基于IoT邊緣實現多協議設備接入案例實踐 丨【我的華為云體驗之旅】

這次實踐是【物聯網全棧成長計劃】第三階段-應用開發階段考核 。本實驗將指導您搭建一個基于 IoT 邊緣服務的邊緣節點，并通過邊緣節點實現設備通過原生MQTT 協議及標準 Modbus 協議以設備直連邊緣節點模式接入。

想了解更多關于課程內容請移步主帖：【物聯網全棧成長計劃】0基礎34課時，變身高階物聯網能力者，免費學還有智能穿戴！

【物聯網全棧成長計劃】基礎入門階段考核

【物聯網全棧成長計劃】設備開發階段考核

【物聯網全棧成長計劃】應用開發階段考核

知識點了解：

IoT 邊緣（IoT Edge），是邊緣計算在物聯網行業的應用。IoT Edge 在靠近物或數據源頭的邊緣側，是融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供計算和智能服務，滿足行業在實時業務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。

云端離終端設備（如攝像頭、傳感器等）和用戶較遠，對于實時性要求高的計算需求，把計算放在云上會引起較長的網絡延時、網絡擁塞、服務質量下降等問題。而終端設備通常計算能力不足，無法與云端相比。

在此情況下，IoT 邊緣服務順應而生，將云端計算和智能能力延伸到靠近終端設備的邊緣節點，完美解決上述問題。

IoT 邊緣廣泛應用于：智慧園區、智慧交通、智能工業、能源電力等場景。

下面開始實踐

1、操作前提

訪問華為云?IoT?管理控制臺開通設備接入服務

登錄華為云官網

選擇“產品”->“IoT?物聯網”->“設備接入?IoTDA”（也可以直接搜索ioTDA）

點擊“管理控制臺”；

控制臺選擇為“北京四”；

訪問華為云?IoT?管理控制臺開通IoT 邊緣服務

登錄華為云官網

選擇“產品”->“IoT?物聯網”->“IoT 邊緣”（也可以直接搜索IoT 邊緣）

單擊“立即使用”，進入 IoT 邊緣服務控制臺。

單擊頁面右上角“開通服務”，點擊“同意授權”按鈕。

出現“注冊節點”按鈕，即表示自助開通服務成功。

購買邊緣節點硬件

訪問彈性云服務器 ECS 產品首頁，鏈接地址：https://www.huaweicloud.com/product/ecs.html，單擊“立即購買”，進入購買頁面。

填寫基礎配置信息。（需嚴格按照以下規格配置，否則將會產生額外費用）

計費模式：按需計費

區域：華北-北京四

可用區：隨機分配

CPU 架構：x86 計算

規格：為降低實驗成本，可選擇“通用入門型 | t6.large.2 | 2vCPUs | 4 GiB”

鏡像：公共鏡像 | Ubuntu | Ubuntu 16.04 server 64bit

主機安全：不勾選“開通主機安全”

