linkedge/run
Ø --name=config-params 为容器指定一个名称config-params
Ø $LINKEDGE_IMG 容器名称
Ø $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。
Ø ${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。
参考文献
[1] 阿里云物联网边缘计算 [EB/OL]. https://help.aliyun.com/product/69083.html.
