面向智慧園區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)中間件的整體架構(gòu)探討

陳海 劉鋒 劉向超

摘 要 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，包括電力、醫(yī)療、物流、交通以及園區(qū)的建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧園區(qū)相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)各個(gè)智能化系統(tǒng)的有效協(xié)同，數(shù)據(jù)共享，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)筑的智慧園區(qū)平臺(tái)具有可擴(kuò)展的業(yè)務(wù)配置管理功能，通過它可向住戶、企業(yè)、園區(qū)管理者、系統(tǒng)維護(hù)者等不同用戶提供多樣化的服務(wù)，可以滿足用戶的個(gè)性化需求?；诖耍疚闹饕獙?duì)面向智慧園區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)中間件的整體架構(gòu)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞 面向智慧園區(qū)；物聯(lián)網(wǎng)；中間件；整體架構(gòu)

前言

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同應(yīng)用需求，利用具有感知、通信與計(jì)算能力的智能終端自動(dòng)獲取物理世界上的各種信息，將所有能夠獨(dú)立尋址的物理對(duì)象互聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)全面感知、可靠傳輸、智能處理，構(gòu)建人與物、物與物互聯(lián)的智能信息服務(wù)系統(tǒng)。然而，物理的物數(shù)量大、種類多，具有異構(gòu)性，虛擬的物具有信息關(guān)聯(lián)復(fù)雜的特性。因此，需要建立一個(gè)通用的服務(wù)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物的有效管理、交互和處理，確保提供與物相關(guān)的服務(wù)。于是物聯(lián)網(wǎng)中間件便產(chǎn)生了。

1 面向智慧園區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)中間的模型

物聯(lián)網(wǎng)中間件是介于感知設(shè)備與上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的一種基礎(chǔ)軟件。由于智慧園區(qū)的不同場景需要接入不同的終端設(shè)備和不同的上層應(yīng)用，所以該物聯(lián)網(wǎng)中間件采用SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

物聯(lián)網(wǎng)中間件主要由設(shè)備驅(qū)動(dòng)層、服務(wù)對(duì)象調(diào)度管控層、業(yè)務(wù)服務(wù)應(yīng)用層三部分組成。設(shè)備驅(qū)動(dòng)層：主要包括設(shè)備注冊(cè)請(qǐng)求、設(shè)備連接請(qǐng)求、安全認(rèn)證、設(shè)備注銷、設(shè)備配置、打開設(shè)備、關(guān)閉設(shè)備及針對(duì)不同類型的設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制。服務(wù)對(duì)象調(diào)度層：分為驅(qū)動(dòng)服務(wù)對(duì)象、系統(tǒng)控制對(duì)象、業(yè)務(wù)服務(wù)對(duì)象三部分。其中驅(qū)動(dòng)服務(wù)對(duì)象主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)配置、設(shè)備登記管理、設(shè)備配置等，通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)管理調(diào)度完成終端設(shè)備的注冊(cè)請(qǐng)求、連接請(qǐng)求、安全認(rèn)證、讀寫數(shù)據(jù)等；業(yè)務(wù)服務(wù)對(duì)象主要實(shí)現(xiàn)服務(wù)本地命名、服務(wù)線程池、服務(wù)日志及對(duì)外發(fā)布API函數(shù)，通過業(yè)務(wù)服務(wù)管理調(diào)度完成業(yè)務(wù)應(yīng)用層與設(shè)備層之間的數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)控制對(duì)象主要包含任務(wù)管理器、線程池管理、內(nèi)存管理、性能監(jiān)控及系統(tǒng)日志等。服務(wù)對(duì)象調(diào)度將所有設(shè)備驅(qū)動(dòng)、業(yè)務(wù)邏輯等均看作是服務(wù)對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行管理、配置及調(diào)度，完成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的傳感網(wǎng)部署接入和分布式實(shí)時(shí)交互業(yè)務(wù)處理。業(yè)務(wù)應(yīng)用層：針對(duì)具體物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，提供與應(yīng)用系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)交互方式，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析[1]。

