物聯(lián)網(wǎng)開放實驗平臺云服務(wù)中間件的構(gòu)建與實現(xiàn)

談海燕 陳夢雨 胡映霞 陳科宇 王輝輝

摘要 針對現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺存在缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、不利于操作的局限性，設(shè)計一套基于Lora的“物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺云服務(wù)中間件”實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)屏蔽了底層細(xì)節(jié)，實現(xiàn)了信息的透明收集和傳輸以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，避免大量的數(shù)據(jù)冗余和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重復(fù)建設(shè)，實現(xiàn)快速構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，降低了搭建系統(tǒng)應(yīng)用的門檻，加速了開發(fā)和部署過程。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 數(shù)據(jù)管理 Lora

目前，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)成為國家重點發(fā)展的對象，占據(jù)了技術(shù)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略性地位，同時對于專業(yè)人才的需求日益增加，隨著物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的逐步深入，教學(xué)的重點趨于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，實踐教學(xué)顯得尤為重要，于是對相應(yīng)的教學(xué)設(shè)備的要求日益提高，現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺存在諸多局限性，已經(jīng)無法滿足教學(xué)需求，本系統(tǒng)應(yīng)運而生。

1 功能設(shè)計

該云服務(wù)實驗平臺完成了下連終端設(shè)備、上接展示平臺、中間對數(shù)據(jù)采集、分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，它能夠屏蔽底層細(xì)節(jié)，以物聯(lián)網(wǎng)為核心，使得該物聯(lián)網(wǎng)開放實驗平臺適用于各種物聯(lián)網(wǎng)智能場景或能夠搭載各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

1.1 驗證實驗?zāi)Ｊ?/p>

用戶通過登陸我們的平臺，可以根據(jù)驗證實驗的要求，在平臺上選擇我們封裝好的模塊搭建應(yīng)用，以溫濕度檢驗應(yīng)用為例，選擇相應(yīng)的協(xié)議設(shè)置相關(guān)名稱信息之后便可創(chuàng)建一個應(yīng)用，在應(yīng)用中選擇添加所需要的傳感器等設(shè)備，即可創(chuàng)建一個溫濕度檢驗系統(tǒng)，通過圖標(biāo)、曲線等方式實時顯示數(shù)據(jù)，讓用戶體會到真正的物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用而不是實驗箱上機(jī)械的連線操作。

1.2 軟件開發(fā)模式

平臺為用戶提供了Web API以及APPAPI，為軟件開發(fā)的同學(xué)提供便利，無需關(guān)注硬件搭建以及數(shù)據(jù)處理，由平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析的統(tǒng)一管理，將自己開發(fā)的Web或者APP與平臺相連，在展現(xiàn)層通過Web端或者移動端，可以實現(xiàn)對底層物理端的監(jiān)控和控制。

1.3 硬件開發(fā)模式

對于致力于硬件開發(fā)的用戶，我們提供了相應(yīng)的接口，只要用戶開發(fā)的設(shè)備支持平臺數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，都可以將自己的設(shè)備與平臺連接，將自己的測量數(shù)據(jù)上傳到平臺上通過平臺實現(xiàn)智能化控制和實時數(shù)據(jù)展示。同時可以自行設(shè)置該數(shù)據(jù)的查看模式（私密/公開），選擇私密模式則只有自己能夠使用，選擇公開則由平臺進(jìn)行展示和推廣，可供其他用戶參考、使用。

2 技術(shù)實現(xiàn)

如圖1所示，該云服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)開放實驗平臺包括終端設(shè)備單元、通訊單元、采集平臺單元、應(yīng)用程序單元和展示單元，所述采集平臺單元內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、引擎模塊、消息模塊、安全模塊、報表模塊、WebAPI、腳本API、APP API。終端設(shè)備單元中的各個設(shè)備之間通過Lora網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，通訊單元與采集平臺單元之間采用網(wǎng)線（MQTT協(xié)議）連接。

應(yīng)用程序單元通過Rest接口與采集平臺單元內(nèi)的數(shù)據(jù)中心。展示單元包括PC端、APP端、微信端，PC端通過Web API與應(yīng)用程序單元的業(yè)務(wù)Rest接口連接，APP端、微信端通過APP API與Rest接口連接，所述業(yè)務(wù)Rest接口與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)連接。

3 可擴(kuò)展性

本示視例的云服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)開放實驗平臺選用的是MQTT協(xié)議和Lora網(wǎng)關(guān)，同樣還可以采用其他協(xié)議的使用和其他網(wǎng)關(guān)的使用，便于擴(kuò)展。

4 總結(jié)

在設(shè)計過程中，本云服務(wù)實驗平臺主要采用python語言進(jìn)行開發(fā)，基于Lora和MQTT協(xié)議，該平臺屏蔽了底層細(xì)節(jié)，實現(xiàn)了信息的透明收集和傳輸以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，避免大量的數(shù)據(jù)冗余和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重復(fù)建設(shè)，實現(xiàn)快速構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，同時可擴(kuò)展性強(qiáng)，方便后期的維護(hù)以及迭代更新，可以應(yīng)用于各種物聯(lián)網(wǎng)智能場景。

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