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paas-ta-container-platform-edge-sample-guide.md

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Index > CP Install > Edge 샘플 가이드


Table of Contents

  1. 문서 개요
    1.1. 목적
    1.2. 범위
    1.3. 시스템 구성도
    1.4. 참고자료

  2. KubeEdge Sample 배포
    2.1. Web 기반 KubeEdge Counter Sample
    2.2. Edge 기반 KubeEdge 온도 수집 Sample


1. 문서 개요

1.1. 목적

본 문서 (KubeEdge Sample 배포 가이드) 는 Raspberry Pi 및 온습도 센서 (DHT11)을 이용하여 실제 Edge 환경과 Device를 구성하여 Sample을 배포 및 확인하는 방법을 기술하였다.


1.2. 범위

설치 범위는 KubeEdge 실제 Edge 환경을 구성 및 검증하기 위한 KubeEdge Sample 배포 가이드를 기준으로 작성하였다.


1.3. 시스템 구성도

시스템 구성은 Kubernetes Cluster(Master, Worker)와 Raspberry Pi(Edge), DHT11 센서(Device) 환경으로 구성되어 있다. Kubespray를 통해 Kubernetes Cluster(Master, Worker)를 설치하고 Kubernetes 환경에 KubeEdge를 설치한다. 총 필요한 VM 환경으로는 Master VM: 1개, Worker VM: 3개 이상, Raspberry Pi: 1개 이상이 필요하다. 본 문서는 실제 Edge 환경을 구성하기 위한 Edge 환경 구성 및 검증 내용이다.

image 001


1.4. 참고자료

https://kubeedge.io/en/docs/developer/device_crd/ https://github.com/kubeedge/examples https://github.com/kubeedge/examples/blob/master/kubeedge-counter-demo/README.md https://github.com/kubeedge/examples/blob/master/temperature-demo/README.md


2. KubeEdge Sample 환경 설정

본 가이드에서는 두가지의 Sample을 이용하여 Cloud, Edge 간 데이터 통신을 확인한다. Cloud 환경에 Kubernetes Cluster를 구성하였으며 Raspberry Pi를 이용하여 Edge Node를 추가하였다. Raspberry Pi에는 온습도 센서 (DHT11)를 연결, 구성하였다.

Container Platform 포털 설치 진행 전 KubeEdge Sample을 배포하려면 별도로 Podman 설치를 진행해야한다.

  • Ubuntu 20.04 arm64 Podman 설치
$ echo "deb https://download.opensuse.org/repositories/devel:/kubic:/libcontainers:/stable/xUbuntu_20.04/ /" | sudo tee etc/apt/sources.list.d/devel:kubic:libcontainers:stable.list

$ curl -L https://download.opensuse.org/repositories/devel:/kubic:/libcontainers:/stable/xUbuntu_20.04/Release.key | sudo apt-key add -

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get -y upgrade 
$ sudo apt-get -y install podman

2.1. Web 기반 KubeEdge Counter Sample

Master Node에서 Web Application을 배포한 후 Edge Node에서 Counter Application 배포를 진행한다.

  • Master Node와 Edge Node에서 Sample 배포에 필요한 파일을 다운로드한다.
$ wget --content-disposition https://nextcloud.paas-ta.org/index.php/s/acaatJ77zgYsEYb/download

$ tar zxvf kubeedge-sample-v1.4.tar.gz

  • Master Node에서 Container Image 파일을 Load한다.
$ cd ~/kubeedge-sample/kubeedge-counter/amd64

$ sudo podman load -i kubeedge-counter-app.tar

  • Edge Node에서 Container Image 파일을 Load한다.
$ cd ~/kubeedge-sample/kubeedge-counter/arm64

$ sudo podman load -i kubeedge-pi-counter.tar

  • Master Node에서 DeviceModel, DeviceInstance를 배포한다.
$ cd ~/kubeedge-sample/kubeedge-counter/

## DeviceModel 배포
$ kubectl apply -f kubeedge-counter-model.yaml

## DeviceInstance 내 호스트명 변경 ()
$ sed -i "s/{EDGE_NODE_NAME}/{{실제 엣지노드 호스트명}}/g" kubeedge-counter-instance.yaml

ex) sed -i "s/{EDGE_NODE_NAME}/paasta-cp-edge-1/g" kubeedge-counter-instance.yaml

## DeviceInstance 배포
$ kubectl apply -f kubeedge-counter-instance.yaml

  • Master Node에서 Web Application, Counter Application을 배포한다.
$ kubectl apply -f kubeedge-web-controller-app.yaml

$ kubectl apply -f kubeedge-pi-counter-app.yaml

  • 브라우저에서 배포된 Web에 접근하여 Counter 기능을 제어한다. Cloud 영역에 배포된 Web을 통해 Edge 영역에 배포된 Counter Application을 제어하여 Counter 값을 얻을 수 있다. image 002

