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EdgeOS 是 EdgeX 的边缘本地大脑，主控节点负责调度、业务规划、群控与节能。采用蜂群模式（双母皇热备），实现影子设备自动发现与双向通信。 EdgeOS: EdgeX's local edge brain. Master node handles scheduling, orchestration, swarm control & energy. Swarm mode (dual hot-standby queens) enables auto shadow discovery & bidirectional comms.

anviod.github.io/edgeOS/

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边缘大脑系统 (Edge Brain Open System)

本项目是为配合 Industrial Edge Gateway (edgeCore) 项目而实现的边缘大脑系统，提供 N+2 冗余架构、蜂群模式与集群协调能力。核心新增 EAN (Edge Agent Network) 统一 Agent 协作层，实现跨边缘网关的能力发现、调用编排与事件流处理。

学术论文

基于 EdgeCore 数字底座的工业边缘协调平台——EdgeOS 的设计与实现 · PDF 下载

系统阐述 EdgeOS 架构设计、EAN 2.0 协议、AI 协同与 N+2 冗余，含 11 章节架构图与性能测试数据。

文档站点

docs/ 经 GitHub Actions（.github/workflows/pages.yml）发布到 GitHub Pages：https://anviod.github.io/edgeOS/

站点采用零依赖的 Apple Pro Monochrome 单色系设计（docs/assets/portal.css，无 CDN、无构建步骤）：浅灰底 #F5F5F7 / 纯白卡片 #FFFFFF / 主文字 #1D1D1F / 副文字 #6E6E73；全局仅保留单一品牌强调色 Apple System Blue #0071E3（深色 #0A84FF），状态点只用 #34C759 / #FF9500。 主题切换持久化在 localStorage，首屏由内联引导脚本落地，避免刷新闪白。

首页能力

分区 内容
胶囊分段控制器 顶部与中部各一组，系统总览 / 控制子系统 / 双通道总线 / 流水线 / 点位规范 / 文档 双向联动，切换时同步刷新眉标、标题与说明
集群遥测条 单调时钟（µs 级）、Capability 计数、Router 延迟、Registry 状态、人机签核门禁与事件总线实时流
架构检查器 六大控制平面卡片 → 抽屉式检查器，内嵌 macOS 风格代码窗（红黄绿窗钮 + 一键复制），展示 EAN 2.0 真实报文与 SLO 表
双通道总线 MQTT 斜杠 Topic ↔ NATS 点分 Subject 对称寻址演示，可下发 invoke_capability、模拟链路超时降级并观察 wire trace
点位规范 63 项 Capability 与 40001+ Modbus 寄存器映射表，支持按地址 / 语义 / 权限过滤
文档导航 后端架构、通信协议、AI 协同、EAN 2.0 改造指南、测试方案与样式规范等 8 个入口

架构检查器 · 抽屉内的 macOS 代码窗（EAN 2.0 真实报文）与文档导航

双通道总线 · 指令报文调试台与总物理回环监控

目录结构

docs/
├── index.html                  # 首页（layout: landing）
├── _layouts/landing.html       # 首页版式
├── _layouts/default.html       # 内页版式（kramdown + rouge 代码高亮）
├── _includes/portal-chrome.html / portal-footer.html
├── assets/portal.css           # 设计系统（Apple Pro Monochrome）
├── assets/portal.js            # 交互：分段器 / 检查器 / 命令面板 / 主题持久化
├── edgeos/                     # EAN 2.0 改造指南、通信协议规范、AI 协同规划等
└── paper-edgeos/               # 学术论文（HTML + PDF）

本地预览

仓库未提供 Gemfile，需先安装 Jekyll 与站点声明的 jekyll-relative-links 插件：

gem install jekyll jekyll-relative-links
cd docs && jekyll serve

不要直接用浏览器打开 docs/index.html。页面资源走 relative_url 生成绝对路径 （线上为 /edgeOS/assets/...，本地 baseurl 为空时为 /assets/...）， file:// 下会丢失全部样式。

快速开始

环境要求

  • Go 1.25+（模块名 github.com/anviod/edgeOS）
  • Node.js 20+ / npm 10+（前端构建）
  • 可选：Ruby + Jekyll（仅用于本地预览文档站点）

