【毕设之路】树莓派+边缘计算

树莓派搭建边缘计算平台KubeEdge

Ee总是学不会

1296人浏览 · 2025-03-21 15:44:48

Ee总是学不会 · 2025-03-21 15:44:48 发布

一、前期软硬件准备

树莓派4B三台：

USB读卡器一个：

SD卡格式化工具：SD Card Formatter

官方镜像烧录工具：Raspberry Pi Imager

SSH客户端：Xshell Putty (二选一)

远程桌面：VNC Viewer

二、树莓派的初始化

1、烧录镜像

镜像选择Raspberry Pi OS (64-bit) Debian 12 (Bookworm)

配置树莓派用户密码以及WiFi热点名及密码：

记得开启SSH服务：

2、写入WIFI配置文件

创建文件wpa_supplicant.conf，后写入内容：

country=CN
ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicant
update_config=1
network={
    ssid="user"   //你的热点名称
    psk="123456"  //你的热点密码
    priority=1
}

移动热点可以使用手机的，也可以使用电脑的，我这里使用电脑开启移动热点。

之后，将wpa_supplicant.conf文件复制到刚刚烧录完成的SD卡的bootfs根目录下：

然后将SD卡从读卡器取出，插入树莓派SD卡槽，并将树莓派开机。

3、SSH连接树莓派

查看移动热点：

发现三台树莓派均已成功连上热点。

然后使用Xshell连接树莓派：

4、启动VNC服务

在终端输入命令：sudo raspi-config

进入配置界面，依次选择：Interface Options -> VNC -> Yes ,等待服务开启即可。

5、登录远程桌面

打开VNC Viewer并输入树莓派ip地址进行连接：

输入账号密码后即可登录到远程桌面上：

6、配置中文界面

依次执行：

sudo apt-get install ttf-wqy-zenhei
sudo apt-get install fcitx fcitx-googlepinyin fcitx-module-cloudpinyin fcitx-sunpinyin scim-pinyin

之后在终端输入 sudo raspi-config 进入配置界面：

依次进入：Localisation Options—>Locale，找到 zh_CN UTF-8，

把光标移动到前面，然后按下空格键打上*号，之后回车确认。

配置完成后，输入sudo reboot重启，重启后，即可使用中文输入法和中文显示界面。

7、树莓派更换软件源

终端输入：

uname -m 
cat /etc/os-release

记住版本号信息。

打开清华大学开源软件镜像站：

找到raspberrypi后点击后方蓝色问号，选择好对应的版本号并复制下方内容：

deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspberrypi/ bookworm main

执行下列指令并将刚刚复制的内容写入配置文件中：

sudo vi /etc/apt/sources.list.d/raspi.list //写入
sudo cat /etc/apt/sources.list.d/raspi.list //查看

后找到raspbian点击蓝色问号，根据一开始的版本型号选择对应命令，点击蓝色的Debian帮助：

若无拉取失败的问题，则并复制下方红框内容：

# 默认注释了源码镜像以提高 apt update 速度，如有需要可自行取消注释
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian/ bookworm main contrib non-free non-free-firmware
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian/ bookworm main contrib non-free non-free-firmware

deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian/ bookworm-updates main contrib non-free non-free-firmware
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian/ bookworm-updates main contrib non-free non-free-firmware

deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian/ bookworm-backports main contrib non-free non-free-firmware
deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian/ bookworm-backports main contrib non-free non-free-firmware

# 以下安全更新软件源包含了官方源与镜像站配置，如有需要可自行修改注释切换
deb https://security.debian.org/debian-security bookworm-security main contrib non-free non-free-firmware
deb-src https://security.debian.org/debian-security bookworm-security main contrib non-free non-free-firmware

同理，执行下面的命令，将刚刚复制的内容写入配置文件中：

sudo vi /etc/apt/sources.list //写入
sudo cat /etc/apt/sources.list //查看

执行下面的命令同步更新源：

sudo apt-get update

执行下面的命令更新软件包：

sudo apt-get upgrade

换源完成。

三、安装Docker

1、安装一些基本工具

安装一些必要的工具，如curl、wget和git：

sudo apt install -y curl wget git

2、安装Docker

卸载先前的Docker残留文件（若有）：

sudo apt remove --purge docker docker-engine docker.io containerd runc -y
sudo rm -rf /var/lib/docker

在树莓派上安装Docker（使用官方脚本）：

curl -fsSL https://get.docker.com -o get-docker.sh
sudo sh get-docker.sh

验证安装：

docker --version
sudo systemctl status docker

检查Docker组：

getent group | grep docker

预期输出：类似docker:x:998: docker:x:991:

将用户添加到Docker组：

安装完成后，将pi用户添加到docker组：

sudo usermod -aG docker pi

检查是否添加成功：

groups pi

预期输出(包含docker)：

pi : pi adm dialout cdrom sudo audio video plugdev games users input render netdev spi i2c gpio lpadmin docker