系統盤：高 IO | 40GB

單擊“下一步：網絡配置”，并填寫網絡配置信息。

網絡：默認配置

擴展網卡：默認配置

安全組：default

彈性公網 IP：現在購買

線路：全動態 BGP

公網帶寬：按流量計費

帶寬大?。簽榻档蛯嶒灣杀?，可降低至 5Mbit/s

如果有時候釋放資源的時候會忘記 可以勾選上隨實例釋放

單擊“下一步：高級配置”，并填寫高級配置信息。

云服務器名稱：自定義，如 ecs-iot

登錄憑證：密碼

密碼/確認密碼：自定義，設置遠程登錄 ECS 用的密碼，如 Huawei@123

云備份：暫不購買

云服務器組（可選）：反親和性，默認為空，無需配置

單擊“下一步：確認配置”，確認配置信息，閱讀并勾選同意協議，單擊“立即購買”。

主機創建完成后，返回云服務器列表，進行主機授信配置。請記錄“彈性公網 IP”信息，用于后續配置。

單擊主機名，如 ecs-iot，進入主機詳情頁面。選擇“安全組”頁簽，單擊“配置規則”。

選擇“入方向規則”，單擊“添加規則“

優先級：100

協議端口：基本協議-全部放通

源地址：默認配置，IP 地址、0.0.0.0/0

其余參數默認即可，詳情查看下圖。

Tips：SSH 協議端口（22）的入方向 TCP 協議默認開放，無需修改；邊緣節點需要使用7883 和 8943 端口，可以選擇全部放通。

填寫參數信息后，單擊“確定”。

安裝 Docker。

返回 ECS 控制臺，單擊“遠程登錄”。

選擇“CloudShell 登錄”。

輸入用戶名和密碼，其余參數默認不變，登錄 Linux 系統。

用戶名：root

密碼：購買彈性云服務器時配置的用戶密碼

執行如下命令，安裝 Docker Engine。//卸載舊版本，復制如下命令，回車執行。

sudo apt-get remove docker docker-engine docker.io containerd runc

更新 apt 資源，復制如下命令，回車執行。

sudo apt-get update

安裝相關依賴資源，復制如下命令，回車執行。

sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl gnupg-agent software-properties-common

添加 Docker 官方的 GPG key，復制如下命令，回車執行。

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

通過關鍵字查詢結果，復制如下命令，回車執行。

sudo apt-key fingerprint 0EBFCD88

添加穩定源，復制如下命令，回車執行。

sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu$(lsb_release -cs) stable"

安裝最新版本的 Docker，復制如下命令，回車執行。

sudo apt-get update

sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

根據提示信息，輸入 Y 并回車。

運行 hello-world 校驗 Docker 是否安裝成功，復制如下命令，回車執行。

sudo docker run hello-world

2.安裝MQTT設備模擬器

本章節指導用戶如何在本地PC上安裝MQTT設備模擬器，用于模擬設備基于MQTT協議接入IoT邊緣節點。

在本地PC上訪問MQTT.fx 下載頁面

http://mqttfx.jensd.de/index.php/download

下載MQTT.fx工具（本實驗以1.7.1版本為例）https://www.jensd.de/wordpress/?p=2746。

根據需要選擇需要的版本 ?http://www.jensd.de/apps/mqttfx/1.7.1/

雙擊已下載的安裝文件，單擊“Next >”進入下一步。

選擇安裝路徑，并單擊“Next >”進入下一步。

選擇快捷方式，并單擊“Next >”進入下一步。等待出現如下界面，單擊“Finish”完成安裝。

獲取設備接入證書。

在設備對接邊緣節點場景中，需要在設備側集成相應證書，單擊下載鏈接中的鏈接下載即可。

安裝 Modbus 設備模擬器：

本章節指導用戶如何在本地 PC 上安裝 Modbus slave 模擬器，用于模擬設備基于 Modbus 協議接入 IoT 邊緣節點。

在本地 PC 上訪問 https://modbustools.com/download.html，下載 Modbus Slave。注：Mobbus slave simulator 當前只有 Windows 版本，請按需下載 32 位或 64 位版本

雙擊已下載的安裝文件，同意協議，并單擊“Next >”進入下一步。

選擇安裝路徑，并單擊“Next >”進入下一步。

選擇安裝組件，并單擊“Install”開始安裝。

安裝完成，單擊“Next >”進入下一步。

單擊“Finish”完成安裝。

2、創建邊緣節點

IoT 邊緣標準版提供物聯網設備的就近接入能力，低時延的邊緣業務聯動，多場景的數據計算和預處理，提供本地自治能力保證業務的可靠性和連續性，和云端 IoT服務協同提供統一的設備管理和數據分析。

