【摘? 要】物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)對(duì)于終端設(shè)備的信息采集與數(shù)據(jù)處理具有重要的作用，而信息流組織架構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于數(shù)據(jù)的采集和使用起決定性作用，工業(yè)應(yīng)用具有及時(shí)，高效等特點(diǎn)，合理的信息流組織架構(gòu)不僅能夠節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源，而且對(duì)于設(shè)備采集端的負(fù)載均衡具有重要作用。本文設(shè)計(jì)一種基于服務(wù)端共享數(shù)據(jù)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣信息流組織架構(gòu)，該信息流架構(gòu)能夠很好的滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備管理的多客戶端并發(fā)訪問，減少了對(duì)網(wǎng)關(guān)的重復(fù)查詢，解決了網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，提高了客戶端的訪問效率，服務(wù)端作為設(shè)備管理系統(tǒng)最重要的組件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，具備為上層系統(tǒng)提供服務(wù)的能力。

【關(guān)鍵詞】信息采集;網(wǎng)關(guān);信息流架構(gòu);服務(wù)端;共享數(shù)據(jù)

引言

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是連接感知網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的紐帶，作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)，以及不同類型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。此外物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還需要具備設(shè)備管理功能，運(yùn)營商通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以管理底層的各感知節(jié)點(diǎn)，了解各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。對(duì)于集約化程度較高的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)的私密性關(guān)乎行業(yè)的發(fā)展，大多數(shù)企業(yè)選擇邊緣服務(wù)器作為設(shè)備管理服務(wù)端，通過無線熱點(diǎn)的方式組建私有網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)控與數(shù)據(jù)的共享。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)能夠提供標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，供終端設(shè)備與上層系統(tǒng)通訊，包括設(shè)備參數(shù)的讀取與參數(shù)的修改。對(duì)于多客戶端參數(shù)的讀取，傳統(tǒng)的處理方式為，客戶端向網(wǎng)關(guān)請(qǐng)求參數(shù)，網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)命令，查詢終端設(shè)備，然后返回查詢結(jié)果。當(dāng)多客戶端同時(shí)請(qǐng)求設(shè)備參數(shù)時(shí)，會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)傳輸和網(wǎng)關(guān)負(fù)載，導(dǎo)致查詢的阻塞。

針對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)多客戶端查詢效率低下的問題，本文提出一種基于服務(wù)端共享數(shù)據(jù)的邊緣信息流組織架構(gòu)，利用網(wǎng)關(guān)的推送機(jī)制與服務(wù)端的共享內(nèi)存機(jī)制，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的信息流組織結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通路的搭建，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定、及時(shí)、有效傳輸?shù)耐瑫r(shí)，增加了物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備與客戶端的擴(kuò)展能力，有效提高了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理效率。

1.信息流組織架構(gòu)

1.1現(xiàn)狀

服務(wù)端是上層系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集與存儲(chǔ)的重要組件，向下與物聯(lián)網(wǎng)關(guān)通信，收集網(wǎng)關(guān)查詢的設(shè)備參數(shù)，向上與客戶端通信，為用戶客戶端提供數(shù)據(jù)來源。現(xiàn)有信息流架構(gòu)為：客戶端請(qǐng)求設(shè)備數(shù)據(jù)，需要先發(fā)送請(qǐng)求給服務(wù)器，然后服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再查詢機(jī)器數(shù)據(jù)，查詢請(qǐng)求信息流如圖1所示。

此信息流會(huì)存在以下問題，隨著客戶端訪問量的增加，服務(wù)端軟件要求越來越高，單一的數(shù)據(jù)通路已不能滿足多個(gè)客戶端并發(fā)訪問的要求，當(dāng)多客戶端同時(shí)查詢同一臺(tái)設(shè)備，服務(wù)器與網(wǎng)關(guān)都需要轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求命令，致使網(wǎng)關(guān)重復(fù)查詢，負(fù)載增大，此模式增加了客戶端與設(shè)備層的耦合度。

1.2處理過程

將網(wǎng)關(guān)作為數(shù)據(jù)收集裝置，定時(shí)輪詢所連接的設(shè)備，并將輪詢結(jié)果主動(dòng)推送給服務(wù)端，當(dāng)客戶端向服務(wù)端發(fā)起訪問請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)端無需再下發(fā)請(qǐng)求至網(wǎng)關(guān)，而是可以直接從共享數(shù)據(jù)區(qū)獲取數(shù)據(jù)，減少了服務(wù)端對(duì)網(wǎng)關(guān)的重復(fù)查詢，解決了網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。

由圖2看出，網(wǎng)關(guān)的定時(shí)輪詢機(jī)制和主動(dòng)推送機(jī)制保證了服務(wù)端每時(shí)每刻都提供更新后的數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)客戶端向服務(wù)端發(fā)起查詢請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)端能夠直接從數(shù)據(jù)共享區(qū)獲取請(qǐng)求結(jié)果，而無需再向網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求，特別是當(dāng)多客戶端同時(shí)向服務(wù)端發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，此信息流架構(gòu)能夠很好的解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)選用Win10系統(tǒng)，用C#編寫服務(wù)端和客戶端程序，將多個(gè)客戶端分別安裝于不同虛擬機(jī)下，分別使用傳統(tǒng)信息流架構(gòu)與改進(jìn)的信息流架構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)負(fù)載實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

多個(gè)客戶端分別在兩種不同策略的算法下的時(shí)間開銷T（ms）如表1所示。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，當(dāng)客戶端數(shù)量較少時(shí)，兩種信息流架構(gòu)的時(shí)間開銷沒有明顯差別，但是隨著客戶端數(shù)量的增加，傳統(tǒng)信息流架構(gòu)的系統(tǒng)請(qǐng)求時(shí)間開銷會(huì)呈線性增加，而改進(jìn)后信息流架構(gòu)的系統(tǒng)請(qǐng)求時(shí)間開銷也會(huì)略微增加，但是程度不大，與客戶端數(shù)量關(guān)系不大，能夠說明改進(jìn)后信息流架構(gòu)能夠很好的解決多客戶端請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，而且客戶端數(shù)量越多，效果越明顯。

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作者簡介：于曉龍（1991），男，山東諸城人，助理工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)楣I(yè)物聯(lián)網(wǎng)。