本文將介紹(shao)基(ji)于TDengine Database、EMQ X搭建一個集工(gong)業數(shu)據(ju)(ju)采(cai)集、匯(hui)聚、清(qing)洗(xi)、存儲分析以及可(ke)視化展示等能力(li)于一體的(de)輕(qing)量級邊緣計(ji)算(suan)工(gong)業互(hu)聯(lian)網平(ping)臺(tai)。在此方案(an)基(ji)礎上，讀者可(ke)以根據(ju)(ju)自身需求(qiu)調(diao)整(zheng)方案(an)設(she)計(ji)，從而(er)搭建滿足實際業務需求(qiu)的(de)工(gong)業互(hu)聯(lian)網平(ping)臺(tai)，加(jia)速實現工(gong)業智能化轉型(xing)。

工業互聯網的挑戰

據中(zhong)(zhong)國工(gong)業和信息(xi)化(hua)部(bu)信息(xi)中(zhong)(zhong)心最新的(de)(de)《工(gong)業互(hu)聯(lian)網體(ti)系(xi)架構(gou)（版本2.0）》所述(shu)，工(gong)業互(hu)聯(lian)網架構(gou)下(xia)(xia)的(de)(de)邊緣層主要(yao)實現以下(xia)(xia)功能：

• 邊緣層提供海量工業數據接入、轉換、數據預處理和邊緣分析應用等功能。
• 是工業數據接入，包括機器人、機床、高爐等工業設備數據接入能力，以及 ERP、MES、WMS 等信息系統數據接入能力，實現對各類工業數據的大范圍、深層次采集和連接；
• 是協議解析與數據預處理，將采集連接的各類多源異構數據進行格式統一和語義解析，并進行數據剔除、壓縮、緩存等操作后傳輸至云端；
• 是邊緣分析應用，重點是面向高實時應用場景，在邊緣側開展實時分析與反饋控制，并提供邊緣應用開發所需的資源調度、運行維護、開發調試等各類功能；

然而工業(ye)領域多(duo)種協議(yi)并(bing)存，如何(he)把異(yi)構(gou)設(she)備(bei)連(lian)接(jie)并(bing)將數據匯聚，實現后續的邊緣或云端計算(suan)，是無法回避(bi)的問(wen)題。目前(qian)一(yi)般的方案(an)有(you)以下兩種：

1. 在邊緣端采用傳統程序直接連接和控制設備。這種方式一般針對于特定設備或型號，定制化程度比較高，但是可移植性、可重用性、可擴展性和靈活性均較差，無法對(dui)接(jie)現在的大(da)數據和 AI 后臺(tai)，不具備對(dui)數據進行(xing)深入分析并(bing)產生更多價值的能(neng)力；

2. 將云端架構的軟件部署到邊緣端來實現。云端由 IT 產業主導，信息化程度非常高。但基于成本考慮，邊緣端的硬件設備一般計算能力有限，因此將云端架構的軟件直接遷移到邊緣設備上并不可行。在邊緣端實現上述功能的軟件必須加以優化，才能適應邊緣端的實際運行情況。

為了融合在邊緣 CT 和 IT 端的不同需求，TDengine 與 EMQ X 正式發布工業互聯網一體化解決方案，以幫助領域內相關企業應對工業互聯網邊緣端面臨的問題與挑戰。這一方案適合(he)在邊緣(yuan)端(duan)部署，具備(bei)各類協議解析(xi)、多源(yuan)數(shu)據接入和數(shu)據分析(xi)能力，可快速實現工業互聯網架構下邊緣(yuan)層的功能。

邊緣計算工業互聯網平臺解決方案

該方案可實現邊緣端的工業協議解析、數據匯聚和流式分析，將通過流式分析的數據存入在邊緣部署的 TDengine Database 中，在邊緣端運行的應用即可從 TDengine 中獲取和處理數據，呈現給最終用戶；在邊緣端運行的 Edge Manager 提供了一(yi)個管理(li)控制(zhi)臺，可以很方便地(di)實現軟件(jian)配置和管理(li)。

適用場景

對實時性要求比較高，可以作為邊緣自主獨立應用運行在邊緣的網關或者工控機上，與云端(duan)沒有(you)(you)交互。該方案中所有(you)(you)的計(ji)算和存儲等都(dou)在邊緣端(duan)實(shi)現，因此對(dui)硬(ying)件(jian)的計(ji)算、存儲等有(you)(you)一定的要求。用(yong)戶可以根據(ju)實(shi)際情況，將軟(ruan)件(jian)和應用(yong)分(fen)開部署在多(duo)個(ge)硬(ying)件(jian)設備(bei)上。

軟件列表

本方(fang)案會用(yong)到以(yi)下列表中的軟(ruan)件產品(pin)。

編號	名稱	提供商	開源
1	TDengine	TAOS DATA	是
2	EMQ X Neuron	EMQ	否-1
3	EMQ X Edge	EMQ	是
4	EMQ X Kuiper	EMQ	是
5	Edge manager	EMQ	否-2
6	Grafana	Grafana Labs	是

