CN110505312B - 一种可云端部署的物联网平台管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可云端部署的物联网平台管理系统，属于物联网平台管理技术领域，接入层、中间层与应用层；所述接入层，用于实现信息采集功能及控制功能；所述中间层包括连接管理模块、业务处理模块与数据存储模块。本发明能够有效地提高物联网平台的性能；并且能够全面掌握系统中设备的状态，方便用户进行控制；并采用了水平扩展的方式，将移动互联网高并发信息集群技术应用到物联网连接场景，将整个系统框架的各个环节不断拆分和扩展，将计算压力分别部署到多个服务器中，从而适应海量设备的接入；还能够根据业务的实际展开情形和发展的不同阶段，择优选择适合当下的存储方案，很方便地解决了海量数据存储的问题。

Description

一种可云端部署的物联网平台管理系统

技术领域

本发明涉及物联网平台管理技术领域，具体涉及一种可云端部署的物联网平台管理系统。

背景技术

全球的物联网平台持续高速增长，目前已经超过450家，比2016年增长近30％。物联网平台有较为显著的行业化特征，工业制造、智慧城市和智能家居是应用最大的三大领域。BCG在《who will win the IoT platform wars》报告中指出，物联网的平台市场看起来远没有这么拥挤。因为很多所谓的平台只是提供了物联网平台能力的一小部分。BCG认为，作为产业枢纽位置的物联网平台，应该至少包含三个方面能力：应用使能(定制IoT解决方案)、数据采集与存储(获取并存储数据，以形成数据洞察)、连接管理(连接并管理系统、网络和设备)。在产业链初期，能力紧耦合是被多个理论和无数实践证明过的效率最大化模式，若选择多个供应商来提供不同能力，它们彼此之间在技术语言、平台接口、能力匹配等多个方面存在的协同共存问题，会让公司在充满不确定的物联网市场中焦头烂额。物联网的平台应该是终端连接、终端管理、数据采集分析、应用定制等多个方面能力的组合。

在物联网超速发展的时代背景下，催生了许多物联网云平台，因云平台的发展促进了万物互联时代给大众生活带来质的变化，也藉此物联网云平台成为物联网产业链中的关键一环。按照逻辑关系来进行功能分类，目前的物联网云平台大致可以分为：设备管理平台DMP、连接管理平台CMP、应用使能平台AEP、业务分析平台BAP四大平台类型。到目前为止还没有一家公司可在业务上涵盖四个子平台，每个公司有各自擅长领域和独特优势。

其中，CMP(物联网连接管理平台)是物联网连接应用中的关键能力，是企业通过物联网实现传统业务转型或开发创新业务的基础，提到CMP，最开始简单的理解为是一种“云管理平台”，是物联网生态中是基于广域网连接的管理平台，在整个生态链中起到了连接云与端的管道作用。

DMP(Data Management Platform)为设备管理平台，兴起于数字营销领域，能够帮助所有涉及广告库存购买和出售的各方管理其数据、更方便地使用第三方数据、增强他们对所有这些数据的理解、传回数据或将定制数据传入某一平台，以进行更好地定位。目前市面上的DMP花样繁多，有广告主自建的一方DMP，有DSP转身变换而来的二方DMP，有媒体数据支持的二方/三方DMP，有监测公司的DMP监测一体化服务，当然也有纯粹数据公司提供的三方DMP。其实随着市场的不断变化，很多角色的定义也是一直在变化。

根据工信部的数据，2014年我国物联网产业规模达到了6000亿元人民币，同比增长22.6％，2015年产业规模达到7500亿元人民币，同比增长29.3％。我们预测到2020年，中国物联网的整体规模将超过1.8万亿元，IoT连接设备将达到500亿个。而如此多的海量多类型传感器，就需要物联网连接管理平台实现更好地适配与接入，来搭建终端与应用之间的“中间层”。因此，提出一种可云端部署的物联网平台管理系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何提高物联网平台的性能以适应海量设备的接入，提供了一种可云端部署的物联网平台管理系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括接入层、中间层与应用层；

