产品说明

简介

Industrial Edge Gateway 是一个轻量级的工业边缘计算网关，旨在连接工业现场设备（南向）与云端/上层应用（北向），并提供本地边缘计算能力。项目采用 Go 语言开发后端，Vue 3 开发前端管理界面。

图 1: 数据流向示意图

主要特性

智能采集优化

基于设备画像的自适应采集系统，实现南向通信的智能优化：

核心优势：

🎯 自适应参数：无需手动配置，系统自动学习最优采集参数
⚡ 效率提升：批量读取优化，减少通信次数，提升吞吐量
🛡️ 稳定性增强：智能心跳保活，快速故障检测与自动恢复
📊 可观测性：完整的设备画像与性能统计，支持运行监控

核心组件：

组件	技术原理	优化目标
RTT 管理器	采用 EWMA 算法实时监测设备往返延迟，动态计算最优超时阈值	避免超时设置不当导致的通信失败，实现超时参数自适应
MTU 管理器	自动探测设备最大传输单元，智能协商单次通信数据包大小	在保证可靠性前提下最大化数据吞吐量，提升批量采集效率
Gap 优化器	基于设备负载状态与响应特性，动态调整通信请求时间间隔	实现采集效率与设备负载的最佳平衡，提升总线通信效率
影子设备系统	统一内部数据模型，支持真实/虚拟影子设备，WAL 持久化	提供数据一致性校验与快速恢复能力
智能画像	自动学习设备 RTT、MTU、稳定性等特征参数	为每个设备建立通信画像，支持智能决策
采集调度器	基于设备画像优化采集顺序，支持批量读取优化	提升整体采集效率，降低通信开销

轻量级部署

单文件部署，零依赖，多架构支持，适合各种边缘计算场景：

核心优势：

📦 单文件部署 → 一个可执行文件搞定，无需安装
🎯 零依赖 → 不需要额外安装任何库或环境
🌐 多架构支持 → ArmV7、Arm32/64、X86/64 全覆盖
💪 轻量级 → 128MB内存就能跑，1GB存储空间

硬件要求：

配置项	最低配置	推荐配置
内存	128MB	512MB+
存储	1GB	4GB+
CPU	单核	双核+

适用设备：

✅ 树莓派（全系列）
✅ 工业网关（Arm/X86）
✅ 虚拟机/云主机
✅ 嵌入式设备

南向采集协议

协议	状态	说明
Modbus TCP / RTU / RTU Over TCP	✅ 已实现	完整支持，基于 simonvetter/modbus；智能采集优化，支持自动探测从站 MTU、连接失败指数退避重连、全自动本地端口探测
BACnet IP	✅ 已实现	支持设备发现、多网口广播 + 单播回退、对象扫描与点位读写、批量读失败自动回退到单读
OPC UA 客户端	✅ 已实现	基于 gopcua/opcua 实现，支持读写操作、订阅与监控，支持断线自动重连
Siemens S7	✅ 已实现	完整支持 S7-200Smart/1200/1500 系列 PLC；支持 DB、I/Q、M、T、C 内存区域
EtherNet/IP (ODVA)	🚧 开发中	开发实现
Mitsubishi MELSEC (SLMP)	🚧 开发中	开发实现
Omron FINS (TCP/UDP)	🚧 开发中	开发实现
DL/T645-2007	🚧 开发中	开发实现

北向上报协议

协议	状态	说明
MQTT	✅ 已实现	支持自定义 Topic、Payload 模板，支持批量点位映射与反向控制
Sparkplug B	✅ 已实现	支持 NBIRTH, NDEATH, DDATA 消息规范
OPC UA 服务端	✅ 已实现	基于 awcullen/opcua 实现，支持多种认证方式，支持双向互通

边缘计算与管理

规则引擎: 内置轻量级规则引擎，支持 expr 表达式进行逻辑判断和联动控制
日志系统: 支持 WebSocket 实时推送、历史日志查询与 CSV 导出
可视化管理: 基于 Vue 3 + Vuetify 的现代化 UI，支持通道监控、点位管理、登录安全等功能
配置管理: 采用模块化 YAML 配置，支持热重载（部分）
离线支持: 前端依赖已优化，支持完全离线局域网运行