  • Master Node에서 Device의 정보를 확인하여 수집중인 Counter 정보를 확인한다. 하단의 value 값 업데이트가 확인된다.
$ kubectl get device counter -oyaml -w -n kubeedge

...
status:
  twins:
  - desired:
      metadata:
        timestamp: "1640"
        type: string
      value: "ON"
    propertyName: status
    reported:
      metadata:
        timestamp: "1640253571427"
        type: string
      value: "99"

  • Edge Node에서 '$hw/events/device/counter/twin/update' 토픽을 구독하여 전달되는 데이터를 확인한다.
## mosquitto_sub 명령어 사용을 위해서는 다음 패키지 설치를 진행한다.
$ sudo apt install mosquitto-clients

$ mosquitto_sub -h 127.0.0.1 -t '$hw/events/device/counter/twin/update' -p 1883

{"event_id":"","timestamp":0,"twin":{"status":{"actual":{"value":"1643"},"metadata":{"type":"Updated"}}}}
{"event_id":"","timestamp":0,"twin":{"status":{"actual":{"value":"1644"},"metadata":{"type":"Updated"}}}}
{"event_id":"","timestamp":0,"twin":{"status":{"actual":{"value":"1645"},"metadata":{"type":"Updated"}}}}
{"event_id":"","timestamp":0,"twin":{"status":{"actual":{"value":"1646"},"metadata":{"type":"Updated"}}}}
{"event_id":"","timestamp":0,"twin":{"status":{"actual":{"value":"1647"},"metadata":{"type":"Updated"}}}}

2.2. Edge 기반 KubeEdge 온도 수집 Sample

Edge Node (Raspberry Pi) 에서 GPIO를 이용하여 DHT11 온도센서를 구성하였으며, Temperature Application을 배포하였다.

  • Master Node와 Edge Node에서 Sample 배포에 필요한 파일을 다운로드한다.
$ wget --content-disposition https://nextcloud.paas-ta.org/index.php/s/acaatJ77zgYsEYb/download

$ tar zxvf kubeedge-sample-v1.4.tar.gz

  • Edge Node에서 Container Image 파일을 Load한다.
$ cd ~/kubeedge-sample/kubeedge-temperature/arm64

$ sudo podman load -i kubeedge-temperature.tar

  • Master Node에서 DeviceModel, DeviceInstance를 배포한다.
$ cd ~/kubeedge-sample/kubeedge-temperature/

## DeviceModel 배포
$ kubectl apply -f model.yaml

## DeviceInstance 내 호스트명 변경 ()
$ sed -i "s/{EDGE_NODE_NAME}/{{실제 엣지노드 호스트명}}/g" instance.yaml

ex) sed -i "s/{EDGE_NODE_NAME}/paasta-cp-edge-1/g" instance.yaml

## DeviceInstance 배포
$ kubectl apply -f instance.yaml

  • Master Node에서 Web Application, Counter Application을 배포한다.
## deployment 내 nodeSelector 변경
$ vi deployment.yaml

...
nodeSelector:
  kubernetes.io/hostname: {{EDGE_NODE_NAME}} (변경)
...

$ kubectl apply -f deployment.yaml

  • Master Node에서 Device의 정보를 확인하여 수집중인 온도 정보를 확인한다.
$ kubectl get device temperature -oyaml -w -n kubeedge

...
status:
  twins:
  - desired:
      metadata:
        type: string
      value: ""
    propertyName: temperature-status
    reported:
      metadata:
        timestamp: "1640253571427"
        type: string
      value: "24C"

  • Edge Node에서 '$hw/events/device/temperature/twin/update' 토픽을 구독하여 전달되는 데이터를 확인한다.
## mosquitto_sub 명령어 사용을 위해서는 다음 패키지 설치를 진행한다.
$ sudo apt install mosquitto-clients

$ mosquitto_sub -h 127.0.0.1 -t '$hw/events/device/temperature/twin/update' -p 1883

{"event_id":"","timestamp":0,"twin":{"temperature-status":{"actual":{"value":"24C"},"metadata":{"type":"Updated"}}}}
{"event_id":"","timestamp":0,"twin":{"temperature-status":{"actual":{"value":"24C"},"metadata":{"type":"Updated"}}}}
{"event_id":"","timestamp":0,"twin":{"temperature-status":{"actual":{"value":"23C"},"metadata":{"type":"Updated"}}}}
{"event_id":"","timestamp":0,"twin":{"temperature-status":{"actual":{"value":"24C"},"metadata":{"type":"Updated"}}}}
{"event_id":"","timestamp":0,"twin":{"temperature-status":{"actual":{"value":"24C"},"metadata":{"type":"Updated"}}}}

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