物聯網平臺應用使能的實現研究

魏偉

摘 要：物聯網平臺作為前端傳感和后端應用系統之間的中間層，將簡化傳統應用系統的實現模式，傳統需要由各個系統均實現對設備、連接等的管理功能，而物聯網平臺將作為中間對接前端設備并實現安全的連接管理，使得應用系統只用關心業務層面的數據處理、流程定義、功能優化等，簡化應用系統的復雜度和處理邏輯，從而實現對傳統應用系統模式的顛覆，本文探討了物聯網平臺中應用使能功能實現的關鍵要素和實現方式等內容。

關鍵詞：API；規則引擎；業務編排；數據處理；預集成

中圖分類號：TH929 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0023-02

物聯網目前處于炙手可熱的階段，工業和信息化部近幾年多次發文要求加快推進物聯網基礎設施等的建設和相關標準、應用的推進。物聯網的實施過程中，基礎網絡是很重要的環節，但物聯網平臺的作用不容小覷，物聯網和物聯網平臺的協同，將在很多領域顛覆現有的業務模式，使得數據生產方和數據使用方實現解耦，對前端設備的管理等均由物聯網平臺實現，將應用軟件的重心放在對業務的支持方面，這就需要物聯網平臺除了具有廣泛兼容的設備連接和處理能力外，更需要有高度模塊化和強兼容性的應用使能功能，是具有高度適配性的平臺，物聯網平臺要做到具有良好的兼容性，需要在API網關、規則引擎、業務編排、數據管理、租戶服務、應用預集成等方面做好設計和實現。

1 API網關

物聯網平臺能把網絡能力、連接能力、設備接入、規則引擎、設備數據、預集成第三方能力等統一開放，支持企業、組織、園區智慧應用的快速便捷構建，滿足個性化的開發需求。平臺對于業務能力調用請求進行鑒權，鑒權通過后向上層應用轉發能力調用。鑒權應支持采用雙向證書認證+密碼的方式等安全手段。物聯網平臺應提供的豐富API接口：主要包括數據API接口和能力開放API接口，其中數據API接口包含以下接口：

（1）設備API接口：提供API供應用進行設備管理，包含新增、編輯、刪除設備和設備組，及讀取單個或多個設備信息的API服務。

（2）數據API接口：提供API供應用進行設備數據查詢，訂閱（實時推送），刪除等操作。

（3）命令執行API接口：提供控制或下發命令給設備側，包含命令的的發送，響應的獲取，以及命令撤銷等API服務。

（4）規則API接口：提供應用使用平臺規則引擎的能力，包含新增、編輯、刪除及查找規則等API服務。

（5）安全接入API接口：用于對第三方應用進行鑒權認證。

能力API接口包含以下接口：

（1）短信能力API接口：對外提供短信能力封裝服務。

（2）地圖能力API接口：對外提供位置能力封裝服務。

所有API都應是標準的Restful風格。REST（Representational State Transfer）是一種軟件架構風格，提供了一組設計原則和約束。滿足這種設計風格的API即是Restful的API。在目前主流的三種Web服務交互方案中，REST相比于SOAP（Simple Object Access protocol，簡單對象訪問協議）以及XML-RPC更加簡單明了，無論是對URL的處理還是對Payload的編碼，REST都傾向于用更加簡單輕量的方法設計和實現。Web應用程序最重要的 REST原則是，客戶端和服務器之間的交互在請求之間是無狀態的。從客戶端到服務器的每個請求都必須包含理解請求所必需的信息。REST樣式的Web服務中，每個資源都有一個地址。資源本身都是方法調用的目標，方法列表對所有資源都是一樣的。這些方法都是標準方法，包括 HTTP GET、POST、PUT、DELETE，還可能包括HEADER 和OPTIONS。

2 規則引擎

規則引擎定位處理各種事件，用戶可以預定義各種事件處理的判斷條件和對應處理的各種動作，利用規則引擎可以完成異常事件的及時通知和快速處理，幫助終端用戶維護設備、監控設備，保證系統業務的及時恢復。閾值超限、范圍超限、位置跟蹤等事件，也可定義為規則引擎輸入條件，并關聯對應的處理動作。

規則可以和設備、應用、告警綁定，當綁定的信息滿足條件時，規則可以自動化執行響應動作。規則引擎支持對終端下發命令。

物聯網平臺應預置豐富的規則場景，也可以通過標準API接口定制規則。定制規則支持基于終端自組網、基于網關、基于云平臺等不同層級的全面部署方式。

3 業務編排

系統預置常用的業務聯動場景直接供各智慧應用使用，同時對外提供標準API接口，智慧應用可以通過調用API接口實現業務的編排、修改、刪除等操作，實現跨應用跨終端的快速業務定制。

4 數據管理

4.1 基礎數據管理

物聯網平臺提供基礎數據的統一提供查詢和更新服務，保證基礎數據在業務運營中的唯一性和一致性。基礎數據包括生產設備屬性數據，客戶和組織結構相關數據在內的平臺運行所必須的靜態數據等。

平臺對各種設備上報的數據進行管理，將上報的各不相同的數據轉換為標準設備數據；并提供標準控制命令到各種不同設備的控制命令轉換；將設備的原生數據根據行業定義的模型轉換后，支持規則引擎、業務編排模塊、第三方行業應用進行相應的業務觸發。

