EdgeX系列之一 -- EdgeX Foundry介绍

写在前面

最近大家都在提云边端，领导要求项目也要上云边端，于是对边缘计算框架EdgeX Foundry进行了调研学习，打算写一个系列，记录一下学习历程。

• EdgeX系列之一 – EdgeX Foundry介绍
• EdgeX系列之二 – 准备工作
• EdgeX系列之三 – 连接MQTT设备
• EdgeX系列之四 – 数据库访问
• EdgeX系列之五 – 设置定时任务
• EdgeX系列之六 – 连接云端服务
• EdgeX系列之七 – 入门资料介绍

正文

EdgeX Foundry用一句话来介绍，就是Linux基金会下的硬件和操作系统无关的开源中立的边缘计算微服务框架，用于统一工业物联网边缘计算解决方案的生态系统。

性能目标

在性能上占用很小，EdgeX的目标是要能够在树莓派3（1GB内存，64位CPU，32GB以上存储空间）上运行所有服务。开发人员社区还希望把EdgeX的启动时间降低到1分钟以内。从数据接收到动作响应的延迟不超过1秒。

发布的路线图

'Barcelona': October 2017
'California': July 2018
'Delhi': November 2018
'Edinburgh':  July 2019
'Fuji': November 2019
'Geneva': ~ April 2020
'Hanoi': ~ October 2020
'Ireland': ~ April 2021
'Jakarta': ~ October 2021
'Kamakura': ~ April 2022

主要特点：

提供一个灵活的微服务架构，能够支持任何异构组件的组合。硬件无关（x86，ARM）、操作系统无关（linux、windos、mac os）、应用环境无关（Java, JavaScript, Python, Go Lang, C/C++）。允许服务根据设备能力和用例向上或向下伸缩，用一个通用的API规范化对不同协议设备通讯，可以把参考架构的微服务（北向消息总线、规则引擎、数据库）快速替换为开源或私有的软件。提供最好的工业级安全、管理性、性能、可靠性的同时，还支持可扩展性。支持微服务的即插即用，无需架构变更（允许开发人员用Go写的微服务替换Java写的微服务）。允许开发社区不断完善来提供各种技术指标。

EdgeX Foundry框架连接各种设备和云平台，设备侧称为南向，云平台侧称为北向。

南向

EdgeX通过设备服务来与设备和传感器对接。对接包括两部分：一是协议解析驱动程序，根据设备协议向设备发送命令，获取设备的实时数据并发送到核心数据服务。二是设备服务接收命令服务下发的命令，根据命令向协议解析驱动程序发送控制命令，然后驱动再根据设备协议向设备发送控制命令。

北向

EdgeX通过导出服务，从核心数据服务收设备实时数据，按照EAI模式进行处理转换，然后把转换后的数据发送到各种云平台（Azure IoT Hub, AWS IoT Core, Google IoT Core等）和企业信息系统（ERP，MES，CRM等）。

部署

EdgeX的微服务部署很灵活，根据应用特点和现场环境，可以部署在不同的资源所在位置。

第一种部署场景： 现场靠近设备侧部署设备服务，用于采集设备数据和执行控制命令。核心服务、分析服务和导出服务则部署在云端。
第二种部署场景： 现场靠近设备侧部署设备服务，其余服务部署在网关上，网关将数据再发送到云端。
第三种部署场景： 设备服务、核心服务、导出服务和分析服务都部署在边缘侧。
第四种部署场景： 设备服务和核心服务部署在网关上，导出服务和分析服务部署在雾计算节点上，分析后的数据由雾计算节点发送到云端。
第五种部署场景： 设备服务部署在现场嵌入式单片机上，核心服务、分析服务和导出服务部署在雾计算节点上，雾计算节点再连到云端。

总体架构

设备服务负责采集数据及控制设备功能。
核心服务负责本地存储分析和转发数据，以及控制命令下发。
导出服务负责上传数据到云端或第三方信息系统，以及接收控制命令转发给核心服务。
支持服务负责日志记录、任务调度、数据清理、规则引擎和告警通知。
安全服务、管理服务这两个软件模块虽然不直接处理边缘计算的功能性业务，但是对于边缘计算的安全性和易用性来说很重要。

不同服务之间主要采用 RESTful API 接口进行交互。但是有的服务之间为了提高性能，通过消息总线交换数据。
EdgeX可通过docker-compose等部署工具部署服务。不同服务可以在同一个计算节点上运行，也可以在不同计算节点上运行。
由于采用了微服务风格架构，不同服务可以用不同语言开发，如Java，Go，C语言等。

EdgeX的总体数据流

• Device Service从设备采集实时数据。
• Device Service把设备实时数据发送给Core Service，并本地持久化存储。
• Core Service把实时数据发送给Export Service，由后者再发送到云端服务器或企业信息系统。
• 数据在边缘侧的分析软件中进行分析，然后根据分析结果通过Command service发送控制命令触发设备动作。

参考资料：

深入理解边缘计算微服务框架EdgeX Foundry系列