范東宣 丁寶川 柴家琦

中國冶金地質總局青島地質勘查院信息工程事業(yè)部 山東 濰坊 261021

引言

在物聯(lián)網技術快速發(fā)展的背景下，其使用頻率和范圍呈明顯上升趨勢，作為一種信息技術，通過運用智能采集設備和通信系統(tǒng)等，能夠實現(xiàn)對目標信息數(shù)據(jù)的快速采集、傳輸、分析、處理與存儲等一系列行為，滿足平臺用戶的使用需求。因此，為更好地挖掘數(shù)據(jù)價值，研究與探討通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺是必要的。

1 物聯(lián)網相關概述

所謂物聯(lián)網，主要是指將信息化技術、人工智能等現(xiàn)代化技術進行整合，利用信息傳感設備在約定的基礎上實現(xiàn)網絡與任何物體的連接，進而通過信息傳播媒介進行物體信息的交換和通信，滿足智能化識別、信息采集、定位跟蹤等功能使用需求[1]。

2 研究搭建通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺的有效途徑

在對通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺進行搭建時，主要利用基于物聯(lián)網技術的數(shù)據(jù)模型對感知設備采集到的信息數(shù)據(jù)進行表示，之后通過Web進行信息數(shù)據(jù)與服務的整合，將其處于Web信息空間，從而滿足不同平臺用戶對數(shù)據(jù)與服務的訪問使用需求。

2.1 平臺架構設計

以物聯(lián)網技術為基礎的通用數(shù)據(jù)采集與分析平臺集成了ECA規(guī)則模塊，用戶通過對規(guī)則進行預設，該平臺能夠以自動化的方式對上傳至平臺服務端的數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否存在問題并作出相應響應，以此實現(xiàn)對目標對象與數(shù)據(jù)的控制。為此，在對通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺架構進行設計時，主要將其整個體系架構分為3部分，分別為通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)分析平臺、物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集端以及各類物聯(lián)網應用，即信息數(shù)據(jù)采集端、分析端與應用端。其中，信息數(shù)據(jù)采集端由多個不同類型的物聯(lián)網感知設備組成，主要負責信息數(shù)據(jù)采集，來源則是感知設備，在采集好數(shù)據(jù)后將其打包，之后通過設備網絡控制器將其上傳至分析端，供相關人員使用或是由平臺自動開展信息數(shù)據(jù)分析工作。當服務器接收到感知數(shù)據(jù)后，分析平臺會將其存儲至數(shù)據(jù)庫中，采取的存儲形式為物聯(lián)網數(shù)據(jù)模型，便于數(shù)據(jù)的分析與處理。除此之外，在ECA規(guī)則的結合運用下，通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺還可以進行自動化作業(yè)規(guī)則的預設，若是平臺在運作過程中遇到觸發(fā)規(guī)則的事件且該事件滿足特定條件后，平臺將會自動監(jiān)測和預警特定事件[2]。

2.2 構建物聯(lián)網數(shù)據(jù)模型

作為通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺中的關鍵功能模塊，物聯(lián)網數(shù)據(jù)模型直接影響到平臺接口、數(shù)據(jù)可視化、ECA規(guī)則以及信息數(shù)據(jù)存儲等方面。在通用的物聯(lián)網信息數(shù)據(jù)采集與分析平臺上，數(shù)據(jù)模型主要將感知設備采集到的信息數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)庫中，所依仗的方式就是物聯(lián)網數(shù)據(jù)模型格式，即類的形式。在通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)模型UML類圖中，感知設備所采集到的基本數(shù)據(jù)模型為Sensor Device（父類），在這個類中，最為重要的方法之一就是Add Sensor Node，在該方法的使用下，可以將不同Sensor Node（屬性）添加至平臺上，再結合Web界面可以很好地滿足用戶對屬性、屬性值的具體需求。比如，用戶在使用通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺時，可能會根據(jù)自身需求添加屬性并選擇屬性值類型，使其成為新的子類。在通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺具體應用過程中，子類都具有其對應的設備，其屬性也一一對應著傳感器節(jié)點，但是，傳感器設備內部涵蓋的傳感器節(jié)點較多，類型也較多，所以子類包含多個屬性。在這種物聯(lián)網數(shù)據(jù)模型下，無論是Web Services、ECA規(guī)則還是數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)存儲設計，都無須對信息數(shù)據(jù)的格式以及感知設備數(shù)據(jù)的類型進行考慮，僅從功能使用目標的角度開展設計即可。

