邊緣計(jì)算，是一種分散式運(yùn)算的架構(gòu)，它將應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)資料與服務(wù)的運(yùn)算，由網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)，移往網(wǎng)絡(luò)邏輯上的邊緣節(jié)點(diǎn)來處理。邊緣運(yùn)算將原本完全由中心節(jié)點(diǎn)處理大型服務(wù)加以分解，切割成更小與更容易管理的部分，分散到邊緣節(jié)點(diǎn)去處理。

基于邊緣計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)解決方案，從架構(gòu)上可以分為：傳感控制層、網(wǎng)絡(luò)層、敏捷控制器和應(yīng)用層。

傳感控制層：包含大量的傳感器、控制部件（比如開關(guān)等）和測(cè)量部件（比如電表等），另外還有通信部件。這些通信部件可能是獨(dú)立的，也可能是和其它部件結(jié)合在一起的。

網(wǎng)絡(luò)層：主要實(shí)現(xiàn)融合和互聯(lián)，它的功能除了網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接和管理之外，還包括邊緣計(jì)算，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，同時(shí)保障業(yè)務(wù)在本地的存活。本地存活和現(xiàn)場(chǎng)處理對(duì)物聯(lián)網(wǎng)尤其是工業(yè)和民用大型設(shè)施是非常重要的。此外，協(xié)議轉(zhuǎn)換也是這一層的重要功能。在IoT領(lǐng)域有特別多的協(xié)議，這些協(xié)議來自于各個(gè)行業(yè)歷史上的積累，所以需要在網(wǎng)關(guān)上做協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一承載在IP網(wǎng)絡(luò)上向外傳輸。

敏捷控制器：將網(wǎng)關(guān)送上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的處理，向上送給應(yīng)用層。并對(duì)下層的網(wǎng)絡(luò)、傳感器、控制部件、測(cè)量部件、計(jì)算資源進(jìn)行管理，提供網(wǎng)絡(luò)布署、配置的自動(dòng)化工具。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層：集成各種行業(yè)應(yīng)用。

“兩端一云”的物聯(lián)網(wǎng)解決方案IoTSuite

萬物互聯(lián)的蓬勃發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)接入的用戶和設(shè)備越來越多，無論是個(gè)人用戶，還是物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備，每時(shí)每刻都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量不斷增多的情況下，同時(shí)要求對(duì)于設(shè)備的響應(yīng)、本身的計(jì)算能力越來越強(qiáng)?；趥鹘y(tǒng)設(shè)備連接中央服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)延遲和帶寬會(huì)產(chǎn)生巨大成本，設(shè)備無法通過網(wǎng)絡(luò)即時(shí)連接到云和中央服務(wù)器。

為了解決上述問題，騰訊云提出了“兩端一云”的物聯(lián)網(wǎng)解決方案IoTSuite，幫助實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速物聯(lián)網(wǎng)化。同時(shí)，平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)TLS1.2、雙向認(rèn)證保護(hù)設(shè)備與云端通道安全，對(duì)于計(jì)算能力偏弱的設(shè)備，采用動(dòng)態(tài)令牌，實(shí)現(xiàn)一機(jī)一鑰的能力，完成設(shè)備端-云-應(yīng)用端的雙向安全通信。

如上圖所示，騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)整體包括三層架構(gòu)，包括平臺(tái)核心處理層，設(shè)備連接層以及應(yīng)用連接層。平臺(tái)核心處理層提供統(tǒng)一的云端中控管理平臺(tái)，提供包括數(shù)據(jù)模版，日志存儲(chǔ)，影子服務(wù)，規(guī)則引擎等功能。設(shè)備連接層和應(yīng)用連接層通過開放的APIs提供封裝的固件SDK和應(yīng)用SDK，向上集成不同行業(yè)應(yīng)用，向下連接各種傳感器、終端和中控網(wǎng)關(guān)設(shè)備，完成跨硬件設(shè)備接入。

整個(gè)平臺(tái)提供的開發(fā)支持，包括設(shè)備端的嵌入式固件SDK，云端開放式API接口，以及用戶應(yīng)用端的集成式SDK等。設(shè)備與云之間的通訊平臺(tái)封裝了標(biāo)準(zhǔn)的MQTT、CoAP、HTTP等不同的通訊協(xié)議，支持2G/4G/NB/lora/wifi等連接方式。同時(shí)，應(yīng)用端提供MQTT、WebSocket、HTTP協(xié)議及中間件，方便企業(yè)應(yīng)用、手機(jī)應(yīng)用等不同應(yīng)用的接入。

設(shè)備端固件SDK

提供基于Linux、Android及主流Rtos的設(shè)備接入SDK，支持各種包括2/3/4G、WIFI、LORA、NB-IOT通訊模式的通訊模組，SOC開發(fā)板、SIP開發(fā)板，封裝了與云端鑒權(quán)、通信的全套接口，支持MQTT/CoAP/WebSocket等多種協(xié)議，可移植至不同硬件環(huán)境運(yùn)行。