進入 IoT 邊緣控制臺，選擇左側導航欄“IoT 邊緣 > 邊緣節點”進入頁面。

單擊右上角“注冊節點”，配置邊緣節點基本信息，完成配置后進入下一步

區域：華北-北京四

節點類型：標準版

節點名稱：自定義，如 test_node

網關類型：other

綁定設備接入服務：IoTDA 默認基礎版 | 設備歸屬資源空間：選擇默認資源空間

配置節點數據，參數使用默認值即可，點擊“立即創建”，彈出如下對話框。

本次實驗邊緣節點硬件是彈性云服務器 ECS，支持架構選擇“x86_64”；

拷貝安裝命令，然后單擊“返回節點列表”關閉窗口。

cd /tmp && wget "https://ioe-installer.obs.cn-north-4.myhwclouds.com:443/edgeRuntime-0.3.072.20211111180419-x86/1636629336189/edgeRuntime-0.3.072.20211111180419-x86_64.tar.gz?AccessKeyId=XRMQYJEYZFLLTWFP6MZV&Expires=1639031086&Signature=ftcVCZNcFMmwIYwmt6%2BydfwwZ0g%3D" -O edgeRuntime_signed.tar.gz && tar -zxf edgeRuntime_signed.tar.gz && echo "-----BEGIN PUBLIC KEY----- MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEAss1wlVOptEpKHFxn64b/ UuIioiVgU0NcyW9vVzFFrNleN3dW6zoQ3BDDIkcGK5kq8/2YTNfh4FoUspDDiOue EYrt/cv94iTRtSr0u/NqWJmh2i3nZO6gQynOgee0+rki36G1hbRK2NtL3ixGAcq+ DWD6pCG0kE8E/PilIm6NdCKrS3D6TpbbSQeNOz6PY4QojBRHngj+ATjgk57xNGj4 1JGTibzBKx1m0vBRNIulXRahlAbs5XDytDzseySYpa8sTOMc3wTIC72vVXd155DP XpMtve5tk+UDkuWZQEUsPBUvkSzrKP3NDFkO7p1jhiC2DCndu6DcZX+8d07uaTWN WwIDAQAB -----END PUBLIC KEY-----" > edge_installer_pub.pem && openssl dgst -sha256 -verify edge_installer_pub.pem -signature edgeRuntime.tar.gz.sig edgeRuntime.tar.gz && tar -zxf edgeRuntime.tar.gz && sh install.sh iotedge-south.cn-north-4.myhuaweicloud.com 8943 666311413123526656 sys_edge_daemon 559c536f 08e529086200257f2f94c01e72745f4a cloud false standard && cd -

登錄邊緣節點服務器后臺系統。

返回 ECS 控制臺，請按如下步驟登錄：

1) 單擊“遠程登錄”。2) 選擇“CloudShell 登錄”。3) 輸入用戶名和密碼，其余參數默認不變，登錄 Linux 系統。

用戶名：root

密碼：購買彈性云服務器時配置的用戶密碼

執行安裝命令。

單擊鼠標右鍵，粘貼已拷貝的安裝命令，并回車確認，開始安裝

或者

安裝完成，等待一分鐘左右，進入 IoT 邊緣控制臺，“IoT 邊緣 > 邊緣節點 ”頁面，查看邊緣節點狀態變更為“已安裝”狀態

注：安裝過程中，可以單擊節點名稱，進入如下模塊管理頁面，當所有模塊的實例狀態顯示為“運行中”，表示安裝部署完成

3.部署邊緣應用

在邊緣節點安裝成功后可部署邊緣應用。

步驟 1 進入 IoT 邊緣控制臺，選擇左側導航欄“IoT 邊緣 > 邊緣節點 ”進入頁面。

步驟 2 選擇您的邊緣節點，單擊“節點名稱”進入節點詳情頁。

步驟 3 左側選擇“應用模塊”頁簽，查看已部署邊緣應用

本實驗使用的標準版默認部署 sys_edge_hub 和 sys_edge_agent。實例狀態顯示為“運行中”，表示應用運行正常。

單擊“部署應用”，選擇 Modbus 協議解析應用$edge_access 進行安裝。

邊緣應用：$edge_access

選擇版本：1-0-12-x86

單擊“確認”，等待應用安裝完成，狀態變更為“運行中”。

4.設備接入邊緣節點（MQTT）

IoT 邊緣應用部署完成后，邊緣節點即作為遠端物聯網平臺在設備側的延伸，云邊協同，共同完成設備管理。邊緣節點可以為近端連接的設備就近提供計算和管理服務，如低時延業務本地管理、與云端斷連時的本地控制和規則執行等。設備通過接入邊緣節點，最終通過邊緣節點將數據上傳到遠端物聯網平臺。本章節指導用戶實現基于 MQTT 協議的設備接入 IoT 邊緣節點。

