KubeEdge 工业设备异常监测与弱网自治系统

基于 KubeEdge v1.23.0 的工业设备边缘监测工程。系统围绕电机温度、振动、电流与转速遥测，实现边缘异常检测、SQLite outbox、断网自治、恢复补传、云端 FastAPI 汇总与可视化，并以 cloud-only / edge-first 配对实验量化边缘计算价值。

已完成内容

• 可运行 Python 应用、MQTT 模拟器、云端 API、Web 仪表盘和自动化测试；
• Docker Compose 与 KubeEdge 工作负载清单，含 keink 单机脚本和 keadm 双主机手册；
• 80 轮主实验、120 轮补充实验、统计分析和可复现实验图；
• 工程源码、部署配置、实验结果与复现文档。

关键结果

在 8 台设备、10 Hz、120 s、10 个固定种子的应用级虚拟 WAN 实验中，300 ms 单向时延下，cloud-only 与 edge-first 的 P95 告警路径分别为 605 ms 与 3 ms。edge-first 平均减少 80.63% 应用层上行字节（95% CI 80.58%–80.67%），断网期间每轮仍产生约 657 条本地告警；恢复后 pending 为 0，云端重复行为 0。数据为合成数据，WAN 为显式虚拟传输模型，不代表真实工厂 SLA。

快速运行

要求 Python 3.11+。在项目根目录执行：

python -m venv .venv
.\.venv\Scripts\Activate.ps1
pip install -e .
kia cloud --host 0.0.0.0 --port 8000

另开终端启动 MQTT broker、边缘服务与模拟器：

docker run --rm -p 1883:1883 eclipse-mosquitto:2.0.22 mosquitto -c /mosquitto-no-auth.conf
kia edge --broker localhost --cloud-url http://localhost:8000 --outbox state/edge.db
kia simulate --broker localhost --devices 4 --samples 600 --rate 10

仪表盘默认位于 http://localhost:8000/。Docker 一键演示可运行 docker compose up --build。

测试与实验

pytest
ruff check src tests experiments
python experiments\analyze_and_plot.py

正式结果位于 results/summary/，图位于 figures/。实验协议见 experiments/experiment_matrix.md，复现和演示步骤见 docs/deployment_demo.md。

KubeEdge 部署边界

deploy/kubeedge/ 提供云端与边缘工作负载清单，scripts/keink_demo.sh 是官方单机试用路径，scripts/keadm_two_host.md 是双 Linux 主机参考流程。本仓库已完成 Docker 镜像构建和容器断网/恢复验证。KubeEdge 清单用于复现实机部署，容器验证结果不等同于物理 KubeEdge 集群验证。

仓库地址

工程源码发布于：https://gitlink.org.cn/rozen/KubeEdge。