所述接入层，用于完成多种物联网协议设备的接入，实现对物联网设备的信息采集和控制功能；

所述中间层包括连接管理模块、业务处理模块与数据存储模块，所述连接管理模块用于管理设备连接的注册信息和在线状态，设备接入鉴权，计费等，所述业务处理模块用于完成对业务信息的转换与处理，比如数据经过规则平台对数据进行过滤，转换，触发告警等，所述数据存储模块包括关系数据库、内存数据库、时序数据库与自定义存储，所述关系数据库用于存储注册、订阅等基本信息，所述内存数据库用于缓存在线设备信息，所述时序数据库用于存储在通信过程中根据数据按时间序列产生的数据记录，所述自定义存储用于存储按照用户需求直接自定义保存的数据，采用了水平扩展的方式，将移动互联网高并发信息集群技术应用到物联网连接场景，将整个系统框架的各个环节不断拆分和扩展，将计算压力分别部署到多个服务器中，从而适应海量设备的接入，还能够根据业务的实际展开情形和发展的不同阶段，择优选择适合当下的存储方案，很方便地解决了海量数据存储的问题；

所述应用层，用于完成服务发现与服务呈现的工作，是用户对设备进行管理的入口，能够实时查看设备状态，查看设备上报的数据，并能下发指令控制设备以及对业务数据进行统计分析等功能；应用的数量可以根据实际用户需求不断增加；

所述应用层与所述中间层进行实时通信连接，由于整个系统采用先进的管理模式以及高安全性、高稳定性、高可用性架构设计，能够有效地提高物联网平台的性能。

优选的，所述接入层包括多个设备，设备为智能设备，是一种物联网终端，多个所述设备利用网络传输协议与连接管理模块进行通信，所述网络传输协议为TCP、UDP与DTLS中任一种。

优选的，所述连接管理模块利用运营商网络完成多个所述设备的接入工作，以及连接的开通和管理工作，所述连接的开通和管理工作具体为连接的配置和故障管理工作、保证数据链路质量工作、网络资源用量统计和管理工作、资费管理工作。

优选的，所述物联网平台管理系统的功能包括提供自服务界面、创建系统镜像、监控系统、提供账单、优化负载以及根据用户配置推送相应的告警信息。

优选的，通过所述连接管理模块能够查询到多个所述设备的通信连接状态、服务开通信息、套餐订购信息、流量使用信息，还能够对多个所述设备的部分故障进行自助定位及修复工作，并且能够全面掌握设备的状态，可以自助进行部分故障的定位以及修复工作，还能够根据用户的配置，推送相应的告警信息，便于用户能够更加灵活的控制其设备。

优选的，所述应用层为应用端、SaaS服务平台、企业应用与第三方平台中任一种。

优选的，所述连接管理模块包括引导服务器、连接服务器集群，所述引导服务器用于接收所述设备的引导请求并向所述设备下发配置信息，所述连接服务器集群用于完成所述设备的注册工作，注册过程中包括对设备接入的身份鉴权，鉴权通过后可与所述设备进行通信。

优选的，所述业务处理模块包括MQ消息队列集群、业务规则引擎、告警平台、设备管理平台、门户和API服务器集群；所述MQ消息队列集群用于按照顺序发送和接收信息；所述业务规则引擎用于对接收的业务消息的过滤转换处理；所述告警平台用于对告警数据的管理和分析；所述设备管理平台用于完成对设备的远程监控和管理工作，具体包括在线状态查看、数据收集、数据下发、固件升级与告警监控等工作；所述门户和API服务器集群用于与所述应用层进行实时通信连接，方便应用层获取业务数据和操作。

优选的，所述设备从通电上线到收发数据，再注销下线整个过程包括以下步骤：

S1：设备上线注册

设备开机自动请求配置信息，然后查询设备的配置信息，配置信息查询完毕后将其返回设备，设备根据配置信息进行注册连接，再将设备注册信息保存，同时将设备上线事件推送至应用层并将注册成功信息返回至设备；

S2：数据上下行传输

设备上传收集到的数据后，经过MQ消息队列集群、业务规则引擎将数据保存，同时将数据推送至应用层；应用层发出数据命令，通过接入层将数据下发到设备，数据命令被设备接收并执行；

