基于SOA的物聯網平臺開發

馬呂棟　李德軍　張文碩

摘 要：結合物流行業的相關實踐，提出將SOA體系架構用于物聯網平臺的建設策略和部署方式，以解決物聯網平臺建設上面臨的一些問題。同時結合采集中間件系統，對平臺擴展性與支撐性進行了討論。

關鍵詞：物聯網；SOA；物流；中間件

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）10-00-03

0 引 言

近年來，物聯網技術得到了突飛猛進的發展。但在實際應用中，許多物聯網項目仍然面臨著各種困難。在實際落地時，項目往往采用平臺+應用的設計策略。其中，平臺的作用尤為重要，但實際上，許多物聯網項目在建設過程中，由于平臺設計不夠完善，致使隨著項目建設的深入，暴露出越來越多的問題，造成項目無法順利按照預想的設計完成。

針對當前物聯網平臺設計上的一些缺陷，我們提出了基于SOA的平臺設計理念，來解決物聯網項目中平臺的設計問題。

1 物聯網平臺

1.1 物聯網平臺概述

在IT項目中，平臺可以分為技術平臺和業務平臺兩類。前者是一系列通用開發組件的集合及項目開發框架等技術要素。本文主要討論用于支撐物聯網業務的業務平臺。一般來說，業務平臺應具有兩個原則：一是平臺的支撐作用；二是平臺的業務無關性。前者保證了整個業務系統的層次劃分，和具體業務不相關的功能，應放置到平臺層面，使得應用系統能夠重點關注自身的業務邏輯，而不必關心通用功能或底層功能；而后者則保證了平臺的支撐作用。一般來說，平臺應滿足開閉原則（OCP），即對擴展開放，對修改關閉。平臺一旦完成之后，不應該隨著上層應用的變動而頻繁、大規模地修改自身。但同時，平臺必須保證其開放性，即在一定的范圍內，能夠通過擴展自身實現對各種新的業務進行支撐。

1.2 物聯網平臺設計的誤區

在采用“平臺+應用”的建設策略時，平臺的建設往往存在兩個誤區：

（1）試圖建設一個能夠支持所有物聯網業務或某一行業所有業務的平臺

這種平臺的建設策略，是希望能夠支撐盡可能多的具體業務。一般來說，在物聯網項目的整體建設中，都希望能夠規劃出這樣一個平臺，一方面，使得上層應用能夠盡可能專注于自身業務邏輯的開發；另一方面，也希望借著本次或本期項目的建設，能夠為后續新業務的擴展，奠定一個平臺基礎。但事實上，試圖建設一個能夠支持盡可能多的業務的平臺，往往導致該平臺只能完成最基本的一些服務。為了能夠盡可能實現通用，平臺會逐漸削弱自己，越來越多的功能被上移到應用層，最終僅保留了最底層的服務，從而失去了平臺的支撐作用。

（2）平臺過分參與了業務應用

這種誤區會造成了一個應用對一個平臺的結果。這種架構，固然對于系統層次劃分、合作開發等方面有所幫助。但它削弱了平臺的通用支撐作用，使得平臺對后續擴展的支持變得很差。同時，在實際開發中，哪些功能放到應用中，哪些功能放到平臺中，成為一個棘手的問題，稍不留神就會打亂集成系統的體系結構，最終使得平臺成為一個有名無實的組件。

針對上述問題，本文提出了基于SOA的物聯網平臺開發策略，用以解決平臺建設過程中的種種問題。后文將具體描述基于SOA的物聯網平臺開發策略。

2 基于SOA的物聯網平臺建設策略

2.1 物聯網平臺的組成

物聯網業務涵蓋的范圍非常廣，開發一個能夠支撐所有應用的物聯網平臺是不現實的。但從行業的角度來說，每個行業內部各種具體的業務還是具有一定的共性，能夠將這些共同的東西沉淀到平臺中。以智能物流行業為例，我們提出物流行業的物聯網平臺，應當包含如下的組件，具體如圖1所示。

該平臺需要承擔8個方面的作用：

（1）支撐作用：平臺需要提供應用依賴的基礎組件庫，包括報表、日志、權限、工作流、安全等組件。

（2）統計分析作用：平臺需要提供統計分析功能，用于分析商品流通數據、物流運輸異常記錄等，主要提供給稅收和海關等政府部門。

（3）數據中心作用：平臺需要提供數據中心的作用，存儲和維護行業數據和管理數據。

（3）數據采集作用：平臺需要提供統一的數據采集與轉換功能，實現對下層具體數據采集設備的屏蔽，即一個綜合采集中間件。

（5）決策支撐作用：平臺需要提供決策支撐作用，用于指導行業的正規運營。

（6）企業管理作用：平臺需要提供企業管理的功能，對企業加入物聯網運營、獲取物聯網資源等提供指導和管理。

（7）門戶作用：平臺需要提供門戶作用，對外發布政策法規、行業情況以及其他信息服務，也可以提供用戶注冊和資源下載等服務。

（8）運維作用：系統運維，主要是設備的遠程維護和管理。

圖1 物聯網平臺應當包含的組件圖

2.2 基于SOA的平臺組織

在SOA體系中，處于核心位置的基礎設施是企業服務總線（ESB），所有的功能點以服務的形式向ESB注冊，由ESB來提供基于標準的連接服務，包括動態查找、選擇服務、消息傳遞、路由及轉換、協議轉換等。

