面向服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐系統(tǒng)的設(shè)計思路探討

【摘要】隨著信息時代的到來，各個領(lǐng)域行業(yè)開始加大對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用力度。而隨著物聯(lián)網(wǎng)中業(yè)務(wù)交互的愈發(fā)頻繁以及設(shè)備感知的愈發(fā)復(fù)雜，使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用逐漸顯現(xiàn)出碎片化問題。對此，為實現(xiàn)有效的應(yīng)用服務(wù)交互，消除物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用過程中存在的碎片化問題，本文在分析當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀的前提下，提出一種面向服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐系統(tǒng)，闡明其具體設(shè)計思路，以此促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)揮出最大成效。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)用支撐系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);服務(wù)架構(gòu);設(shè)計思路

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.23.019

行業(yè)領(lǐng)域的智能化發(fā)展促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)迎來良好發(fā)展契機(jī)，盡管現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究中感知設(shè)備部署、傳感技術(shù)等方面為側(cè)重點，但是其單一的研究方向無法為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)支撐。分析現(xiàn)階段對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究，針技術(shù)底層的研究雖然通過引進(jìn)中間件來提升計算、存儲等能力，但是仍在通用性、拓展性等方面存在弊端;而針對技術(shù)上層的研究，仍對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與傳感設(shè)備之間的聯(lián)系存在忽視，進(jìn)而影響到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的穩(wěn)定應(yīng)用。而要想實現(xiàn)在多應(yīng)用場景中進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用，需以相應(yīng)平臺為支撐，對此，本研究提出一種基于感知層、應(yīng)用層兼顧的物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中各層級的有效交互聯(lián)系。

1. 面向服務(wù)的應(yīng)用支撐模型概述

1.1 面向服務(wù)整體架構(gòu)

面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)概念誕生于1996年，該體系主要是依托于中立式接口來實現(xiàn)不同程序功能的有效聯(lián)系，并幫助模型增設(shè)編程、操作系統(tǒng)、硬件平臺等功能，實現(xiàn)在系統(tǒng)層級中采用統(tǒng)一通用方式來達(dá)到層級交互的目的。進(jìn)行服務(wù)架構(gòu)的具體分析，其中服務(wù)代理主要是進(jìn)行符合合同契約服務(wù)的接收，進(jìn)而實現(xiàn)對訪問請求的響應(yīng)，而服務(wù)消費者組成具體包括服務(wù)、應(yīng)用等模塊，在綁定服務(wù)提供者時，主要是借助代理機(jī)制定位來達(dá)到綁定的目的，針對具體服務(wù)的執(zhí)行，則是依托基于合同契約的請求模式來完成。合同契約主要存儲于數(shù)據(jù)庫中，存儲形式體現(xiàn)為通用標(biāo)準(zhǔn)注冊表。為確保消費者與提供者之間可有效交互，需以合同契約為協(xié)議。發(fā)布主要是以注冊表形式進(jìn)行必要服務(wù)的發(fā)布，具體服務(wù)包括框架注冊流程、契約協(xié)議;查找則是消費者以注冊機(jī)制為依托進(jìn)行所需服務(wù)的查找。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐模型