除此之外，該平臺數(shù)據(jù)庫在具有良好拓展性的同時，還應具有一定靈活性，這是因為物聯(lián)網技術發(fā)展迅速，傳感器種類規(guī)模較多。在該使用要求下，平臺可以引入node（節(jié)點）概念，通過讓節(jié)點與子類對象進行一一對應，可以將子類對象以node形式存儲在數(shù)據(jù)庫表中。對于該通用平臺的數(shù)據(jù)模型而言，其在數(shù)據(jù)庫中的存儲形式由數(shù)據(jù)庫表構成，其中包括3個基本的和多個拓展形式的，其中，Sensor Device基本屬性為user、device_id/name、time，存儲于基本數(shù)據(jù)庫表中，這3個屬性分別對應的是node_type表的author、node_type和tid、time字段。相較于該屬性的存儲與對應，子類增加的sensor_node存儲復雜性更高。

在該數(shù)據(jù)模型構建下，node_type表的tid與node表的tid字段相對應，其含義是相關設備id，此外，fid字段與field_config表中的fid字段相對應，意味著傳感器節(jié)點對應屬性id，而field_name字段代表著節(jié)點對應屬性名稱。Field_config、field_name和field_data_type分別對應著傳感器節(jié)點對應屬性的名稱以及屬性值的數(shù)據(jù)類型，比如文本、整型、圖片等。filed_table_name則是屬性值所在的數(shù)據(jù)庫表名稱，一般情況下，記為“field_data_field_”+“field_name”字段對應的值。值得注意的是，拓展后的數(shù)據(jù)庫表結構存儲于field_config表，在實際拓展與存儲后，該表中將會有一條記錄，其中涵蓋著拓展表的結構數(shù)據(jù)，名稱為field_table_name字段值，字段包括3個，分別為fid、nid和filed_value。這3個字段之間具有一定關系，即：nid為node表外鍵，表field_config外鍵為fig，field_value意味著在相對父類添加的情況下，子類的屬性值，而屬性值的類型則是field_config表的dield_data_type字段的值。因此，在搭建通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺時，為實現(xiàn)擴展表創(chuàng)建的自動化，可以直接通過編程在表field_config中添加記錄[3]。

2.3 平臺數(shù)據(jù)接入與訪問設計

2.3.1 以XMPP為基礎的信息數(shù)據(jù)傳輸。通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺的構建要注重其通用性的實現(xiàn)，因此，該平臺應支持XMPP通信，那么在設計數(shù)據(jù)的接入與訪問環(huán)節(jié)時，應以XMPP為基礎進行設計。為細化設計流程，以家庭能源管理下的通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺使用為例，若是所應用的是插座客戶端，那么可以將其替換為智能插座，從而對電流、電壓等家庭用電數(shù)據(jù)進行檢測與采集，并將采集好的數(shù)據(jù)通過XMPP服務平臺發(fā)送給客戶端，滿足人們的家庭用電信息獲取需求。在實際設計過程中，應對插座客戶端、服務平臺、插座客戶端、服務平臺、插座客戶端、服務平臺的流程進行設計，從而保證其作用的順利實現(xiàn)。