應(yīng)用端SDK

封裝了APP應(yīng)用端與騰訊云物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)中心的通訊過程,包括設(shè)備的配置入網(wǎng)、發(fā)現(xiàn)、連接、控制、狀態(tài)上報(bào)、告警和故障通知等。使用SDK，可以使得用戶快速完成APP開發(fā)，從而降低對(duì)復(fù)雜的協(xié)議與錯(cuò)誤處理等事項(xiàng)。

開放式通訊云API

提供從設(shè)備接入，賬號(hào)管理，設(shè)備綁定，遠(yuǎn)程監(jiān)控&升級(jí)等設(shè)備高級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù)，并提供對(duì)應(yīng)的云端API調(diào)用接口給到用戶進(jìn)行訪問使用，同時(shí)打通騰訊云大數(shù)據(jù)，AI等各種云產(chǎn)品的接口，滿足客戶根據(jù)自身業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)的使用。

整個(gè)框架從產(chǎn)品創(chuàng)建，設(shè)備功能設(shè)置，數(shù)據(jù)指令的上傳下發(fā)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)到發(fā)布環(huán)境的應(yīng)用，基本上實(shí)現(xiàn)了設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)化所需要的所有組件?？傮w而言，基于“兩端一云”的騰訊云IoTSuite物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)包含設(shè)備接入、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)可視化、終端智能在內(nèi)的多項(xiàng)功能。

如何實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算？

騰訊云IoT邊緣計(jì)算架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)，主流的主要為兩條路徑，一是微服務(wù)的升級(jí)模式，簡(jiǎn)單理解就是允許用戶在邊緣平臺(tái)運(yùn)行應(yīng)用程序，且提供開放的編程環(huán)境，與近年來來軟件定義的路徑相似；二是邊緣向云的滲透，利用邊緣能力滲透進(jìn)云領(lǐng)域的核心產(chǎn)品及服務(wù)，如數(shù)據(jù)庫、計(jì)算、存儲(chǔ)、安全的邊緣化。

騰訊云物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算解決方案，主要為物聯(lián)邊緣設(shè)備提供一套本地服務(wù)，解決物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景下的高可用、實(shí)時(shí)性、帶寬限制、私密性等問題。騰訊云IoT邊緣計(jì)算提供設(shè)備管理、消息收發(fā)、本地計(jì)算、緩存及同步能力，可以在邊緣設(shè)備完成本地化的物聯(lián)設(shè)備管理和通訊。

同時(shí)結(jié)合騰訊云SCF無服務(wù)函數(shù)agent，用戶只需在云端完成業(yè)務(wù)邏輯代碼編寫，運(yùn)行方式配置，消息規(guī)則配置，下發(fā)至在網(wǎng)設(shè)備。在設(shè)備上，系統(tǒng)將自動(dòng)完成代碼和配置同步，云函數(shù)運(yùn)行，并在設(shè)備上提供消息收發(fā)、緩存、與云端進(jìn)行消息同步等能力。當(dāng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，底層的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將數(shù)據(jù)上報(bào)至智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備，觸發(fā)云函數(shù)的運(yùn)行，將數(shù)據(jù)進(jìn)行離線處理，通過本地的IoT網(wǎng)關(guān)，再將離線處理的數(shù)據(jù)下發(fā)至物聯(lián)網(wǎng)底層設(shè)備。整個(gè)數(shù)據(jù)最主要的計(jì)算處理部分運(yùn)行主要是在云函數(shù)中進(jìn)行。

未來，我們會(huì)將更多的智能化服務(wù)如圖像識(shí)別，包裝為SCF云函數(shù)，逐步替換目前的SDK模式，通過調(diào)用云函數(shù)的方式就可以完成智能化應(yīng)用的開發(fā)。

執(zhí)行環(huán)境：無服務(wù)器云函數(shù)SCF

無服務(wù)器云函數(shù)（ServerlessCloudFunction）是騰訊云提供的無服務(wù)器（Serverless）執(zhí)行環(huán)境，通過托管用戶代碼，使用用戶配置的觸發(fā)器，根據(jù)觸發(fā)器的觸發(fā)事件，能夠自動(dòng)執(zhí)行用戶應(yīng)用。SCF云函數(shù)由事件觸發(fā)執(zhí)行，事件來源即觸發(fā)器，通常是由其他產(chǎn)品資源對(duì)象作為觸發(fā)器，例如COSBucket，CMQTopic隊(duì)列，定時(shí)器,IoT設(shè)備等。

