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IoT -- (一) 物聯網平臺架構設計分析

 現在網上討論的有關物聯網的帖子非常之多,但大部分都是介紹理論或者有關硬體,通訊相關的問題,比如物聯網模組,物聯網通訊協議MQTT、XMPP、NB_IOT等,個人認為這些只是物聯網中一部分,而涉及到物聯網的裝置如何管理,使用者如何管理,資料包如何解析,大資料如何展示等也是物聯網模組中非常重要的部分,所以作者就根據自身工作中總結出來的建構在雲端的物聯網平臺基本架構分享給大家,並基於此架構如何一步一步來開發一套物聯網平臺。

物聯網平臺,應該是基於現在的網際網路,通訊技術來建構,而不依賴與特定的硬體模組,使用者可以基於自身的裝置技術架構,簡單輕鬆接入物聯網。下圖是物聯網的核心架構: 
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1. 四大核心模組

在物聯網中存在4大核心模組,那就是裝置管理,使用者管理,資料傳輸管理,資料管理,只有具備了這四大核心模組,才能認為是一個完整的物聯網平臺,而所有其他的功能模組都是基於此四大功能模組的延展。

1.1 裝置管理

  • 裝置型別管理:定義裝置的型別,此功能一般由裝置的製造商來定義,一種裝置型別最重要的是關聯到一套獨有的資料解析方法,資料的儲存方法,已經裝置規格等資料,也只有裝置的製造商才可以編輯有關裝置型別的資料,而裝置的使用者只能瀏覽裝置型別的相關資訊

  • 裝置管理:裝置管理定義裝置相關資訊,每個裝置必須定義其裝置型別,裝置型別有使用者屬性,裝置在完成銷售,並被使用者啟用後設備就屬於裝置使用者了,這時候裝置使用者對裝置有完全的控制權,可以控制裝置的哪些資料可以被製造商檢視,可以被哪些使用者檢視等許可權

1.2 使用者管理

  • 組織管理:在物聯網平臺中一個很重要的觀念就是組織,所有的裝置,使用者,資料都是基於組織的管理的,裝置製造商是一個組織,裝置的使用者是一個組織,家庭都可以是一個組織。

  • 使用者管理:使用者是基於一個組織下的人員構成,每個組織下面都有管理員角色,管理員可以為其服務的組織新增不通的使用者,並分配每個使用者不同的許可權。一個使用者也可以屬於多個不同的組織,並且扮演不同的組織

  • 使用者組:一組使用者,也是基於組織的使用者組管理,同一使用者組的使用者擁有相同的許可權

  • 許可權管理:同樣是基於組織的許可權管理,主要是針對物件級別的許可權細分,如裝置的瀏覽許可權,可以控制每個使用者是否看到這個裝置;裝置資料瀏覽許可權定義是否可以檢視裝置的執行資料

1.3 資料傳輸管理

1.31 基本格式

資料傳輸管理,定義針對一型別裝置的資料傳輸協議,基本格式是: 
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  • 每一個裝置有廠商唯一的序列號,因為每個製造商有自己的編碼格式,固此序列號沒有固定格式。

  • 命令碼,為此條資料的作用,比如是上傳資料,或者伺服器下發給裝置的命令等,一般採用2位數字編碼00~99

  • 資料,此部分是此條報文,所包含的資料部分,每個協議可以定義不同的解析方式,比如伺服器在收到資料包後,會根據預先定義好的解析方式解析資料欄位,並按照規則儲存

1.32 資料解析定義

  • 每種裝置型別可以定義多條命令,每個命令都有自己不同的解析方式,組織的管理員可以為自己的裝置型別定義解析方式

  • 伺服器接收到資料後,會自動根據預先定義的解析方式解析資料欄位

  • 裝置開發者要根據在IOT平臺定義的資料格式,自行開發自己裝置的解析程式碼

  • 資料欄位都按照HEX方式收發

1.33 資料的儲存

儲存要支援分散式架構,可以為每個裝置定義不同的儲存位置,在diego iot中資料儲存使用mysql資料庫,實現不同的裝置儲存在不同的mysql資料庫中 
每條資料定義生命週期,在生命結束後,系統將自動刪除