創建產品（IoTDA）

對于設備通過邊緣節點上報至物聯網平臺的數據，云端物聯網平臺要能夠解析設備上報的數據。故需要在設備接入服務側完成產品模型定義，編解碼插件開發部署等。產品模型是用來描述設備能力的文件，通過 JSON 的格式定義了設備的基本屬性、上報數據和下發命令的消息格式。定義產品模型，即在物聯網平臺構建一款設備的抽象模型，使平臺理解該款設備支持的屬性信息。

步驟 1 進入設備接入服務控制臺，選擇左側導航欄“產品”進入頁面。

步驟 2 單擊右上角的“創建產品”，按照頁面提示填寫信息。

所屬資源空間：選擇創建邊緣節點時，綁定設備接入服務時選擇的設備歸屬資源空間

產品名稱：自定義，如 iot_edge

協議類型：MQTT

數據格式：JSON

廠商名稱：自定義，如 Huawei

設備類型：MQTT_Device

單擊“確定”，創建產品成功。

單擊“查看詳情”，進入產品詳情頁面。在“模型定義”頁簽下，單擊“上傳模型文件”。

添加產品模型文件“mqtt_profile.zip”，并單擊“確定”完成上傳。

查看服務列表，屬性和命令信息如下：

添加設備（IoT Edge）

進入 IoT 邊緣控制臺，選擇左側導航欄的“IoT 邊緣>邊緣節點”，選擇您的邊緣節點名稱，進入節點詳情頁。

步驟 2 選擇“邊緣設備”頁簽，單擊“添加邊緣設備”，并填寫相關參數。

所屬產品：選擇上一步創建的產品，如 iot_edge

設備標識碼：自定義（設備標識碼存在唯一性，請勿照抄截圖）

設備名稱：自定義（設備名稱存在唯一性，請勿照抄截圖）

模塊 ID：值為空，請勿填寫

password：自定義，如 12345678

Tips：若添加設備失敗，可嘗試修改設備標識碼和設備名稱

單擊“確認”，添加設備成功，請保存好設備 ID 和密鑰，用于設備接入平臺認證。

設備ID? iotedge

設備密鑰? 12345678

完成添加設備后，可以在設備列表中查看設備狀態，并管理邊緣設備。

也可以單擊“設備 ID”跳轉至“設備接入服務控制臺”進行設備管理。

設備接入調測

本章節以 MQTT.fx 為例，介紹以 MQTT 原生協議接入 IoT 邊緣節點，通過邊緣節點上報設備屬性至物聯網平臺。MQTT.fx 是目前主流的 MQTT 客戶端，可以快速驗證是否可以與物聯網平臺服務交互發布或訂閱消息

訪問這里，填寫上一步驟中添加設備成功后生成的設備 ID 和設備密鑰，生成連接信息（ClientId、Username、Password）。

打開 MQTT.fx 軟件，單擊設置圖標。

參考如下信息配置鑒權參數。

Broker Address：填寫邊緣節點服務器公網 IP 地址，查看方法如圖：

Broker Port：填寫邊緣節點提供給南向 mqtt 設備接入的端口，即 7883

Cliend ID：設備 cliendID，

User Name：即設備 ID

Password：加密后的設備密鑰

在設備對接邊緣節點場景中，需要在設備側集成相應證書（證書文件），用于設備校驗邊緣節點的身份。

單擊“Apply”保存配置后，在 MQTT.fx 主界面單擊“Connect”，設備鑒權成功后，在 IoT 邊緣控制臺和物聯網平臺可以看到設備處于在線狀態。

設備接入平臺顯示邊緣節點、設備在線：

通過 MQTT.fx 模擬設備上報屬性，并在物聯網平臺查看設備上報數據。

在 Publish 頁簽，填寫設備屬性上報 Topic，及 JSON 消息體，單擊“Publish”完成上報。（其中，iotedge為示例的設備 ID，請替換為實際值。）