本研究所提出的應(yīng)用支撐模型，同樣包含感知層、應(yīng)用層以及網(wǎng)絡(luò)層，以三層架構(gòu)原則為基礎(chǔ)，結(jié)合中間件、SOA等技術(shù)實現(xiàn)對模型架構(gòu)的有效構(gòu)建（如圖一）。針對模型層次的劃分，主要是依托于通信服務(wù)接口、近程入網(wǎng)接口來實現(xiàn)對模型網(wǎng)絡(luò)層、感知層以及應(yīng)用層劃分。同時，基于對SOA等技術(shù)的融合，又可以實現(xiàn)將模型細(xì)化為三部分。針對應(yīng)用支撐系統(tǒng)的構(gòu)建，其中物聯(lián)服務(wù)模型為核心所在，并且在系統(tǒng)不同層次的模塊中，均與物聯(lián)服務(wù)模型之間存在聯(lián)系。分析應(yīng)用支撐系統(tǒng)的構(gòu)成，具體包括事件引擎、設(shè)備驅(qū)動、服務(wù)管理以及異構(gòu)處理組成。其中設(shè)備驅(qū)動主要是依托于感知設(shè)備進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息的采集，在設(shè)備數(shù)據(jù)信息存儲的同時進(jìn)行定信息的分配;異構(gòu)處理主要是以原始數(shù)據(jù)為依據(jù)，對照定位信息血來實現(xiàn)幀格式統(tǒng)一，通過異構(gòu)有效處理來保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行;事件引擎主要是分析、計算相關(guān)數(shù)據(jù)信息，而針對所分析的數(shù)據(jù)信息，必須保持其格式的統(tǒng)一，基于對多線程機(jī)制的應(yīng)用，借助任務(wù)形式來進(jìn)行消息的讀寫及其事件的觸發(fā);服務(wù)管理則是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層上傳數(shù)據(jù)的處理，并通過基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)管控來發(fā)揮出模型服務(wù)總線的作用。

針對設(shè)備驅(qū)動而言，服務(wù)管理部分在驗證設(shè)備信息ID時，主要依托于合同契約，此時設(shè)備驅(qū)動文件系統(tǒng)會接收驗證后的設(shè)備虛擬IP，因虛擬IP是設(shè)備ID驗證后的映射，所以可以將虛擬IP當(dāng)做設(shè)備的唯一標(biāo)識，最后通過驅(qū)動映射激活設(shè)備，并顯示為可用狀態(tài);針對異構(gòu)處理而言，因設(shè)備注冊后會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息，且不同設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息類型不同，所以在輸出信息方式、采集信息時間等方面形成異構(gòu)數(shù)據(jù)。而異構(gòu)處理則會進(jìn)行設(shè)備上傳數(shù)據(jù)的采集，依托于相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的幀格式進(jìn)行異構(gòu)處理;針對事件引擎而言，作為中間件技術(shù)的核心，位置系統(tǒng)中間層，也是支撐系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)動力;針對服務(wù)管理而言，主要職責(zé)為以用戶需求為基礎(chǔ)，通過動態(tài)綁定、配置，以及有效管控來促進(jìn)交互行為的進(jìn)行。

2. 應(yīng)用支撐系統(tǒng)設(shè)計

2.1 應(yīng)用背景

本研究所提出的應(yīng)用支撐系統(tǒng)，可通過初始化設(shè)置來實現(xiàn)在不同場景中有效應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。本研究以某企業(yè)油氣監(jiān)控為背景，在該企業(yè)原有監(jiān)控中進(jìn)行應(yīng)用支撐系統(tǒng)的設(shè)置。其硬件系統(tǒng)配置若干客戶端以及服務(wù)器1臺，針對服務(wù)器的開發(fā)，采用Java語言開發(fā)，針對上位機(jī)系統(tǒng)則采用數(shù)據(jù)庫、J2ee等技術(shù)進(jìn)行搭建。針對下位機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)，需以多線程類庫為依托，采用C++語言進(jìn)行系統(tǒng)的搭建，確保下位機(jī)系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程交互等功能。待設(shè)置完成后，檢查系統(tǒng)是否符合多臺客戶端受到1臺服務(wù)器控制的要求，為每臺客戶端進(jìn)行Rs485、USB等類型接口的設(shè)置，通過與感知設(shè)備連接來構(gòu)建完整系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)以SOA模型為依據(jù)，進(jìn)行對象及其基礎(chǔ)操作的封裝，針對注冊列表的確定，需要客戶端與服務(wù)器進(jìn)行實現(xiàn)確定，并將合同契約的注冊列表持續(xù)到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以此為后續(xù)綁定操作與查找服務(wù)的開展提供依據(jù)。以WEB服務(wù)模式為依托，進(jìn)行服務(wù)模型的具體化，實現(xiàn)用戶在遠(yuǎn)程操控過程中，僅需借助瀏覽器即可有效操控。同時，Web界面中相關(guān)上位機(jī)服務(wù)組件需以請求模式體現(xiàn)，而客戶端除了需要完成本地相關(guān)事務(wù)操作之外，還需負(fù)責(zé)服務(wù)器指令的實時接收。而當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部的感知設(shè)備、客戶端及其服務(wù)器相互連接時，能夠做到以合同契約順序為依據(jù)，來執(zhí)行設(shè)備驅(qū)動，然后進(jìn)行異構(gòu)處理操作，并啟動事件引擎。要想實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器之間進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交互，需以套接字為主要形式來構(gòu)建通信管道。待系統(tǒng)硬件架構(gòu)完成搭建后，相關(guān)操作人員可以在運行期間采用無線、有線方式來請求響應(yīng)。

