物联网平台应用使能的实现研究

魏伟

摘 要：物联网平台作为前端传感和后端应用系统之间的中间层，将简化传统应用系统的实现模式，传统需要由各个系统均实现对设备、连接等的管理功能，而物联网平台将作为中间对接前端设备并实现安全的连接管理，使得应用系统只用关心业务层面的数据处理、流程定义、功能优化等，简化应用系统的复杂度和处理逻辑，从而实现对传统应用系统模式的颠覆，本文探讨了物联网平台中应用使能功能实现的关键要素和实现方式等内容。

关键词：API；规则引擎；业务编排；数据处理；预集成

中图分类号：TH929 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）20-0023-02

物联网目前处于炙手可热的阶段，工业和信息化部近几年多次发文要求加快推进物联网基础设施等的建设和相关标准、应用的推进。物联网的实施过程中，基础网络是很重要的环节，但物联网平台的作用不容小觑，物联网和物联网平台的协同，将在很多领域颠覆现有的业务模式，使得数据生产方和数据使用方实现解耦，对前端设备的管理等均由物联网平台实现，将应用软件的重心放在对业务的支持方面，这就需要物联网平台除了具有广泛兼容的设备连接和处理能力外，更需要有高度模块化和强兼容性的应用使能功能，是具有高度适配性的平台，物联网平台要做到具有良好的兼容性，需要在API网关、规则引擎、业务编排、数据管理、租户服务、应用预集成等方面做好设计和实现。

1 API网关

物联网平台能把网络能力、连接能力、设备接入、规则引擎、设备数据、预集成第三方能力等统一开放，支持企业、组织、园区智慧应用的快速便捷构建，满足个性化的开发需求。平台对于业务能力调用请求进行鉴权，鉴权通过后向上层应用转发能力调用。鉴权应支持采用双向证书认证+密码的方式等安全手段。物联网平台应提供的丰富API接口：主要包括数据API接口和能力开放API接口，其中数据API接口包含以下接口：

（1）设备API接口：提供API供应用进行设备管理，包含新增、编辑、删除设备和设备组，及读取单个或多个设备信息的API服务。

（2）数据API接口：提供API供应用进行设备数据查询，订阅（实时推送），删除等操作。

（3）命令执行API接口：提供控制或下发命令给设备侧，包含命令的的发送，响应的获取，以及命令撤销等API服务。

（4）规则API接口：提供应用使用平台规则引擎的能力，包含新增、编辑、删除及查找规则等API服务。

（5）安全接入API接口：用于对第三方应用进行鉴权认证。

能力API接口包含以下接口：

（1）短信能力API接口：对外提供短信能力封装服务。

（2）地图能力API接口：对外提供位置能力封装服务。

所有API都应是标准的Restful风格。REST（Representational State Transfer）是一种软件架构风格，提供了一组设计原则和约束。满足这种设计风格的API即是Restful的API。在目前主流的三种Web服务交互方案中，REST相比于SOAP（Simple Object Access protocol，简单对象访问协议）以及XML-RPC更加简单明了，无论是对URL的处理还是对Payload的编码，REST都倾向于用更加简单轻量的方法设计和实现。Web应用程序最重要的 REST原则是，客户端和服务器之间的交互在请求之间是无状态的。从客户端到服务器的每个请求都必须包含理解请求所必需的信息。REST样式的Web服务中，每个资源都有一个地址。资源本身都是方法调用的目标，方法列表对所有资源都是一样的。这些方法都是标准方法，包括 HTTP GET、POST、PUT、DELETE，还可能包括HEADER 和OPTIONS。

2 规则引擎

规则引擎定位处理各种事件，用户可以预定义各种事件处理的判断条件和对应处理的各种动作，利用规则引擎可以完成异常事件的及时通知和快速处理，帮助终端用户维护设备、监控设备，保证系统业务的及时恢复。阈值超限、范围超限、位置跟踪等事件，也可定义为规则引擎输入条件，并关联对应的处理动作。

规则可以和设备、应用、告警绑定，当绑定的信息满足条件时，规则可以自动化执行响应动作。规则引擎支持对终端下发命令。

物联网平台应预置丰富的规则场景，也可以通过标准API接口定制规则。定制规则支持基于终端自组网、基于网关、基于云平台等不同层级的全面部署方式。

3 业务编排

系统预置常用的业务联动场景直接供各智慧应用使用，同时对外提供标准API接口，智慧应用可以通过调用API接口实现业务的编排、修改、删除等操作，实现跨应用跨终端的快速业务定制。

4 数据管理

4.1 基础数据管理

物联网平台提供基础数据的统一提供查询和更新服务，保证基础数据在业务运营中的唯一性和一致性。基础数据包括生产设备属性数据，客户和组织结构相关数据在内的平台运行所必须的静态数据等。

平台对各种设备上报的数据进行管理，将上报的各不相同的数据转换为标准设备数据；并提供标准控制命令到各种不同设备的控制命令转换；将设备的原生数据根据行业定义的模型转换后，支持规则引擎、业务编排模块、第三方行业应用进行相应的业务触发。