$oc/devices/iotedge/sys/properties/report

{ "services" : [{ "service_id" : "sensor", "properties" : { "temp" : 25, "humi" : 11 }, "event_time" : null } ] }

在物聯網設備接入平臺查看設備上報數據

通過 MQTT.fx 訂閱命令下發 Topic，并在物聯網平臺下發控制命令，查看設備是否收到平臺下發的命令。

在 Subscribe 頁簽，填寫命令下發 Topic，并單擊“Subscribe”完成訂閱。

Topic：$oc/devices/iotedge/sys/commands/#

其中，iotedge為設備 ID，請替換為實際值

在物聯網平臺執行命令下發。

進入設備詳情頁，選擇“命令”頁簽，單擊同步命令下發區域的“命令下發”，設置參數并單擊“確定”完成命令下發。

選擇命令：sensor: control_light

light：ON

在 MQTT.fx 客戶端查看，平臺下發命令接收成功。

如下圖所示，右下角黑底白字內容，即為客戶端接收到的平臺下發命令的詳細信息。

5 設備接入邊緣節點（Modbus）

本章節指導用戶實現基于 Modbus 協議的設備接入 IoT 邊緣節點。

創建產品（IoTDA）

步驟 1 進入設備接入控制臺，選擇左側導航欄“產品 ”進入頁面。

步驟 2 單擊右上角的“創建產品”，按照頁面提示填寫信息。

所屬資源空間：選擇創建邊緣節點時，綁定設備接入服務時選擇的設備歸屬資源空間。

產品名稱：自定義，如 iot_edge_modbus

協議類型：Modbus

數據格式：JSON

廠商名稱：自定義，如 Huawei

所屬行業：無

設備類型：填寫固定值 modbus_device，必填該字段

單擊“確定”，創建產品成功。

單擊“查看詳情”，進入產品詳情頁面。在“模型定義”頁簽下，單擊“上傳模型文件”。

添加產品模型文件“modbus_profile.zip”，并單擊“確定”完成上傳。

查看服務列表，屬性和命令信息如下：

注冊設備（IoT Edge）

步驟 1 進入 IoT 邊緣控制臺，選擇左側導航欄的“IoT 邊緣>邊緣節點”，選擇您的邊緣節點名稱，進入節點詳情頁。

步驟 2 選擇“邊緣設備”頁簽，單擊“添加邊緣設備”，注冊 modbus 網關設備，網關作為服務端。

所屬產品：選擇 xxxxxxxmodbus_server

設備標識碼：自定義，（設備標識碼存在唯一性，請勿照抄截圖）iotedgemo

設備名稱：自定義，設備標識碼存在唯一性，請勿照抄截圖）iotedgemo

連接類型：選擇 Server，表示該 modbus 網關作為服務端，邊緣節點作為客戶端

ip：先填寫 127.0.0.1，在配置 NAT 穿越后進行修改

port：先填寫 502，在配置 NAT 穿越后進行修改

查看已添加的邊緣網關設備，單擊“管理子設備”，進入子設備詳情頁。

單擊“注冊子設備”，根據提示完成子設備注冊。

選擇產品：選擇剛創建的 Modbus 協議類型的產品，如 iot_edge_modbus

數據采集配置：

采集方式：選擇“單量測點采集”，即一個指令采集設備下一個屬性

讀功能碼：根據設備說明書填寫，3

寫功能碼：當設備不支持寫寄存器時，填 16

寄存器地址：溫度屬性地址對應 10 進制 1，濕度屬性對應地址為 10 進制 0

寄存器數量：設備溫度和濕度僅占一個寄存器，因此寄存器數量都填寫 1

交換寄存器內高低字節：false

交換寄存器順序：false

縮放因子：根據設備說明書填寫，因寄存器中存儲值比真實值擴大了 10 倍，因此邊緣節點需要將該值縮小 10 倍，因此該值為 0.1

添加子設備：

設備標識碼：自定義，（設備標識碼存在唯一性，請勿照抄截圖）

設備名稱：自定義，（設備標識碼存在唯一性，請勿照抄截圖）

slaveId：設備地址，參-說明書的地址碼，為 10 進制 1

period：10 （數據采集周期，IoT 邊緣節點采集 Modbus 設備數據的時間間隔，單位為：秒，最小采集間隔可設置為１秒）

單擊“確定”，完成子設備注冊

配置 NAT 穿越

針對 Modbus 協議接入的設備，部署在邊緣節點服務器上的 Modbus Server 會按配置的數據采集周期向本地 PC 上運行的 Modbus Slave 客戶端發送數據采集請求。

