Kubeedge - 4： 玩转 Device twin

什么是 Device twin

Device twin

  • 设备的动态属性，在 KubeEdge 中的设备孪生 包含了desired value(期望值)和reported value(真实值)
  • 在 KubeEdge 利用 Device Model 和 Device Instance 的机制，通过一套 Device Model 生成大量 Device Instance 的机制实现关联管理

Device Commpents in KubeEdge


Membership Module

  • 该模块主要负责绑定新加入的设备与指定的边缘节点（其实就是NodeSelector的体现）。比如温度传感器关联在边缘节点node-A上，蓝牙音箱关联在了节点node-B上，如果云端要控制蓝牙音箱，那就要把数据准确的推到node-B上

Twin Module

  • 该模块主要负责所有设备孪生相关的操作。比如，设备孪生更新（device twin update）、设备孪生获取（device twin get）和设备孪生同步至云端（device twin sync-to-cloud）

Communication Module

  • 该模块主要负责各个子模块之间的通信

Device Module

  • 该模块主要负责执行设备相关的操作，比如处理设备状态（device status）更新和设备属性（device attribute）更新。
    （PS. 如果不搞清楚“设备属性”、“设备状态”和“设备孪生”的概念，那么初学者很容易混淆Twin Module和Device Module这两个子模块的功能职责。事实上，我不太明白如此设计的原因是什么，总觉得这部分的设计稍有欠妥）
  • 此外，DeviceTwin模块会在本地数据库（SQLite）中创建3张表，即Device Table、Device Attribute Table和Device Twin Table，分别记录设备的基本信息、设备的属性信息和设备孪生信息。表的具体字段设计详见这里。

MoreInfo Device Model

  • 如何定义Device Model
    一个 Device Model 的资源文件大概是:
    apiVersion: devices.kubeedge.io/v1alpha2
    kind: DeviceModel
    metadata:
     name: sensor-tag-model
     namespace: default
    spec:
     properties:
      - name: temperature
        description: temperature in degree celsius
        type:
         int:
          accessMode: ReadWrite
          maximum: 100
          unit: degree celsius
      - name: temperature-enable
        description: enable data collection of temperature sensor
        type:
          string:
            accessMode: ReadWrite
            defaultValue: 'OFF'

MoreInfo Device Instance

一个 Device Instance 大概是：

apiVersion: devices.kubeedge.io/v1alpha2
kind: Device
metadata:
  name: sensor-tag-instance-01
  labels:
    description: TISimplelinkSensorTag
    manufacturer: TexasInstruments
    model: CC2650
spec:
  deviceModelRef:
    name: sensor-tag-model
  protocol:
    modbus:
      slaveID: 1
    common:
      com:
        serialPort: '1'
        baudRate: 115200
        dataBits: 8
        parity: even
        stopBits: 1
  nodeSelector:
    nodeSelectorTerms:
    - matchExpressions:
      - key: ''
        operator: In
        values:
        - node1
  propertyVisitors:
    - propertyName: temperature
      modbus:
        register: CoilRegister
        offset: 2
        limit: 1
        scale: 1
        isSwap: true
        isRegisterSwap: true
    - propertyName: temperature-enable
      modbus:
        register: DiscreteInputRegister
        offset: 3
        limit: 1
        scale: 1.0
        isSwap: true
        isRegisterSwap: true
status:
  twins:
    - propertyName: temperature
      reported:
        metadata:
          timestamp: '1550049403598'
          type: int
        value: '10'
      desired:
        metadata:
          timestamp: '1550049403598'
          type: int

Data Topic

  • 在KubeEdge v1.4之后，也添加了可以在边缘端的Data topic模块
    apiVersion: devices.kubeedge.io/v1alpha1
    kind: Device
    metadata:
        ...
    spec:
      deviceModelRef:
        ...
      protocol:
        ...
      nodeSelector:
        ...
      propertyVisitors:
        ...
      data:
        dataTopic: "$ke/events/device/+/data/update"
        dataProperties:
          - propertyName: pressure
            metadata:
              type: int
          - propertyName: temperature
            metadata:
              type: int

Topic 汇总

topic 发布者（publish) 订阅者(subscribe) 用途简介 mapper是否必须实现
$hw/events/node/+/membership/updated edgecore mapper 订阅设备列表的变化 建议实现
$hw/events/node/+/membership/get mapper edgecore 查询设备列表 建议实现
$hw/events/node/+/membership/get/result edgecore mapper 获取查询设备列表的结果 建议实现
$hw/events/device/+/updated edgecore mapper 订阅设备属性描述的变化 否
$hw/events/device/+/twin/update/result edgecore mapper 获取设备属性更新是否成功 建议实现
$hw/events/device/+/twin/update/delta edgecore mapper 获取设备属性更新的值 是
$hw/events/device/+/twin/update/document edgecore mapper 获取设备属性更新的操作记录 否
$hw/events/device/+/twin/get/result edgecore mapper、apps 返回获取设备属性的值 否
$hw/events/device/+/twin/update mapper edgecore 通知设备属性的值更新 是
$hw/events/device/+/twin/get mapper,apps edgecore 获取设备属性的值 否
$hw/events/device/+/state/update mapper edgecore 通知设备状态更新 建议实现
$hw/events/device/+/state/update/result edgecore mapper 获取设备状态更新结果 否
$ke/events/device/+/data/update mapper apps 获取设备属性的时序数据 是
$hw/events/upload/# 暂无 edgecore 转发云端 否
SYS/dis/upload_records 暂无 edgecore 转发云端 否

致谢/参考