验证Docker权限：

docker ps

若出现sock报错：

permission denied while trying to connect to the Docker daemon socket at unix:///var/run/docker.sock: Get "http://%2Fvar%2Frun%2Fdocker.sock/v1.48/containers/json": dial unix /var/run/docker.sock: connect: permission denied
检查/var/run/docker.sock权限：

ls -l /var/run/docker.sock

预期输出：srw-rw---- 1 root docker 0 Mar 21 13:30 /var/run/docker.sock

or srw-rw---- 1 root docker 0 3月21日 13:40 /var/run/docker.sock

若执行docker ps再次报错，应为权限错误，再次授权：

sudo chown root:docker /var/run/docker.sock
sudo chmod 660 /var/run/docker.sock

再次验证：

执行：

sudo docker ps

结果表示成功，docker权限正常。

四、准备KubeEdge安装环境

1、下载KubeEdge的keadm工具

KubeEdge提供了一个方便的工具keadm来简化安装。前往KubeEdge GitHub Release页面https://github.com/kubeedge/kubeedge/releases），选择最新版本（例如v1.15.0）。由于树莓派4B是ARM架构（armhf或arm64，视系统位数而定），需要下载对应的ARM版本。

检查你的系统架构：

uname -m

如果返回armv7l，则为32位ARM（armhf）。
如果返回aarch64，则为64位ARM（arm64）。

下载适用于ARM的keadm（以v1.15.0为例，假设使用64位系统）：

wget https://github.com/kubeedge/kubeedge/releases/download/v1.15.0/keadm-v1.15.0-linux-arm64.tar.gz
tar -xzf keadm-v1.15.0-linux-arm64.tar.gz
sudo mv keadm-v1.15.0-linux-arm64/keadm/keadm /usr/local/bin/

验证安装：

keadm version

2、关闭Swap（可选但推荐）

KubeEdge依赖Kubernetes组件，而Kubernetes通常要求关闭Swap以避免性能问题：

sudo swapoff -a
sudo sed -i '/swap/d' /etc/fstab

3、部署KubeEdge CloudCore（云端）

如果你的树莓派仅作为边缘节点，可以跳过此步骤，直接在另一台设备（例如x86_64服务器或虚拟机）上部署CloudCore，并获取连接信息。这里假设你在一台单独的云端服务器上部署CloudCore。

安装x86_64架构的keadm，即amd64：

wget https://github.com/kubeedge/kubeedge/releases/download/v1.15.0/keadm-v1.15.0-linux-amd64.tar.gz

解压文件：

tar -xzf keadm-v1.15.0-linux-amd64.tar.gz

移动 keadm 到 /usr/local/bin：

sudo mv keadm-v1.15.0-linux-amd64/keadm/keadm /usr/local/bin/

验证安装：

keadm version

在云端服务器上安装CloudCore：

在云端设备上安装Kubernetes（建议版本与KubeEdge兼容，例如v1.24或v1.25）。
使用keadm初始化CloudCore：

keadm init --advertise-address=<云端公网或内网IP> --kubeedge-version=v1.15.0

获取连接Token：

keadm gettoken

保存输出的Token，边缘节点需要使用它加入集群。

检查CloudCore状态

在云端运行：

kubectl get pods -n kubeedge

确保cloudcore Pod处于运行状态。

4、部署KubeEdge EdgeCore（边缘端）

在树莓派4B上部署EdgeCore以加入云端集群。

1、下载EdgeCore二进制文件 从KubeEdge Release页面下载适用于ARM架构的KubeEdge二进制文件：

wget https://github.com/kubeedge/kubeedge/releases/download/v1.15.0/kubeedge-v1.15.0-linux-arm64.tar.gz
tar -xzf kubeedge-v1.15.0-linux-arm64.tar.gz
sudo mkdir -p /etc/kubeedge
sudo cp kubeedge-v1.15.0-linux-arm64/edge/edgecore /usr/local/bin/

若后续报错，可能是因为网络原因下载中断，压缩包不完整，可执行下列指令观察压缩包是否为约139M的大小：

ls -lh kubeedge-v1.15.0-linux-arm64.tar.gz

2、加入云端集群 使用之前从云端获取的Token，将树莓派加入集群：

keadm join --cloudcore-ipport=<云端IP:10000> --token=<从keadm gettoken获取的Token> --kubeedge-version=v1.15.0 --runtimetype=docker --edgenode-name=raspberrypi-4b

<云端IP:10000>: 云端CloudCore的IP和端口（默认10000）。
<Token>: 从云端获取的Token。
--edgenode-name: 为树莓派指定一个唯一的边缘节点名称。