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)與結(jié)果分析

依托于Aja、JSP技術(shù)的應(yīng)用，通過動態(tài)頁面形式進(jìn)行Web服務(wù)的展示，同時通過對異步請求處理、動態(tài)邏輯跳轉(zhuǎn)機(jī)制的合理嵌入，實現(xiàn)通過接口來觸發(fā)業(yè)務(wù)訪問與管理。以Spring框架為基礎(chǔ)進(jìn)行服務(wù)器后臺的搭建，以松耦合形式進(jìn)行不同代碼類的管理與注入，同時以Spring類庫為基礎(chǔ)，達(dá)到前段展示交互于后臺代碼業(yè)務(wù)的目的。另外，Spring具有類代碼維護(hù)的作用，具體涉及到的類代碼包括數(shù)據(jù)可視化的類代碼以及數(shù)據(jù)分析的類代碼。針對客戶端的構(gòu)建，以多線程輪詢機(jī)制為主要，這就表明在進(jìn)行線程類池調(diào)用過程中，需經(jīng)歷請求、等待、競爭、釋放的過程。任務(wù)的激發(fā)需要依托于服務(wù)器的指令，在此基礎(chǔ)上線程從隊列中進(jìn)行線程的觸發(fā)，并通過感知層數(shù)據(jù)處理來的達(dá)到雙向數(shù)據(jù)交互的目的。而針對上位機(jī)與下位機(jī)的交互，則是基于對socket信道的構(gòu)建，并將濾器鏈安設(shè)于管道中，實現(xiàn)利用過濾器進(jìn)行讀寫接口、數(shù)據(jù)互聯(lián)的動態(tài)執(zhí)行，最終完成異步高效互聯(lián)。

將該支撐系統(tǒng)應(yīng)用于某企業(yè)油氣檢測中，相關(guān)操作人員僅需利用Web操作界面即可實現(xiàn)事件觸發(fā)以及模型的配置。經(jīng)歷一段時間的運行測試，其結(jié)果表明，在正常運行條件下，相應(yīng)業(yè)務(wù)需求的相應(yīng)時間不超過3s，且相關(guān)報告顯示系統(tǒng)各運行參數(shù)與指標(biāo)均在規(guī)定范圍內(nèi)，即該支撐系統(tǒng)可以在保證穩(wěn)定運行的前提下，可有效完成本地流程處理以及數(shù)據(jù)上傳任務(wù)。而相關(guān)操作人員可以依據(jù)需求進(jìn)行操作觸發(fā)，也可以通過自動上傳來提高效率。

3. 結(jié)束語

綜上所述，本研究所提出的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐系統(tǒng)，主要是以SOA模型為基礎(chǔ)，結(jié)合對中間件技術(shù)的應(yīng)用，立足于理論層面進(jìn)行面向服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)支撐系統(tǒng)建設(shè)，經(jīng)測試得出該系統(tǒng)在拓展性、松耦合、動態(tài)配置等方面表現(xiàn)良好，有效解決以往物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用存在的碎片化問題，且系統(tǒng)的相關(guān)運行指標(biāo)、配置功能均可以滿足實際使用需求，以此為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展提供支撐。

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作者簡介：唐明雙（1964.10.24）男，漢，吉林省榆樹市人，副教授，工學(xué)學(xué)士，從事計算機(jī)技術(shù)與工程應(yīng)用研究工作。