云函數(shù)更多是對(duì)用戶的計(jì)算進(jìn)行托管，用戶將代碼和配置提交到云函數(shù)平臺(tái)上，此處的代碼是指用戶的一份代碼或者代碼包。配置，一個(gè)是指本身對(duì)于函數(shù)運(yùn)行環(huán)境的配置，包括使用的是哪種環(huán)境、所需的內(nèi)存、超時(shí)時(shí)間等；另一個(gè)是指觸發(fā)器的配置。

因?yàn)檎麄€(gè)函數(shù)即服務(wù)的運(yùn)行方式是觸發(fā)式運(yùn)行，觸發(fā)就需要有一個(gè)事件來源，而事件來源是和騰訊云其他產(chǎn)品進(jìn)行關(guān)聯(lián)后而產(chǎn)生。例如COS對(duì)象存儲(chǔ)產(chǎn)品，它的關(guān)聯(lián)就在COS的存儲(chǔ)桶中，當(dāng)用戶上傳一張圖片或者刪除一張圖片時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)事件，這個(gè)事件會(huì)觸發(fā)云函數(shù)的運(yùn)行。

例如和API網(wǎng)關(guān)的對(duì)接，也可以作為事件來源，在用戶的HTTP請(qǐng)求到達(dá)網(wǎng)關(guān)之后，API網(wǎng)關(guān)會(huì)把該請(qǐng)求作為事件轉(zhuǎn)發(fā)給云函數(shù)，觸發(fā)云函數(shù)的運(yùn)行，云函數(shù)拿到請(qǐng)求之后進(jìn)行處理，生成響應(yīng)給到用戶。

上圖為云函數(shù)的計(jì)算過程，用戶先代碼和配置提交到云函數(shù)平臺(tái)進(jìn)行保存，真正事件產(chǎn)生后，針對(duì)每一個(gè)事件都會(huì)拉起一個(gè)函數(shù)實(shí)例，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)式運(yùn)行。真正事件來臨時(shí)，用戶函數(shù)才會(huì)運(yùn)行，用戶代碼運(yùn)行時(shí)才有云函數(shù)代碼的數(shù)據(jù)運(yùn)算和費(fèi)用計(jì)算。

因?yàn)楹瘮?shù)本身是托管型的，用戶本身無法感知到實(shí)例在哪里運(yùn)行。云函數(shù)平臺(tái)背后有個(gè)大的計(jì)算資源池，用戶實(shí)例觸發(fā)之后，從資源池中隨機(jī)選取可運(yùn)行的位置，把用戶的函數(shù)實(shí)例在對(duì)應(yīng)位置上運(yùn)營起來。因此整個(gè)調(diào)度過程，或者事件來臨之后的函數(shù)擴(kuò)縮容過程，都是由平臺(tái)進(jìn)行的。云函數(shù)帶來的價(jià)值主要包括四點(diǎn)：

簡(jiǎn)化架構(gòu)：函數(shù)粒度的微服務(wù)架構(gòu)，使得系統(tǒng)的各個(gè)功能天然解耦，能像搭積木一樣組合自有及外部服務(wù)，實(shí)現(xiàn)所看即所得的后臺(tái)服務(wù)；

簡(jiǎn)化開發(fā)：無需關(guān)注底層硬件配置、OS，服務(wù)啟停、網(wǎng)絡(luò)收發(fā)，故障容災(zāi)，服務(wù)擴(kuò)縮容等，只需寫最核心的業(yè)務(wù)邏輯，實(shí)現(xiàn)真正的代碼即服務(wù)；

簡(jiǎn)化運(yùn)維：無須關(guān)注服務(wù)部署，服務(wù)器運(yùn)維，安全管控，擴(kuò)縮容配置等，且應(yīng)用能無縫升級(jí)，實(shí)現(xiàn)無痛切換到DevOps模式。

減少支出：無閑置成本，僅對(duì)函數(shù)資源大小，執(zhí)行時(shí)間，執(zhí)行次數(shù)按需計(jì)費(fèi)，相對(duì)云主機(jī)平均5%~15%的使用率，價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，實(shí)現(xiàn)了最徹底的按需計(jì)費(fèi)。

物聯(lián)網(wǎng)主要是和設(shè)備打交道，云函數(shù)交由平臺(tái)托管的調(diào)度，可以把云函數(shù)調(diào)度到用戶設(shè)備上去。通過云函數(shù)，用戶能夠在邊緣平臺(tái)運(yùn)行應(yīng)用程序，幫助實(shí)現(xiàn)設(shè)備上的邊緣計(jì)算。開發(fā)者只需通過編寫核心代碼并設(shè)置代碼運(yùn)行的條件，即可進(jìn)行實(shí)時(shí)文件處理和數(shù)據(jù)處理。