1.4 資料管理

  • 許可權管理,資料的許可權在物聯網平臺中是至關重要,資料屬於誰是一個非常重要的概念,只有裝置的擁有者才能定義資料可以給誰看

  • 大資料,物聯網資料本身就是海量的資料,我們可以藉助一些開源的大資料平臺來實現資料的視覺化分析,只有經過分析的資料才是有價值的資料

  • 資料的匯出,使用者可以匯出資料到本地做分析

2.網路通訊

現在所有的雲端的物聯網平臺和裝置之間的通訊,本質上都是建構在TCP/IP協議之上的,只是對資料包的再封裝而已,基於此我們可以是用wifi,4g來實現裝置和雲平臺的通訊,不過裝置與裝置之間的通訊,可以有wifi,Bluetooth,zigbee等,下面介紹幾種常用的通訊架構

2.1 基於移動3/4G通訊 
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此架構是最簡單的架構,裝置就如同我們的手機,基於移動通訊來上網,其主要需要考慮如下幾點

  • 每個裝置都需要一個SIM卡,可以到移動伺服器商辦理專門針對物聯網的SIM卡

  • 資料流量問題,這種架構完全是走資料流量,如果有視訊資料,將會產生比較大的流量費用,這都是要考慮的

  • 通訊質量問題,這完全依賴於移動服務商的網路覆蓋狀況,就如同我們手機一樣,在有些環境下是沒有訊號的,也就沒辦法收發資料

2.2 基於wifi區域網 
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此中架構,適合於所有的物聯網裝置都是執行在一個區域性環境中,裝置通過wifi或者有線連線到路由器,而由路由器統一連線的物聯網伺服器,就如同我們家中裝一個wifi路由器上網一樣的架構,需要注意的事項:

  • 區域網內的智慧裝置,是沒有公網獨立的ip的,只有一個區域網內的ip,帶來的問題就是,裝置可以直接給物聯網伺服器傳送資料包,而物聯網伺服器是不能直接給裝置傳送資料包,就因為裝置沒有公網獨立ip

  • 功耗問題,對於使用wifi接入的裝置,最好不是電池供電,因為wifi的功耗比較大

  • 干擾問題,如果在大型的廠房部署這種架構,一定要考慮,廠房內是否有強幹擾源,如電磁干擾,可以考慮採用工業級的無線路由器,一般抗干擾能力比較強

2.3 基於藍芽通訊

一般的基於藍芽的物聯網,會考慮通過藍芽閘道器來部署 
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藍芽由於其點對點的通訊方式,所以要考慮如下問題:

  • 藍芽閘道器的容量問題,也就是一個藍芽閘道器能接入幾個藍芽裝置,這取決於藍芽閘道器中使用了多少個藍芽裝置

  • 藍芽的配對問題,藍芽裝置直接的通訊都首先配對才能通訊,如果實現自動配對,如果不能自動配對,大規模部署,將是一個很麻煩的事情

還有一種場景是針對不需要一直線上的物聯網裝置,而只是在某種特殊需求的情況下,需要連上伺服器,這中場景下,我們可以通過手機的藍芽功能來讓裝置接入物聯網 
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藍芽手環是這種架構的一種典型應用模式

2.4 基於zigbee

ZigBee也是一種流行的組網模式,zigbee本身設計是針對感測器之間的聯網,具有非常強的低功耗能力 
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zigbee接入網路也依賴於zigbee閘道器,閘道器本身也是一個zigbee裝置,zigbee裝置是自組網的,在使用過程中注意的問題有

  • 資料量的問題,裝置能力和功耗本身是自相矛盾的,由於ZigBee是超低功耗方案,固在通訊能力上也是打折扣的,很適合一些感測器資料的採集,如溫度溼度,但如果對大資料量的視訊類的就不適用了

這裡主要介紹了,幾種常用的物聯網部署架構,至於物聯網協議,這裡就不多介紹,網上文章非常多。

3.智慧裝置

diego iot設計的初衷是讓智慧裝置開發者擺脫對特殊模組的依賴,對於智慧裝置的開發,只要具備聯網功能即可,沒有特別多的要求。

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