1: Neuron 未(wei)來規劃(hua)會將基礎功能進(jin)行開源，目前用(yong)(yong)戶下載后可(ke)以(yi)免費使用(yong)(yong)，如果內置試用(yong)(yong)版本的(de)數據采集點數不夠，可(ke)以(yi)通過 EMQ 網站(zhan)進(jin)行在線申(shen)請。

2: 用(yong)戶可(ke)以免(mian)費(fei)使用(yong)，免(mian)費(fei)版(ban)本中除了管理的(de)節點數目(mu)受限之(zhi)外(wai)，用(yong)戶可(ke)以使用(yong)所有功能(neng)。如(ru)果用(yong)戶想試用(yong)更多的(de)節點管理功能(neng)，可(ke)以通過 EMQ 網(wang)站進行在線申請。

 產品基本功能描述

1. TDengine：開源時序數據庫，實現對采集數據的處理

• 將原始數據，或者是經過流式處理之后的數據存儲到數據庫中；
• 應用程序可以通過 SQL 來實現對數據的訪問和分析處理；

2. Neuron：工業物聯網數據采集

• 支持了 Modbus，OPCUA，IEC61850，IEC104 和 BACnet 等眾多協議和設備；
• 管理控制臺，用戶可以在瀏覽器中進行可視化的配置，實現跨工業設備數據的接入；
• 北向標準 MQTT 數據發送，根據用戶指定配置，將數據發送至指定的 MQTT 消息服務器中；
• 南向控制接口，結合 Kuiper 提供的規則引擎功能，實現基于規則的設備控制；
• 本地數據存儲，實現設備原始數據的存儲和查看；

3. Edge：輕量級 MQTT 消息服務器

• 實現工業設備消息匯聚；
• 連接流式處理軟件，處理工業數據；
• 接受規則引擎的控制消息，傳遞至 Neuron 實現設備控制；
• 對接云端消息服務器，實現離線消息緩存；

4. Kuiper：基于 SQL 的 IoT 流式處理框架

• 可以持續地消費、過濾、轉換和路由來自于 Edge 中的數據；
• 基于此實現流分析、規則引擎和消息推送；
• 可以擴展實現對不同的數據源的支持，實現在邊緣端 ERP、MES、WMS 和工業數據的互聯互通，以及實時分析與處理；

5. Edge manager：集成了 Neuron、Edge 和 Kuiper 三者的網頁管理控制臺

• 在 web 端輕松進行統一可視化管理
• 實現了包括對 Neuron 的配置下發，數據發送目標的配置；
• Edge 狀態的管理；
• Kuiper 流、規則和插件等管理；

6. Grafana：模擬客戶的應用，將存儲在 TDengine 中的數據進行展示

支持的軟硬件環境

• 樹莓派、網關、工控機
• x86 & ARM – 64位和32位
• 常見 Linux 系統的支持
• 物理機，Docker & KubeEdge 等支持

開始試用

為了使用(yong)戶的(de)試(shi)用(yong)更(geng)(geng)加簡單，演示場景利(li)用(yong) Docker 和 Docker compose 技術進(jin)行快速的(de)部署(shu)，用(yong)戶可以(yi)(yi)在虛擬主機、工(gong)控機或者運算能力較強的(de)網(wang)關上(shang)按照教程來體驗該方案。在實際的(de)業務系統部署(shu)過程中(zhong)(zhong)，用(yong)戶可以(yi)(yi)根(gen)據需要在生(sheng)產環(huan)境中(zhong)(zhong)直(zhi)接采用(yong)二進(jin)制(zhi)安(an)裝包進(jin)行部署(shu)，這樣運行的(de)效率會更(geng)(geng)高。

該(gai)樣例場景中，數據(ju)(ju)(ju)通過 Modbus TCP 協議，發(fa)出模擬(ni)的溫(wen)度與濕度數據(ju)(ju)(ju)，這些(xie)數據(ju)(ju)(ju)進入系統后實(shi)現數據(ju)(ju)(ju)采集、匯聚(ju)、清洗(xi)、存儲分(fen)析和可視化(hua)等(deng)能力，以下是在 Grafana 中呈現的溫(wen)度與濕度的可視化(hua)報告。

注：TDengine 發布的容器鏡像缺省為 x86*64 環境，如果想切換為 ARM 架構，需要手工改一下 docker-compose.yml，以指向正(zheng)確的(de)版本(ben)。

總結

基于本(ben)文方案所搭建的工(gong)業互(hu)聯網基礎能力平臺，用(yong)戶(hu)可以(yi)實(shi)現高效、低成本(ben)的工(gong)業互(hu)聯網設備(bei)連接、采集和分析。