顯然，采用了SOA之后，基礎設施（如ESB）已經構成了相比“物聯網平臺”更加底層的平臺。因此，從SOA體系來看，“平臺”服務與“應用”服務可以等同起來，都僅僅是SOA架構中的平級服務而已，從而解決了平臺擴展性與業務支撐上面的矛盾。基于SOA的物聯網業務體系結構如圖2所示。

圖2 基于SOA的物聯網業務體系結構

而對于每個組件（或系統）來說，也通過SOA的架構來進行整合。從邏輯上講，整個系統構成一個ESB級聯的結構，在實際實施時，根據項目需要，也可以考慮只部署一套ESB系統。

這種組織方式，可成功實現平臺的OCP原則。下面以數據采集中間件為例論述該架構的開放擴展特性。

對于物聯網系統來說，數據采集層是重要的一層，是各類上層業務的基礎。對于物流行業來說，常見的數據采集方式有RFID、條碼、GPS、抓拍識別等。數據采集體系建設上，往往涉及基礎設施建設、設備架設施工。因此，采集層設備穩定性較高，一般來說只可能出現新增采集設備或采集方式，不大可能出現大規模整體方案替換的場景，最多也就是逐步演進。因此，可以說采集中間件部分是相對穩定的。

基于SOA的采集中間件體系如圖3所示。

圖3 基于SOA的采集中間件體系

在綜合采集中間件系統中，各個設備的驅動、中間件自身業務、外部訪問接口等，都以服務的方式構建，并掛載到子系統內部的ESB上。各個部分的擴展性支撐機制如下：

（1）設備驅動服務

每個設備驅動應包含設備的鏈路維護、通信協議、原始數據收集等功能。當增加一種新的設備到系統時，只需要增加對應的設備驅動服務即可。

（2）中間件自身業務服務

中間件自身應包含一部分的數據轉換、過濾、分組、去重等業務。這些業務也通過服務的形式發布到ESB上，由ESB負責將對應設備驅動服務產生的數據路由到對應的中間件業務上。

（3）外部訪問接口服務

經中間件處理后的數據，應以統一的方式上報給上層業務。數據訪問接口是連接中間件自身ESB和大系統ESB的門戶（如果物理上無ESB級聯，則外部訪問接口只起到邏輯上的作用）。由ESB負責將處理好的數據路由到對應的發布接口。隨著后續業務的增多，當需要新的接口形式時，可以擴展或增加新的外部接口服務。

由此可見，基于SOA的體系成功適應了物聯網平臺的擴展性和支撐性要求。實踐證明，這種架構能夠使得物聯網平臺的體系更加清晰，為后續深入和擴展打好基礎。

2.2 物聯網平臺的部署

由于SOA架構天生就適應了分布式的部署方式，它使得物聯網平臺能夠跟隨實際項目的要求進行更加靈活的部署，總體來說，可以存在兩種部署方式：

（1）與應用結合的部署方式

對于規模較小、業務較單一的項目，可以采用這種方式。即“一個平臺-一個應用”的方式。這種部署方式下，物聯網平臺不獨立運營，而是與應用一起發布到一臺服務器，或一個小型服務器集群上。可以考慮選用較為輕量級的ESB產品來進行整合。服務間的相互調用，宜采用各種輕量級的調用方式，甚至本地調用，服務注冊等功能（如UDDI）可以省去。這種部署方式同樣保留了SOA的種種優勢，同時不會使得整個系統變得過分臃腫。

（2）獨立運營的物聯網平臺

對于大型業務，后續擴展可能性較大的項目，宜采用獨立運營物聯網平臺的方式進行部署。物聯網平臺單獨運營于一個服務器集群之上，并由專門的運營團隊進行日常維護。物聯網平臺除保證完善的支撐業務功能外，還要實現完善的安全機制和服務注冊機制。所有外部服務（具體業務應用）通過完善的遠程調用機制（如Web Service）來實現與平臺服務或其他外部應用服務的交互。

綜上所述，基于SOA的物聯網平臺是非常靈活的，能夠實際項目特點，選擇合適的部署方式。同時，兩種部署方式也能夠方便地進行轉換。

3 結 語

本文結合相關經驗，對基于SOA的物聯網平臺設計進行了詳細討論，以物流行業綜合采集中間件為例，討論了物聯網平臺擴展性與支撐性通過SOA的實現策略。為各類物聯網項目的建設，提供了一定的經驗參考。

參考文獻

[1]毛新生. SOA原理、方法、實踐[M]. 北京：電子工業出版社，2007.