4.2 數據模型

提供開放的數據模型（基于OneM2M和ETSI標準），并提供對各種設備（傳感器）數據抽象和支持靈活擴展，使應用不需要關注各種具體連接方式（如ETH，Wi-Fi，ZigBee，2/3/4G等）的各種制造廠家（不同的數據編解碼格式）的設備，方便開發者開發支持多個垂直行業應用集成。

支持對物聯網的應用、用戶、設備、傳感器數據，進行管理和關聯綁定操作，并提供群組管理和對應批操作。

4.3 數據集成、存儲

物聯網平臺針對不同物聯網終端數據類結構相差各異的特點，應提供多類型數據庫以支持異構數據的集成、存儲。設置專用數據庫用于存儲文檔數據和異構數據，數據庫的Replica Sets（副本集） 和Sharding（分片）技術實現數據庫的可靠性和水平擴展。業務數據庫用于存儲關系數據，存儲系統配置、運維用戶管理等維護管理相關數據。并能集中管理各類數據的存取位置、訪問途徑、關聯關系等相關信息。其中：

分布式數據庫提供結構化數據存儲如溫濕度傳感器上報的溫度、濕度等及其他物聯前端數據，并提供快速數據訪問服務；

內存數據管理技術，對于熱點數據進行緩存處理，如用戶、應用的權限數據，資源訂閱數據等數據存儲。

4.4 數據監控

物聯網平臺的數據監控主要實現以下功能內容：

根據不同業務需求，平臺可對匯集的業務數據和信息配置閾值或約束規則，同時，基于現場配置傳感設備的分布和關聯性，并設置聯動觸發條件和聯動動作邏輯。

依據報警規則的配置內容的對業務數據進行及時、不間斷的監控和判斷。當數值越過閾值界限或告警規則要求時，進行相關事件信息或異常狀態變化信息的記錄，同時通過觸發器啟動后續的報警通知和聯動動作。

通過預設通知方式將報警信息傳達到相應的應用、人員或者指定設備，報警信息通知方式主要分為針對上層應用基于注冊廣播機制的報警信息推送方式，和基于短信和電子郵件的報警信息通知方式。

4.5 數據分析

物聯網平臺提供數據分析能力，對設備上報的數據進行解析、分析、存儲等處理。平臺會根據設備數據的分析結果做出相應操作，例如，當水表的電量信息上報至平臺，平臺通過對電量的分析判斷電池是否需要更換，如電池電量較低，平臺則會上報告警，提醒企業更換電池。同時，物聯網平臺也會分析、篩選設備數據中有用數據，可以將企業訂閱的有用數據推送給企業使用。

平臺通過柱狀圖、曲線圖，餅狀圖和儀表盤報表圖等將數據分析結果可視化。

4.6 數據共享

物聯網平臺應支持數據訂閱與推送能力，平臺向應用側開放訂閱平臺數據和消息推送接口，應用向平臺訂閱所需的通知類型，當已訂閱的通知類型觸發時，平臺向應用推送此消息，應用根據通知類型進行對消息分派對應的服務模塊進行處理。

應用須在通過鑒權認證后才能進行數據的訂閱。應用可以訂閱的通知類型應至少包括：添加新設備、設備信息變化、設備數據變化、刪除設備、設備事件、消息確認、響應命令、設備信息、規則事件、設備綁定激活、設備數據批量變化等內容。

4.7 數據授權

在某些業務場景下，采集后的數據需要通過權限開放給其它應用使用，企業管理人員可以登錄物聯網平臺Portal對數據進行授權管理，授權某些數據開放給特定的應用使用。

5 租戶服務

物聯網平臺應采取虛擬化或容器云的技術對各租戶進行完全隔離，實現同一套硬件資源同時支撐多個用戶的運營。資源隔離后，各租戶獨立運維。適合如下場景：

（1）根據所在地為特征進行分類，例如：省、市、縣等。

（2）根據所在的行業領域為特征進行分類，例如：環保、照明和環衛等。

6 第三方能力預集成

物聯網平臺除了提供平臺自身的能力開放，還支持通過提供標準WebService接口的方式，實現外部能力的接入及封裝，并通過統一的北向Restful API對應用開放，上層應用通過平臺的開放接口調用封裝的能力，調用參數包括：能力ID、調用能力的參數。

通常包括與第三方地圖服務、短信與郵件服務等的集成：

6.1 地圖服務集成

通過集成和封裝第三方GIS服務產品，提供基于地圖的設備管理服務，在地圖上呈現設備及設備狀態。支持當前業界主流的地圖切換。

6.2 短信與郵件服務集成

通過集成第三方短信網關、電子郵件系統來實現相關信息的通知和發送。

7 結語

物聯網項目的實施成功，需要前端傳感設備、通信模組、物聯網專用網絡、物聯網平臺及各應用系統的通力配合才能實現，本文僅針對物聯網平臺的應用使能功能展開論述，對其中的部分技術點的實現方式給出了一些通用方法，但不一定是最優的，物聯網平臺與應用系統的集成過程終需要根據各系統系統的實際情況選擇合適的技術方案和接口方式。

參考文獻

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