2 實(shí)現(xiàn)方案

設(shè)備驅(qū)動(dòng)層：由于接入中間件的底層設(shè)備不同所上傳的數(shù)據(jù)格式也不同，為了向上層應(yīng)用屏蔽底層設(shè)備差異，需要在設(shè)備驅(qū)動(dòng)層解析傳輸協(xié)議，統(tǒng)一化數(shù)據(jù)格式。設(shè)備驅(qū)動(dòng)層提供統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)接口IDriver，通過定義標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)通信接口，中間件利用反射技術(shù)動(dòng)態(tài)加載驅(qū)動(dòng)DLL實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)，終端設(shè)備與上層數(shù)據(jù)交互由驅(qū)動(dòng)協(xié)議內(nèi)部完成，形成XML數(shù)據(jù)文件，最終通過統(tǒng)一接口方法傳遞給中間件。

對(duì)于設(shè)備的配置和數(shù)據(jù)解析要通過采用讀取XML配置文件的方式，采用配置文件的好處是可以保證在不修改代碼的前提下，通過修改配置文件可以達(dá)到調(diào)整功能的目的，并方便以后進(jìn)行功能擴(kuò)展。設(shè)備在接入中間件后，首先分配給每個(gè)設(shè)備一個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，然后針對(duì)不同的設(shè)備調(diào)用不同的數(shù)據(jù)解析方式，完成數(shù)據(jù)安全認(rèn)證和校驗(yàn)，而后通過配置數(shù)據(jù)過濾模式將數(shù)據(jù)進(jìn)行不同層次的過濾，再通過XML轉(zhuǎn)化模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為XML格式。

服務(wù)對(duì)象調(diào)度層：是中間件的核心部分，把設(shè)備驅(qū)動(dòng)和業(yè)務(wù)都看作服務(wù)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)、驅(qū)動(dòng)及設(shè)備服務(wù)的管理和調(diào)用。當(dāng)設(shè)備接入中間件后，配置相應(yīng)驅(qū)動(dòng)及業(yè)務(wù)保存到數(shù)據(jù)庫中，并把設(shè)備信息也保存到數(shù)據(jù)庫中。啟動(dòng)中間件后，自動(dòng)獲取驅(qū)動(dòng)表、設(shè)備表和業(yè)務(wù)表，實(shí)例化相關(guān)對(duì)象，自動(dòng)調(diào)用驅(qū)動(dòng)和業(yè)務(wù)層中的各個(gè)方法事件。

中間件驅(qū)動(dòng)服務(wù)層定義了接收驅(qū)動(dòng)層事件的相應(yīng)方法，設(shè)備連接方法Connect（），設(shè)備斷開方法DisConnect（），獲取設(shè)備狀態(tài)GetStatus（），讀取數(shù)據(jù)ReadData（），寫入數(shù)據(jù)WriteData（），這些函數(shù)負(fù)責(zé)接收驅(qū)動(dòng)層的響應(yīng)事件，并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至業(yè)務(wù)層接口。業(yè)務(wù)層處理后返回到驅(qū)動(dòng)層，通過驅(qū)動(dòng)層下發(fā)到設(shè)備。同時(shí)在這些方法和事件中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。業(yè)務(wù)服務(wù)層定義了接收業(yè)務(wù)層事件的方法，設(shè)備參數(shù)設(shè)置方法Setup（），ProcessResult（）負(fù)責(zé)接收業(yè)務(wù)執(zhí)行處理結(jié)果，GetAndSendWait-Cmd（）負(fù)責(zé)接收業(yè)務(wù)層下發(fā)的待發(fā)指令列表，并在函數(shù)內(nèi)按照預(yù)先定義的指令類型，將指令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)函數(shù)，由相應(yīng)函數(shù)具體執(zhí)行[2]。

3 結(jié)束語

文中設(shè)計(jì)的中間件介于感知設(shè)備與上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間，采用SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)，具有粗粒度、松耦合的特點(diǎn)，滿足了物聯(lián)網(wǎng)多種設(shè)備接入、支持多個(gè)應(yīng)用的需求。實(shí)現(xiàn)多類型感知設(shè)備的接入管理。每個(gè)設(shè)備可靈活指定為特定應(yīng)用系統(tǒng)提供信息服務(wù)；擺脫物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備非標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，帶來的開發(fā)、維護(hù)和擴(kuò)展的限制。

參考文獻(xiàn)

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[2] 舒文瓊.中國智慧城市現(xiàn)狀：遍地開花亂象隱現(xiàn)[J].通信世界，2013，

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