后端服务

go mod tidy
go run ./cmd

后端默认监听 :80（见 internal/config/config.go 的 DefaultConfig），运行期数据落在 data/： config.db（配置）与 edgeos.db（运行态），均为 bbolt。Prometheus 指标独立监听 :9090。

编译二进制：

go build -o bin/edgeOS ./cmd

dist/ 已提供 linux/amd64、linux/arm64、linux/arm7、windows/amd64 的 tar.gz 与 deb / rpm 包， 配套仓库根目录的 edgeOS.service（systemd）与 scripts/ 下的 pre/post 安装脚本。

前端开发

cd ui
npm install
npm run dev

前端开发服务器运行在 http://localhost:3000，/api 请求经 Vite 代理转发到后端 （默认 http://localhost:80，与 internal/config/config.go 中 cfg.Node.Listen 的默认值一致）。

npm run build     # 生产构建
npm run test      # vitest
npm run lint      # eslint

后端监听端口与默认值不一致时，用 EDGEOS_API 覆盖即可，无需改动仓库文件： EDGEOS_API=http://localhost:8080 npm run dev

EAN 2.0 核心功能

Edge Agent Network (EAN) 2.0 在现有 edgeCore + EdgeOS 架构上增加统一 Agent 协作层：

  • edgeCore：Capability Runtime（能力注册、发现发布、Invoke 执行、Event 上报）
  • EdgeOS：Coordination Platform（全局发现索引、跨节点编排、Invoke 发起、Event 订阅与规则）

协议层统一为 Agent / Capability / Discovery / Invoke / Event，传输同时支持 MQTT 与 NATS，Topic 使用统一的 $edgeos/... 逻辑命名（MQTT 斜杠形式；NATS 映射为点分 Subject，/→.、+→*、#→>）。

Discovery 发现中心

全局 Agent 与 Capability 索引，订阅 edgeCore 北向 EAN Runtime 发布的发现消息：

  • Agent 上线/下线：自动维护在线 Agent 列表，支持 discovery/agent 与 discovery/agent/offline
  • Capability 注册：按 agent_id 聚合 Capability 列表，支持 driver / system / ai / workflow 类别
  • 主动查询：启动后周期性 Query edgeCore 完整 Capability，确保索引完整
  • V1 Bridge 隔离：Phase 4（OS-P4）已下线 V1→EAN Bridge；V1 命令面已全面下线（v1_command_enabled=false）；AttachRegistryMirror 仅镜像北向原生 EAN Agent，transient/v1-bridge 测试 Agent 不污染 /api/nodes
  • 前端 UI：EanAgentsView 展示 Agent 列表、状态、Capability 详情

Invoke 调用编排

跨 Agent 能力调用编排器，实现分布式能力调用闭环：

  • 请求发布：向 $edgeos/invoke/{agent_id} 发布 invoke_capability 信封
  • 响应关联：通过 $edgeos/reply/{source} 接收回复，correlation_id + invoke_id 双键关联
  • 超时重试：按 Capability timeout_sec 设置客户端超时，invoke_id 幂等
  • 状态追踪：可选订阅 $edgeos/invoke/{agent_id}/status 获取执行进度
  • 前端 UI：EanInvokeView 提供 Capability 选择、参数填写、执行结果展示

默认 Capability 清单：

Capability ID 类别 说明
{protocol}.read_points driver 读取点位（modbus-tcp/rtu、opcua、bacnet、s7 等）
{protocol}.write_point driver 写入点位
{protocol}.scan_devices driver 扫描设备
system.diagnostics system 系统诊断
ai.protocol_reverse ai 协议逆向（AI 分析）
ai.doc_parse ai 文档解析（AI 分析）

Event 事件流

订阅并处理 edgeCore 上报的事件流，支持点位变化追踪：

  • 点位变化：event_type={point_id}.changed，携带 value 与 previous_value
  • 设备在离线：device.online / device.offline 事件
  • 规则路由：按 agent / device / point / event_type 过滤并触发规则/告警
  • 广播订阅：支持 $edgeos/event/broadcast 全局事件
  • 前端 UI：EanEventsView 实时展示 Event 流，含 previous_value 差量对比

Heartbeat 心跳监控

Agent 心跳接收与超时判定：

  • 接收 $edgeos/heartbeat/{agent_id} 消息，记录最后存活时间与序列号
  • 超时判定：超过 N * heartbeat_interval_sec 未收到心跳标记 offline
  • 与 discovery/agent/offline 语义一致，确保状态同步