由于本地 PC 沒有公網固定 IP 導致網絡不通，Modbus Server 的數據采集請求無法發送成功，所以需要參考如下步驟配置 NAT 穿越，打通數據采集請求網絡鏈路。

步驟 1 訪問 https://natapp.cn/，使用手機號免費注冊，并根據提示完成實名認證。

步驟 2 登錄后進入會員中心，選擇購買隧道 > 免費隧道

填寫配置信息后，單擊“免費購買”。

名稱：自定義，如：IoT 數采實驗 NAT 穿越

隧道協議：下拉選擇 TCP

本地端口：填寫固定值，即：502

購買完成，進入我的隧道頁面，顯示查看 authtoken，并記錄下來用于后續配置。

訪問 https://natapp.cn/#download，選擇合適版本的客戶端進行下載。

這里以下載 Windows 64 位版本為例，下載后解壓，即可獲取到 natapp.exe 可執行文件。

訪問 https://natapp.cn/article/config_ini，右鍵單擊 config.ini 選擇另存為，將文件保存到natapp.exe 同一目錄下。

打開 config.ini 文件，配置 authtoken 值，并保存關閉。

雙擊運行 natapp.exe。顯示 Online 表示運行正常。

我的隧道頁面，顯示為在線：

打開命令提示符窗口，執行如下命令，獲取域名地址對應的 IP 地址。

ping server.natappfree.cc

其中，server.natappfree.cc 從 natapp 運行界面獲取：

記錄獲取到的 IP 地址，示例如下：

訪問 IoT 邊緣控制臺，進入邊緣節點詳情頁面。在邊緣設備列表頁，單擊“配置”，修改 Modbus Server 參數。

修改 ip、port，并單擊“確認”保存。

port：配置 natapp 代理服務端端口，如：40126

ip：配置 natapp 代理服務端域名解析到的 IP 地址，如：112.74.89.58

設備數據采集

步驟 1 運行 Modbus Slave 客戶端。

步驟 2 選擇工具欄“Connection > Connect…”，配置 Modbus Slave 監聽 ip 和端口

單擊“Register later”，關閉注冊窗口。

配置 Modbus Slave 連接參數。

Connection：Modbus TCP/IP

IP Address：127.0.0.1

Port：502

單擊“OK”保存配置

選擇工具欄“Setup > Slave Definition”，打開 Slave Definition 配置窗口

1) 填寫配置參數。

Slave ID：與上一步注冊子設備時的 Slave ID 一致，即配置為 1

Address：配置的寄存器地址與上一步注冊子設備時的數據采集中的寄存器地址配置一致，即配置為 0

2) 單擊“OK”保存配置。

步驟 4 回到主界面，在 Modbus 協議寄存器中配置采集數值。

0 地址位：輸入起始 Value 為 100，并勾選 Auto increment

1 地址位：輸入起始 Value 為 200，并勾選 Auto increment

等待 2 個數據采集周期，如 20 秒，查看設備采集數據結果。

1 分鐘后，可以看到 Modbus 子設備在線，并且在設備影子頁簽可以看到設備上報的數據值。選擇“概述”頁簽，查看最新上報數據：

實驗完成，您可以按如下步驟刪除在實驗過程中，產生在您的華為云帳號下的相關資源。注：所有資源刪除動作，在“華北-北京四”區域下進行

刪除彈性云服務器 ECS

刪除邊緣節點

刪除產品

基于IoT邊緣實現多協議設備接入案例實踐實踐完成。

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IoT MQTT 設備接入 IoTDA

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