[2]中國物流產品網. 物聯網技術在物流業的應用現狀與發展前景[J/OL]. [2011-11-01]. http：//www.56products.com/News/2010-11-1/K6CDHBGCBAG741C4828.html.

[3]張智文. 射頻識別技術理論與實踐[M]. 北京：中國科學技術出版社，2008.

[4] Nicolai M.Josuttis. SOA in Practice： The Art of Distributed System[M]. OReilly Media，2007.

[5]吳曉釗，王繼祥. 物聯網技術在物流業的應用[J].物流技術與應用， 2011（2）：52-56.

對于物聯網系統來說，數據采集層是重要的一層，是各類上層業務的基礎。對于物流行業來說，常見的數據采集方式有RFID、條碼、GPS、抓拍識別等。數據采集體系建設上，往往涉及基礎設施建設、設備架設施工。因此，采集層設備穩定性較高，一般來說只可能出現新增采集設備或采集方式，不大可能出現大規模整體方案替換的場景，最多也就是逐步演進。因此，可以說采集中間件部分是相對穩定的。

基于SOA的采集中間件體系如圖3所示。

圖3 基于SOA的采集中間件體系

在綜合采集中間件系統中，各個設備的驅動、中間件自身業務、外部訪問接口等，都以服務的方式構建，并掛載到子系統內部的ESB上。各個部分的擴展性支撐機制如下：

（1）設備驅動服務

每個設備驅動應包含設備的鏈路維護、通信協議、原始數據收集等功能。當增加一種新的設備到系統時，只需要增加對應的設備驅動服務即可。

（2）中間件自身業務服務

中間件自身應包含一部分的數據轉換、過濾、分組、去重等業務。這些業務也通過服務的形式發布到ESB上，由ESB負責將對應設備驅動服務產生的數據路由到對應的中間件業務上。

（3）外部訪問接口服務

經中間件處理后的數據，應以統一的方式上報給上層業務。數據訪問接口是連接中間件自身ESB和大系統ESB的門戶（如果物理上無ESB級聯，則外部訪問接口只起到邏輯上的作用）。由ESB負責將處理好的數據路由到對應的發布接口。隨著后續業務的增多，當需要新的接口形式時，可以擴展或增加新的外部接口服務。

由此可見，基于SOA的體系成功適應了物聯網平臺的擴展性和支撐性要求。實踐證明，這種架構能夠使得物聯網平臺的體系更加清晰，為后續深入和擴展打好基礎。

2.2 物聯網平臺的部署

由于SOA架構天生就適應了分布式的部署方式，它使得物聯網平臺能夠跟隨實際項目的要求進行更加靈活的部署，總體來說，可以存在兩種部署方式：

（1）與應用結合的部署方式

對于規模較小、業務較單一的項目，可以采用這種方式。即“一個平臺-一個應用”的方式。這種部署方式下，物聯網平臺不獨立運營，而是與應用一起發布到一臺服務器，或一個小型服務器集群上。可以考慮選用較為輕量級的ESB產品來進行整合。服務間的相互調用，宜采用各種輕量級的調用方式，甚至本地調用，服務注冊等功能（如UDDI）可以省去。這種部署方式同樣保留了SOA的種種優勢，同時不會使得整個系統變得過分臃腫。

（2）獨立運營的物聯網平臺

對于大型業務，后續擴展可能性較大的項目，宜采用獨立運營物聯網平臺的方式進行部署。物聯網平臺單獨運營于一個服務器集群之上，并由專門的運營團隊進行日常維護。物聯網平臺除保證完善的支撐業務功能外，還要實現完善的安全機制和服務注冊機制。所有外部服務（具體業務應用）通過完善的遠程調用機制（如Web Service）來實現與平臺服務或其他外部應用服務的交互。

綜上所述，基于SOA的物聯網平臺是非常靈活的，能夠實際項目特點，選擇合適的部署方式。同時，兩種部署方式也能夠方便地進行轉換。

3 結 語

本文結合相關經驗，對基于SOA的物聯網平臺設計進行了詳細討論，以物流行業綜合采集中間件為例，討論了物聯網平臺擴展性與支撐性通過SOA的實現策略。為各類物聯網項目的建設，提供了一定的經驗參考。

參考文獻

[1]毛新生. SOA原理、方法、實踐[M]. 北京：電子工業出版社，2007.

[2]中國物流產品網. 物聯網技術在物流業的應用現狀與發展前景[J/OL]. [2011-11-01]. http：//www.56products.com/News/2010-11-1/K6CDHBGCBAG741C4828.html.