3、验证边缘节点 在云端运行以下命令检查节点状态：

kubectl get nodes

你应该能看到名为raspberrypi-4b的节点，状态为Ready。

5、验证边缘端是否部署成功

执行：

edgecore --version

若报错1：则检查目录是否存在并授权：

ls -ld /var/lib/kubeedge
sudo mkdir -p /var/lib/kubeedge
sudo chown pi:pi /var/lib/kubeedge

若报错2：

则手动创建/etc/kubeedge/manifests目录并设置权限：

sudo mkdir -p /etc/kubeedge/manifests
sudo chown pi:pi /etc/kubeedge /etc/kubeedge/manifests

若无报错，则输出：

发现部分模块已成功运行：

1、版本号输出:

I0321 14:02:17.172601 3146 server.go:102] Version: v1.15.0: edgecore二进制正常运行。

2、模块注册:

twin、edged、websocket、eventbus、metamanager模块成功注册：
I0321 14:02:17.216815 3146 module.go:52] Module twin registered successfully
I0321 14:02:17.220898 3146 module.go:52] Module edged registered successfully
...

3、数据库初始化:

table device already exists, skip等日志表明/var/lib/kubeedge/edgecore.db已创建并正常工作。

4、模块启动:

edged、twin、eventbus、metamanager等模块开始启动：
I0321 14:02:17.225667 3146 core.go:46] starting module edged
I0321 14:02:17.225841 3146 edged.go:122] Starting edged...

5、本地IP检测:

I0321 14:02:17.222470 3146 edgestream.go:55] Get node local IP address successfully: 192.168.137.65: 边缘节点IP自动检测为192.168.137.65。

警告（Warning）

NodeIP未指定: W0321 14:02:17.172413 3146 validation_others.go:24] NodeIP is empty: 配置文件未设置nodeIP，使用默认IP。这不影响当前运行，可暂时忽略。

错误（Error）

CloudCore证书获取失败:
- F0321 14:02:17.227638 3146 certmanager.go:96] Error: failed to get CA certificate, err: Get "https://192.168.137.65:10002/ca.crt": dial tcp 192.168.137.65:10002: connect: connection refused:
  - edgecore尝试从192.168.137.65:10002获取CA证书，但连接被拒绝。
  - 原因：192.168.137.65是树莓派自身IP，而CloudCore未运行（你还未部署云端）。
MQTT连接失败:
- E0321 14:02:17.228671 3146 common.go:101] connect error: Network Error : dial tcp 127.0.0.1:1883: connect: connection refused:
  - eventbus模块尝试连接内置MQTT服务器（127.0.0.1:1883），但失败。
  - 原因：内置MQTT未正确启动（可能是配置问题或依赖未满足）。

无云端配置验证边缘端是否部署成功：

当前输出表明边缘端部分功能已就位，但因cloudHub和eventBus问题导致启动失败。以下是调整和验证步骤：

步骤 1: 禁用cloudHub模块

edgecore因尝试连接CloudCore而退出，需禁用cloudHub：

1、编辑配置文件:

sudo vi /etc/kubeedge/config/edgecore.yaml

2、确保cloudHub禁用：

apiVersion: edgecore.config.kubeedge.io/v1alpha2
kind: EdgeCore
modules:
  edged:
    enable: true
  eventBus:
    enable: true
    mqttMode: 0  # 内置MQTT
  metaManager:
    enable: true
  twin:
    enable: true
  cloudHub:
    enable: false  # 禁用云端连接

保存并退出，然后测试：

sudo edgecore --version

确保不再出现certmanager相关的connection refused错误。

步骤 2: 处理MQTT问题

eventbus模块依赖内置MQTT（mqttMode: 0），但当前未启动。可以选择修复或禁用：

1、尝试修复内置MQTT:

确保配置正确：

modules:
  eventBus:
    enable: true
    mqttMode: 0
    mqttServer: "127.0.0.1:1883"

运行并观察：

sudo edgecore --logtostderr --v=2

如果仍报connection refused，说明内置MQTT未正常工作。

2、临时禁用eventBus（推荐）:

编辑配置文件：

sudo nano /etc/kubeedge/config/edgecore.yaml

设置：

modules:
  eventBus:
    enable: false

测试：

sudo edgecore --logtostderr --v=2

步骤 3: 验证本地模块运行

运行调试模式，检查核心模块：

sudo edgecore --logtostderr --v=2

预期输出:

edged、twin、metamanager模块启动：

I0321 ... module.go:52] Module edged registered successfully
I0321 ... edged.go:122] Starting edged...

无致命错误（FATAL）。

如果成功: 按Ctrl+C退出，边缘端本地部署基本完成。

五、测试部署

1、创建一个简单的Pod 在云端创建一个测试Pod，例如Nginx：

kubectl run nginx --image=nginx --restart=Never
kubectl get pods

2、检查边缘端 在树莓派上运行：

docker ps

你应该能看到Nginx容器正在运行。

日志排查: 如果遇到问题，检查边缘端日志：

sudo journalctl -u edgecore

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