2.3.2 以Web Services為基礎的信息數(shù)據(jù)傳輸。通常狀況下，無論哪種物聯(lián)網感知設備在進行信息數(shù)據(jù)的傳輸時，都需要借助平臺接口，在健全的通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺中，應對Web Services接口所支持的格式與數(shù)據(jù)類型進行規(guī)定，保證數(shù)據(jù)接收端口的通用性。在Web Services接口接收到信息數(shù)據(jù)后，將會自動化處理數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)處理功能模塊的作用，最后將處理結果反饋給客戶端，若是在信息數(shù)據(jù)處理過程中發(fā)生錯誤，將會直接給出錯誤提示信息。除此之外，用戶通過客戶端可以直接通過Web Services端口查看所需階段或時間段的歷史數(shù)據(jù)，而且，該平臺可以通過可視化的方式將數(shù)據(jù)展示給用戶，讓用戶以明確、準確以及直觀的方式獲得節(jié)點狀態(tài)，從而更好地對日后數(shù)據(jù)變化進行預測，保證后續(xù)措施采取的科學有效性。在實現(xiàn)該接口的數(shù)據(jù)接入與訪問功能后，各類信息數(shù)據(jù)主要通過node.create的方式接入實現(xiàn)，而數(shù)據(jù)訪問則依托于node.get實現(xiàn)，這兩個接口函數(shù)分別是一個對象和一個int型的變量nid，前者是通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)模型的實例，后者則是變量nid，意味著node的id。比如，某客戶在使用通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺進行數(shù)據(jù)采集后，那么平臺將會調用node.create將數(shù)據(jù)上傳，并為其分配nid，之后進行所屬用戶的判斷，明確后將user和nid屬性添加至對象參數(shù)中。然后，調用另一個函數(shù)進行node保存，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入。與此同時，通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺的客戶端也會調用node.get對某項或某條數(shù)據(jù)進行采集，參數(shù)為數(shù)據(jù)nid，之后平臺將數(shù)據(jù)發(fā)送至客戶端，主要以對象的形式進行，從而完成數(shù)據(jù)訪問。

為進一步增強通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺的通用性，該平臺還支持多種數(shù)據(jù)傳輸格式，比如JSON和XML，不同格式下的信息數(shù)據(jù)具有不同表達格式，相較于JSON，XML格式相對煩瑣，JSON整體靈活性更高，便于用戶對其進行閱讀與編寫以及客戶端的解析與生成，相較于XML，JSON下的數(shù)據(jù)訪問流程更為簡單。因此，在搭建通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺時，數(shù)據(jù)加入與訪問設計盡量采用JSON格式[4]。

2.3.3 以RSS為基礎的數(shù)據(jù)訪問。所謂RSS，主要是指簡易信息聚合，即Really Simple Syndication，屬于一種消息來源格式規(guī)范。在該格式規(guī)范下，無論是信息數(shù)據(jù)的獲取還是訂閱，均由聚合器實現(xiàn)。通過在平臺中使用RSS，線上用戶可以在不打開網站內容頁面的情況下，閱讀支持RSS輸出的網站內容。其工作機制為：訪問數(shù)據(jù)庫提取頻道列表－RSS文件/RSS頁面－RSS閱讀器－更新頻道列表/顯示頻道列表－頁面－頁面鏈接提供RSS訂閱功能）－頁面獲取頻道信息－訪問數(shù)據(jù)庫提取頻道列表－數(shù)據(jù)庫。其中，RSS訂閱功能的實現(xiàn)主要依托于RSS鏈接的添加，RSS鏈接傳遞網站內容信息，而該鏈接URL具有兩種指向，分別是空內容頁面和靜態(tài)xml文件。空內容頁面主要依托于統(tǒng)一的后臺處理，RSS頻道列表的生成以頻道信息訪問數(shù)據(jù)庫為基礎，一般情況下，訪問頻率沒有靜態(tài)xml文件高；而靜態(tài)xml文件則是以自動化的方式由平臺服務器端程序生成，且跟隨服務器和數(shù)據(jù)庫內容的增加自動更新，在對其進行訪問獲取時無須訪問數(shù)據(jù)庫，所以整體訪問效率更高。因此，在通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺的構建中，主要采用第二種指向，一方面提高數(shù)據(jù)訪問效率，另一方面增強平臺自動化水平。

3 結束語

綜上所述，通用物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集與分析平臺對數(shù)據(jù)價值挖掘具有重要意義。因此，組織內部都應認識到物聯(lián)網技術的重要性，以此為基礎從平臺架構、數(shù)據(jù)模型構建、數(shù)據(jù)接入與訪問等方面設計平臺，增強其通用性，從而充分發(fā)揮物聯(lián)網技術作用。