[3]張智文. 射頻識別技術理論與實踐[M]. 北京：中國科學技術出版社，2008.

[4] Nicolai M.Josuttis. SOA in Practice： The Art of Distributed System[M]. OReilly Media，2007.

[5]吳曉釗，王繼祥. 物聯網技術在物流業的應用[J].物流技術與應用， 2011（2）：52-56.

對于物聯網系統來說，數據采集層是重要的一層，是各類上層業務的基礎。對于物流行業來說，常見的數據采集方式有RFID、條碼、GPS、抓拍識別等。數據采集體系建設上，往往涉及基礎設施建設、設備架設施工。因此，采集層設備穩定性較高，一般來說只可能出現新增采集設備或采集方式，不大可能出現大規模整體方案替換的場景，最多也就是逐步演進。因此，可以說采集中間件部分是相對穩定的。

基于SOA的采集中間件體系如圖3所示。

圖3 基于SOA的采集中間件體系

在綜合采集中間件系統中，各個設備的驅動、中間件自身業務、外部訪問接口等，都以服務的方式構建，并掛載到子系統內部的ESB上。各個部分的擴展性支撐機制如下：

（1）設備驅動服務

每個設備驅動應包含設備的鏈路維護、通信協議、原始數據收集等功能。當增加一種新的設備到系統時，只需要增加對應的設備驅動服務即可。

（2）中間件自身業務服務

中間件自身應包含一部分的數據轉換、過濾、分組、去重等業務。這些業務也通過服務的形式發布到ESB上，由ESB負責將對應設備驅動服務產生的數據路由到對應的中間件業務上。

（3）外部訪問接口服務

經中間件處理后的數據，應以統一的方式上報給上層業務。數據訪問接口是連接中間件自身ESB和大系統ESB的門戶（如果物理上無ESB級聯，則外部訪問接口只起到邏輯上的作用）。由ESB負責將處理好的數據路由到對應的發布接口。隨著后續業務的增多，當需要新的接口形式時，可以擴展或增加新的外部接口服務。

由此可見，基于SOA的體系成功適應了物聯網平臺的擴展性和支撐性要求。實踐證明，這種架構能夠使得物聯網平臺的體系更加清晰，為后續深入和擴展打好基礎。

2.2 物聯網平臺的部署

由于SOA架構天生就適應了分布式的部署方式，它使得物聯網平臺能夠跟隨實際項目的要求進行更加靈活的部署，總體來說，可以存在兩種部署方式：

（1）與應用結合的部署方式

對于規模較小、業務較單一的項目，可以采用這種方式。即“一個平臺-一個應用”的方式。這種部署方式下，物聯網平臺不獨立運營，而是與應用一起發布到一臺服務器，或一個小型服務器集群上。可以考慮選用較為輕量級的ESB產品來進行整合。服務間的相互調用，宜采用各種輕量級的調用方式，甚至本地調用，服務注冊等功能（如UDDI）可以省去。這種部署方式同樣保留了SOA的種種優勢，同時不會使得整個系統變得過分臃腫。

（2）獨立運營的物聯網平臺

對于大型業務，后續擴展可能性較大的項目，宜采用獨立運營物聯網平臺的方式進行部署。物聯網平臺單獨運營于一個服務器集群之上，并由專門的運營團隊進行日常維護。物聯網平臺除保證完善的支撐業務功能外，還要實現完善的安全機制和服務注冊機制。所有外部服務（具體業務應用）通過完善的遠程調用機制（如Web Service）來實現與平臺服務或其他外部應用服務的交互。

綜上所述，基于SOA的物聯網平臺是非常靈活的，能夠實際項目特點，選擇合適的部署方式。同時，兩種部署方式也能夠方便地進行轉換。

3 結 語

本文結合相關經驗，對基于SOA的物聯網平臺設計進行了詳細討論，以物流行業綜合采集中間件為例，討論了物聯網平臺擴展性與支撐性通過SOA的實現策略。為各類物聯網項目的建設，提供了一定的經驗參考。

參考文獻

[1]毛新生. SOA原理、方法、實踐[M]. 北京：電子工業出版社，2007.

[2]中國物流產品網. 物聯網技術在物流業的應用現狀與發展前景[J/OL]. [2011-11-01]. http：//www.56products.com/News/2010-11-1/K6CDHBGCBAG741C4828.html.

[3]張智文. 射頻識別技術理論與實踐[M]. 北京：中國科學技術出版社，2008.

[4] Nicolai M.Josuttis. SOA in Practice： The Art of Distributed System[M]. OReilly Media，2007.

[5]吳曉釗，王繼祥. 物聯網技術在物流業的應用[J].物流技術與應用， 2011（2）：52-56.