边缘计算指南

图 2: 虚拟影子引擎示意图

本网关内置强大的边缘计算引擎，支持基于规则的本地联动控制，特别针对工业位操作进行了深度优化。

1. 表达式语法

规则引擎兼容 expr 语言，并扩展了工业场景专用的语法糖：

基础变量：

v: 当前点位的实时值

位操作增强： 支持 1-based (v.N) 和 0-based (v.bit.N) 两种风格：

语法/函数	索引方式	说明	等效函数
`v.N`	1-based	获取第 N 位 (从1开始)	`bitget(v, N-1)`
`v.bit.N`	0-based	获取第 N 位 (索引从0开始)	`bitget(v, N)`

内置位运算函数：

bitget(v, n): 获取第 n 位 (0/1)
bitset(v, n): 将第 n 位置 1
bitclr(v, n): 将第 n 位置 0
bitand(a, b), bitor(a, b), bitxor(a, b), bitnot(a)
bitshl(v, n) (左移), bitshr(v, n) (右移)

2. 智能写入机制 (读-改-写)

当对寄存器进行位操作写入时，网关采用 RMW（读-改-写）机制，确保不破坏其他位的状态。

流程：

读：驱动读取当前点位完整值
改：根据公式计算新值
写：将新值写入设备

3. 工作流引擎

图 3: 边缘流示意图

规则引擎支持高级工作流编排：

序列 (Sequence): 按顺序执行一系列动作
延时 (Delay): 在动作之间插入等待时间
检查 (Check): 验证某个条件是否满足

图 4: 边缘核心示意图

技术栈

后端: Go 1.25+

Web 框架: Fiber
MQTT: Paho MQTT
Modbus: simonvetter/modbus
OPC UA: gopcua/opcua
表达式引擎: expr

前端: Vue 3

构建工具: Vite
UI 库: Vuetify 3
路由: Vue Router 4
HTTP 客户端: Axios

快速开始

前置要求

Go 1.25+
Node.js 16+（仅用于编译前端）

1. 启动后端

# 获取依赖
go mod tidy

# 运行网关
go run cmd/main.go

# 或者指定配置目录
go run cmd/main.go -conf ./conf/

2. 编译前端

cd ui

# 安装依赖
npm install

# 编译生产环境代码
npm run build

访问 http://localhost:8082（默认端口）即可进入管理界面。
默认账号见 conf/users.yaml（admin / passwd@123）。

3. 设备扫描与点位管理（BACnet）

通道页面进入设备 → 点位列表 → 点击”扫描点位”即可从设备读取对象列表
勾选后点击”添加选定点位”，系统将以 Type:Instance 地址批量注册
发现流程：优先单播 WhoIs，失败后进行多网口广播；仍失败时使用配置地址回退构造设备并标记为离线

4. OPC UA 服务端指南

安全连接：

默认启用 Basic256Sha256（SignAndEncrypt）安全策略
自动生成有效期 10 年的自签名证书
支持 admin / admin（默认）登录

双向互通：

数据上报: 所有南向通道采集的数据自动映射到 OPC UA 地址空间
反向控制: 支持客户端直接修改点位值，网关自动透传写入指令至底层设备

API 概览

所有 API 需要携带认证头：Authorization: Bearer <token>

功能	API	方法
扫描通道设备	`/api/channels/:channelId/scan`	POST
扫描设备对象	`/api/channels/:channelId/devices/:deviceId/scan`	POST
获取点位列表	`/api/channels/:channelId/devices/:deviceId/points`	GET
添加点位	`/api/channels/:channelId/devices/:deviceId/points`	POST
更新点位	`/api/channels/:channelId/devices/:deviceId/points/:pointId`	PUT
删除点位	`/api/channels/:channelId/devices/:deviceId/points/:pointId`	DELETE
实时数据订阅	`/api/ws/values`	GET
获取边缘计算日志	`/api/edge/logs`	GET
导出边缘计算日志	`/api/edge/logs/export`	GET

配置结构

配置文件已拆分为模块化 YAML 文件，位于 conf/ 目录：

server.yaml: HTTP 服务器端口、静态资源路径
channels.yaml: 南向通道及设备配置
northbound.yaml: 北向 MQTT/SparkplugB 配置
edge_rules.yaml: 边缘计算规则配置
system.yaml: 系统级网络配置
users.yaml: 用户账号管理
storage.yaml: 数据库路径配置

示例（BACnet 通道片段）：

id: bac-test-1
protocol: bacnet-ip
config:
  interface_port: 47808
devices:
  - id: "2228316"
    enable: true
    interval: 2s
    config:
      device_id: 2228316
      ip: 192.168.3.112
      port: 47808
    points:
      - id: AnalogInput_0
        name: Temperature.Indoor
        address: AnalogInput:0
        datatype: float32
        readwrite: R