基于服务端共享数据的物联网络信息流架构设计

【摘  要】物联网架构对于终端设备的信息采集与数据处理具有重要的作用，而信息流组织架构设计对于数据的采集和使用起决定性作用，工业应用具有及时，高效等特点，合理的信息流组织架构不仅能够节约网络资源，而且对于设备采集端的负载均衡具有重要作用。本文设计一种基于服务端共享数据的工业物联网边缘信息流组织架构，该信息流架构能够很好的满足工业物联网边缘设备管理的多客户端并发访问，减少了对网关的重复查询，解决了网络拥塞问题，提高了客户端的访问效率，服务端作为设备管理系统最重要的组件，实现了对数据的统一管理，具备为上层系统提供服务的能力。

【關键词】信息采集;网关;信息流架构;服务端;共享数据

引言

物联网网关是连接感知网络与传统通信网络的纽带，作为网关设备，物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。此外物联网网关还需要具备设备管理功能，运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制。对于集约化程度较高的工业物联网，数据的私密性关乎行业的发展，大多数企业选择边缘服务器作为设备管理服务端，通过无线热点的方式组建私有网络，实现设备的监控与数据的共享。物联网网关能够提供标准协议，供终端设备与上层系统通讯，包括设备参数的读取与参数的修改。对于多客户端参数的读取，传统的处理方式为，客户端向网关请求参数，网关转发命令，查询终端设备，然后返回查询结果。当多客户端同时请求设备参数时，会增加网络传输和网关负载，导致查询的阻塞。

针对工业物联网多客户端查询效率低下的问题，本文提出一种基于服务端共享数据的边缘信息流组织架构，利用网关的推送机制与服务端的共享内存机制，实现物联网络的信息流组织结构和数据通路的搭建，保证数据稳定、及时、有效传输的同时，增加了物联网络中终端设备与客户端的扩展能力，有效提高了工业物联网数据处理效率。

1.信息流组织架构

1.1现状

服务端是上层系统数据收集与存储的重要组件，向下与物联网关通信，收集网关查询的设备参数，向上与客户端通信，为用户客户端提供数据来源。现有信息流架构为：客户端请求设备数据，需要先发送请求给服务器，然后服务器转发请求给网关，网关再查询机器数据，查询请求信息流如图1所示。

此信息流会存在以下问题，随着客户端访问量的增加，服务端软件要求越来越高，单一的数据通路已不能满足多个客户端并发访问的要求，当多客户端同时查询同一台设备，服务器与网关都需要转发请求命令，致使网关重复查询，负载增大，此模式增加了客户端与设备层的耦合度。

1.2处理过程

将网关作为数据收集装置，定时轮询所连接的设备，并将轮询结果主动推送给服务端，当客户端向服务端发起访问请求时，服务端无需再下发请求至网关，而是可以直接从共享数据区获取数据，减少了服务端对网关的重复查询，解决了网络拥塞问题。

由图2看出，网关的定时轮询机制和主动推送机制保证了服务端每时每刻都提供更新后的数据，因此，当客户端向服务端发起查询请求时，服务端能够直接从数据共享区获取请求结果，而无需再向网关转发请求，特别是当多客户端同时向服务端发送请求时，此信息流架构能够很好的解决网络拥塞问题。

2.实验结果及分析

2.1实验准备

实验选用Win10系统，用C#编写服务端和客户端程序，将多个客户端分别安装于不同虚拟机下，分别使用传统信息流架构与改进的信息流架构进行网络负载实验。

2.2 实验结果及分析

多个客户端分别在两种不同策略的算法下的时间开销T（ms）如表1所示。

由实验结果可以得出，当客户端数量较少时，两种信息流架构的时间开销没有明显差别，但是随着客户端数量的增加，传统信息流架构的系统请求时间开销会呈线性增加，而改进后信息流架构的系统请求时间开销也会略微增加，但是程度不大，与客户端数量关系不大，能够说明改进后信息流架构能够很好的解决多客户端请求网络拥塞问题，而且客户端数量越多，效果越明显。

参考文献

[1] 尹子航， 唐磊， 沈绪榜. 中国工业物联网的发展研究与对策[J]. 机械工程与自动化， 2018， 000（004）：217-219.

[2] 杨颖达. 基于工业物联网的生产状态监测及数据分析系统[D]. 2019.

[3] 王浩， 李玉， 秘明睿，等. 一种基于监督机制的工业物联网安全数据融合方法[J]. 仪器仪表学报， 2013， 034（004）：817-824.

作者简介：于晓龙（1991），男，山东诸城人，助理工程师，硕士研究生，研究方向为工业物联网。