4.2 数据模型

提供开放的数据模型（基于OneM2M和ETSI标准），并提供对各种设备（传感器）数据抽象和支持灵活扩展，使应用不需要关注各种具体连接方式（如ETH，Wi-Fi，ZigBee，2/3/4G等）的各種制造厂家（不同的数据编解码格式）的设备，方便开发者开发支持多个垂直行业应用集成。

支持对物联网的应用、用户、设备、传感器数据，进行管理和关联绑定操作，并提供群组管理和对应批操作。

4.3 数据集成、存储

物联网平台针对不同物联网终端数据类结构相差各异的特点，应提供多类型数据库以支持异构数据的集成、存储。设置专用数据库用于存储文档数据和异构数据，数据库的Replica Sets（副本集） 和Sharding（分片）技术实现数据库的可靠性和水平扩展。业务数据库用于存储关系数据，存储系统配置、运维用户管理等维护管理相关数据。并能集中管理各类数据的存取位置、访问途径、关联关系等相关信息。其中：

分布式数据库提供结构化数据存储如温湿度传感器上报的温度、湿度等及其他物联前端数据，并提供快速数据访问服务；

内存数据管理技术，对于热点数据进行缓存处理，如用户、应用的权限数据，资源订阅数据等数据存储。

4.4 数据监控

物联网平台的数据监控主要实现以下功能内容：

根据不同业务需求，平台可对汇集的业务数据和信息配置阈值或约束规则，同时，基于现场配置传感设备的分布和关联性，并设置联动触发条件和联动动作逻辑。

依据报警规则的配置内容的对业务数据进行及时、不间断的监控和判断。当数值越过阈值界限或告警规则要求时，进行相关事件信息或异常状态变化信息的记录，同时通过触发器启动后续的报警通知和联动动作。

通过预设通知方式将报警信息传达到相应的应用、人员或者指定设备，报警信息通知方式主要分为针对上层应用基于注册广播机制的报警信息推送方式，和基于短信和电子邮件的报警信息通知方式。

4.5 数据分析

物联网平台提供数据分析能力，对设备上报的数据进行解析、分析、存储等处理。平台会根据设备数据的分析结果做出相应操作，例如，当水表的电量信息上报至平台，平台通过对电量的分析判断电池是否需要更换，如电池电量较低，平台则会上报告警，提醒企业更换电池。同时，物联网平台也会分析、筛选设备数据中有用数据，可以将企业订阅的有用数据推送给企业使用。

平台通过柱状图、曲线图，饼状图和仪表盘报表图等将数据分析结果可视化。

4.6 数据共享

物联网平台应支持数据订阅与推送能力，平台向应用侧开放订阅平台数据和消息推送接口，应用向平台订阅所需的通知类型，当已订阅的通知类型触发时，平台向应用推送此消息，应用根据通知类型进行对消息分派对应的服务模块进行处理。

应用须在通过鉴权认证后才能进行数据的订阅。应用可以订阅的通知类型应至少包括：添加新设备、设备信息变化、设备数据变化、删除设备、设备事件、消息确认、响应命令、设备信息、规则事件、设备绑定激活、设备数据批量变化等内容。

4.7 数据授权

在某些业务场景下，采集后的数據需要通过权限开放给其它应用使用，企业管理人员可以登录物联网平台Portal对数据进行授权管理，授权某些数据开放给特定的应用使用。

5 租户服务

物联网平台应采取虚拟化或容器云的技术对各租户进行完全隔离，实现同一套硬件资源同时支撑多个用户的运营。资源隔离后，各租户独立运维。适合如下场景：

（1）根据所在地为特征进行分类，例如：省、市、县等。

（2）根据所在的行业领域为特征进行分类，例如：环保、照明和环卫等。

6 第三方能力预集成

物联网平台除了提供平台自身的能力开放，还支持通过提供标准WebService接口的方式，实现外部能力的接入及封装，并通过统一的北向Restful API对应用开放，上层应用通过平台的开放接口调用封装的能力，调用参数包括：能力ID、调用能力的参数。

通常包括与第三方地图服务、短信与邮件服务等的集成：

6.1 地图服务集成

通过集成和封装第三方GIS服务产品，提供基于地图的设备管理服务，在地图上呈现设备及设备状态。支持当前业界主流的地图切换。

6.2 短信与邮件服务集成

通过集成第三方短信网关、电子邮件系统来实现相关信息的通知和发送。

7 结语

物联网项目的实施成功，需要前端传感设备、通信模组、物联网专用网络、物联网平台及各应用系统的通力配合才能实现，本文仅针对物联网平台的应用使能功能展开论述，对其中的部分技术点的实现方式给出了一些通用方法，但不一定是最优的，物联网平台与应用系统的集成过程终需要根据各系统系统的实际情况选择合适的技术方案和接口方式。

参考文献

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