Governance 平台治理

  • Agent 生命周期：online / offline / heartbeat 超时判定（建议 2-3 个心跳周期）
  • 权限控制：按租户/项目限制可 Invoke 的 Capability，write / admin / AI 类能力默认受限
  • 审计记录：内存环形缓存记录跨节点 Invoke 的 initiator、target、capability、结果

DualTransport 双传输

MQTT 与 NATS 对称传输，同一业务逻辑复用编解码，仅替换 transport adapter：

能力 MQTT NATS
Discovery $edgeos/discovery/* $edgeos.discovery.*（点分 Subject）
Invoke + Reply $edgeos/invoke/{id} $edgeos.invoke.{id}
Event $edgeos/event/{id} $edgeos.event.{id}
Heartbeat $edgeos/heartbeat/{id} $edgeos.heartbeat.{id}

NATS 使用标准点分 Subject，与 MQTT 斜杠 Topic 语义对称：/→.、+→*、#→>（如 $edgeos/discovery/agent → $edgeos.discovery.agent）。

  • 启动韧性：EAN 启用但 broker 不可用时 Warn + 后台重连 + 延迟订阅，不 fatal
  • V1 兼容并行：EAN $edgeos/* 与 V1 edgeCore/*（MQTT）/edgeCore.*（NATS）同时可用，新功能只走 EAN

AI Capability

AI 协同组件通过 EAN 网络暴露为可调用的 Capability：

  • ai.protocol_reverse：协议逆向分析，输入 pcap/协议样本，输出候选配置
  • ai.doc_parse：协议文档解析，自动生成点位映射建议
  • Human-in-the-loop：AI 产出须人工 Confirm 后落库，禁止自动写配置
  • ai.protocol_reverse / ai.doc_parse Invoke 返回 task_id + deliverables，支持 wait=true 阻塞等待

消息共享与集群协同

系统架构

N+2 冗余架构

系统采用 N+2 冗余架构，由 N 个边缘采集网关、1 个主母皇节点和 1 个备用母皇节点组成：

组件 数量 职责
边缘采集网关 (Edge Collector) N 设备连接、数据采集、协议转换、EAN Capability Runtime
主母皇节点 (Primary Queen) 1 全局调度、决策制定、状态同步、EAN Coordination Platform
备用母皇节点 (Secondary Queen) 1 实时同步主节点状态，故障时自动切换

设计原则

  • 高可用性：N+2 冗余，确保系统持续运行
  • 可扩展性：支持横向扩展，适应不同规模部署
  • 实时性：毫秒级响应，满足工业现场需求
  • 一致性：分布式环境下数据一致性保证
  • 自愈性：故障自动检测和恢复

前端功能预览

前端已完成从"采集接入层"向"业务运营层 + 群控编排层"的扩展，新增 EAN 管理 一级导航：

导航结构：

  • 采集运行（系统总览、消息总线、节点管理、设备控制、告警管理、系统设置）
  • EAN 管理（总览、Agent 管理、Invoke 执行、Event 流、调试帮助）
  • 业务扩展（储能管理、电源BMS、充电管理、能耗监测、账务台账）
  • 群控编排（节点调度、场景联动、函数执行、脚本编排）

储能管理 - 站级调峰、SOC/SOH、充放电功率、站点策略面板

电源BMS - 电池簇矩阵诊断、温差压差、均衡状态、寿命风险

能耗监测 - 分回路能流、峰谷趋势、异常波动、损耗热点

账务台账 - 账单、开票、结算、对账与报表导出

场景联动 - ECA 规则链、触发条件、动作编排、联动日志

相关文档

前端最佳实践

组件开发

  • 工业组件置于 ui/src/components/edge/，布局组件置于 ui/src/components/layout/，EAN 组件置于 ui/src/components/eane/
  • 状态指示统一使用 StatusIndicator，危险操作使用 DangerDialog 二次确认
  • 实时数值使用 MetricCard，数据表格使用 DataTable

样式规范

  • 遵循工业级 UI 标准：直角设计、无阴影、高对比度配色
  • 触控目标最小 44px，适配工业手套操作
  • 参考 样式规范.md

路由与认证

  • 新增页面在 ui/src/router/ 注册，受保护路由设置 requiresAuth: true
  • API 请求通过 ui/src/api/ 封装模块调用，自动处理 JWT Token 和错误响应