硬件設(shè)備如何接入？

接入IoTSuit

因?yàn)橹饕δ芗稍贗otSuite中，因此硬件設(shè)備的接入比較簡(jiǎn)單，只需獲取SDK、配置開發(fā)環(huán)境、將相關(guān)文件進(jìn)行移植即可。

SDK獲取

git clone https://github.com/tencentyun/tencent-cloud-iotsuite-embedded-c.git

開發(fā)環(huán)境

SDK在Linux環(huán)境下的測(cè)試和驗(yàn)證，主要基于Ubuntu16.04版本，gcc-5.4(建議至少gcc-4.7+)，Python2.7.12+(代碼生成及控制臺(tái)命令行腳本)。安裝cmake工具h(yuǎn)ttp://www.cmake.org/download/

編譯及運(yùn)行

a.執(zhí)行命令，編譯示例程序

cd tencent-cloud-iotsuite-embedded-c

mkdir-pbuild

cd build

cmake../

make

b.編譯后，build目錄下的關(guān)鍵輸出及說明如下：

bin

|--demo_mqtt#MQTT連接云服務(wù)演示程序

|--demo_shadow#Shadow影子設(shè)備操作演示程序

|--iotsuite_app#通用數(shù)據(jù)模板演示程序

|--light#基于數(shù)據(jù)模板的RGB LED Light演示程序

lib

|--libtc_iot_suite.a#SDK的核心層,libtc_iot_hal、libtc_iot_common提供連接云服務(wù)的能力

|--libtc_iot_common.a#SDK基礎(chǔ)工具庫，負(fù)責(zé)http、json、base64等解析和編解碼功能

|--libtc_iot_hal.a#SDK的硬件及操作系統(tǒng)抽象，負(fù)責(zé)內(nèi)存、定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)交互等功能

c.執(zhí)行示例程序

cd bin

#運(yùn)行demo程序

./demo_mqtt

#or

./iotsuite_app

移植說明

SDK抽象定義了硬件及操作系統(tǒng)平臺(tái)抽象層（HAL層），將所依賴的內(nèi)存、定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)傳輸交互等功能，都封裝在HAL層（對(duì)應(yīng)庫libtc_iot_hal）中，進(jìn)行跨平臺(tái)移植時(shí)，首先都需要根據(jù)對(duì)應(yīng)平臺(tái)的硬件及操作系統(tǒng)情況，對(duì)應(yīng)適配或?qū)崿F(xiàn)相關(guān)的功能。

平臺(tái)移植相關(guān)的頭文件及源文件代碼結(jié)構(gòu)如下：

include/platform/

|--linux#不同的平臺(tái)或系統(tǒng)，單獨(dú)建立獨(dú)立的目錄

||--tc_iot_platform.h#引入對(duì)應(yīng)平臺(tái)相關(guān)的定義或系統(tǒng)頭文件

|--tc_iot_hal_network.h#網(wǎng)絡(luò)相關(guān)定義

|--tc_iot_hal_os.h#操作系統(tǒng)內(nèi)存、時(shí)間戳等相關(guān)定義

|--tc_iot_hal_timer.h#定時(shí)器相關(guān)定義

src/platform/

|--CMakeLists.txt

|--linux

|--CMakeLists.txt

|--tc_iot_hal_net.c#TCP非加密直連方式網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)

|--tc_iot_hal_os.c#內(nèi)存及時(shí)間戳實(shí)現(xiàn)

|--tc_iot_hal_timer.c#定時(shí)器相關(guān)實(shí)現(xiàn)

|--tc_iot_hal_tls.c#TLS加密網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)

C-SDK中提供的HAL層是基于Linux等POSIX體系系統(tǒng)的參考實(shí)現(xiàn)，但并不強(qiáng)耦合要求實(shí)現(xiàn)按照POSIX接口方式，移植時(shí)可根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)的情況，靈活調(diào)整。所有HAL層函數(shù)都在include/platform/tc_iot_hal*.h中進(jìn)行聲明，函數(shù)都以tc_iot_hal為前綴。

使用IoTSuit和SCF完成邊緣計(jì)算

以搭建一個(gè)電子圍欄應(yīng)用為例，用戶只需配置簡(jiǎn)單五步即可快速開發(fā)：

在云端創(chuàng)建設(shè)備，云端將為設(shè)備分配設(shè)備標(biāo)識(shí)，分配通訊通道，分配配置認(rèn)證信息；

編寫電子圍欄消息處理函數(shù)，配置消息轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則；

綁定設(shè)備與函數(shù)，綁定設(shè)備與規(guī)則；

在設(shè)備中安裝邊緣計(jì)算agent，配置設(shè)備標(biāo)識(shí)，認(rèn)證信息，配置通訊通道信息；

啟動(dòng)agent，云端將電子圍欄函數(shù)下發(fā)至本地，驗(yàn)證函數(shù)與規(guī)則在邊緣端生效。