配套措施

EAN 2.0 传输与协议

配套措施 描述 实现方式
双传输对称 MQTT 斜杠 Topic + NATS 点分 Subject（/→.）语义对称 DualTransport 统一编解码
消息序列化 高效数据编解码 JSON 信封 + Protobuf
QoS 保证 Discovery/Invoke/Event QoS1 持久化 / ACK / 重试
启动韧性 Broker 不可用时后台重连 Warn + 延迟订阅
V1 兼容 过渡期并行运行 edgeCore/* 保留，新功能走 $edgeos/*
设备对账 V1 全量上报剪枝 ReconcileDevices upsert + 删除残留

N+2 冗余架构

配套措施 描述 实现方式
心跳检测 节点存活状态检测 TCP 心跳 / UDP 广播
故障检测 故障节点自动识别 超时检测 / 连续失败
角色切换 主备节点自动切换 热备 / 状态同步
数据同步 主备数据实时同步 WAL / 增量同步
脑裂预防 避免双主同时服务 分布式锁 / 租约
故障恢复 故障节点重新加入 数据同步 / 配置恢复

实现路径

阶段一：核心框架

建立 N+2 冗余架构核心框架：节点角色定义与状态机、主备心跳检测、基本故障转移、共享状态存储层 (bbolt)、节点注册与发现。

阶段二：EAN 2.0 协调层（已完成）

实现 Edge Agent Network 2.0 完整协调层：

  • Discovery：双传输订阅 $edgeos/discovery/*，建立 Agent/Capability 全局索引（实机：1 Agent / 63 Capability）
  • Invoke + Reply：system.diagnostics / modbus_tcp.list_points 调用 completed，correlation_id 关联
  • Event + previous_value：代码完成，实机 Event 流有点位变化数据
  • Heartbeat + Governance：Agent 超时标记 offline，权限限制 write/admin/AI，审计内存缓存
  • V1 兼容 + 设备对账：ReconcileDevices 修复 V1 上报残留（4=4），EAN Agent 同步节点注册表
  • Phase 4（v8/v9）：V1→EAN Bridge 下线；edgeCore/cmd/responses/# 移除；V1 命令面全面下线（v1_command_enabled=false，命令统一 EAN Invoke）；AttachRegistryMirror 过滤 transient Agent——/api/nodes 仅含真实节点

里程碑：EAN 2.0 Phase 1/2 代码完成并实机复验通过（MQTT + NATS）；Phase 4 全量落地（OS-P4 / EX-P4）+ V1 命令面全面下线；全量 go test ./... 通过；UI build 通过。

阶段三：双向通信深化

  • 实现 $edgeos/state/* 全量/增量状态同步
  • Invoke status 进度订阅（OS-13）
  • 审计持久化存储
  • 双传输 Invoke 双边执行去重

阶段四：群控算法与节能优化

实现群控调度和节能优化：采集任务调度器、负载均衡算法、节能优化策略、动态频率调整、自适应采集间隔。

里程碑：采集任务智能调度；系统能耗降低 20-30%；负载均衡效果显著。

总结

本方案设计了一个功能完善的边缘大脑系统，采用 N+2 冗余架构模式，实现了一个主母皇节点和一个备用母皇节点的双机热备机制（蜂群模式）。系统能够协调 N 个边缘采集网关程序，实现影子设备自动发现、双向数据通信、群控算法调度以及节能优化等核心功能。

EAN 2.0 作为核心新增能力，在现有 edgeCore + EdgeOS 架构上增加了统一的 Agent 协作层，实现了跨边缘网关的能力发现、调用编排与事件流处理，支持 MQTT/NATS 双传输对称、V1 兼容并行、AI Capability 集成，为工业互联网和边缘计算场景提供了坚实的分布式协作基础。

License

GPL-3.0

About

EdgeOS 是 EdgeX 的边缘本地大脑，主控节点负责调度、业务规划、群控与节能。采用蜂群模式（双母皇热备），实现影子设备自动发现与双向通信。 EdgeOS: EdgeX's local edge brain. Master node handles scheduling, orchestration, swarm control & energy. Swarm mode (dual hot-standby queens) enables auto shadow discovery & bidirectional comms.

anviod.github.io/edgeOS/

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