S3：设备下线注销

设备执行完所有数据命令后注销连接，设备下线后将注销事件推送给应用层。

本发明相比现有技术具有以下优点：该可云端部署的物联网平台管理系统，由于整个系统采用先进的管理模式以及高安全性、高稳定性、高可用性架构设计，能够有效地提高物联网平台的性能；并且能够全面掌握设备的状态，可以自助进行部分故障的定位以及修复工作，还能够根据用户的配置，推送相应的告警信息，便于用户能够更加灵活的控制其设备；最后，采用了水平扩展的方式，将移动互联网高并发信息集群技术应用到物联网连接场景，将整个系统框架的各个环节不断拆分和扩展，将计算压力分别部署到多个服务器中，从而适应海量设备的接入，还能够根据业务的实际展开情形和发展的不同阶段，择优选择适合当下的存储方案，很方便地解决了海量数据存储的问题，值得被推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例中的物联网平台管理系统的拓扑结构示意图；

图2是本发明实施例中的物联网平台管理系统的结构示意框图；

图3是本发明实施例中的智能设备的通讯流程图；

图4是本发明实施例中国的物联网平台管理系统的架构演变示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，为本实施例中物联网平台管理系统的拓扑结构示意图，本实施例提供一种技术方案：一种可云端部署的物联网平台管理系统，包括接入层、中间层与应用层；

所述接入层，用于完成多种物联网协议设备的接入，实现对物联网设备的信息采集和控制功能；

所述接入层包括多个设备，设备为智能设备，是一种物联网终端，多个所述设备利用网络传输协议与连接平台进行通信，所述网络传输协议为TCP、UDP与DTLS中任一种；

所述中间层包括连接管理模块、业务处理模块与数据存储模块，在本实施例中，连接管理模块即为CMP，所述连接管理模块用于管理设备连接的注册信息和在线状态，设备接入鉴权，计费等；所述业务处理模块用于完成对信息的表达与处理工作，所述业务处理模块包括MQ消息队列集群、业务规则引擎、告警平台、设备管理平台、门户和API服务器集群，所述MQ消息队列集群用于按照顺序发送和接收信息；所述业务规则引擎用于对接收的业务消息的过滤转换处理；所述告警平台用于对告警数据的管理和分析；所述设备管理平台用于完成对设备的远程监控和管理工作，具体包括在线状态查看、数据收集、数据下发、固件升级与告警监控等工作；所述门户和API服务器集群用于与所述应用层进行实时通信连接，方便应用层获取业务数据和操作；

所述应用层，用于完成服务发现与服务呈现的工作，是用户对设备进行管理的入口，能够实时查看设备状态，查看设备上报的数据，并能下发指令控制设备以及对业务数据进行统计分析等功能；应用的数量可以根据实际用户需求不断增加。

所述应用层为应用端、SaaS服务平台、企业应用与第三方平台中任一种。

所述应用层与所述中间层进行实时通信连接，由于整个系统采用先进的管理模式以及高安全性、高稳定性、高可用性架构设计，能够有效地提高物联网平台的性能。

如图2所示，为本实施例中物联网平台管理系统的结构示意框图，所述物联网平台管理系统各部分根据不同的特性拆分为独立的组成部分，包括引导服务器、连接服务器集群、业务规则引擎集群、设备数据库集群、内存数据库集群、时序数据库、MQ消息队列集群、门户和API服务器集群等，所述引导服务器用于接收所述设备的引导请求并向所述设备下发配置信息，所述连接服务器集群用于完成所述设备的注册工作，注册过程中包括对设备接入的身份鉴权，鉴权通过后可与所述设备进行通信，所述业务规则引擎用于对接收的业务消息的过滤转换处理，所述设备数据库集群用于存储注册、订阅等基本信息，所述内存数据库集群用于缓存在线设备信息，所述时序数据库用于存储在通信过程中根据数据按时间序列产生的数据记录，所述MQ消息队列集群用于按照顺序发送和接收信息，所述门户和API服务器集群用于与所述应用层进行实时通信连接。

所述连接管理模块利用运营商网络完成多个所述设备的接入工作，以及连接的开通和管理工作，所述连接的开通和管理工作具体为连接的配置和故障管理工作、保证数据链路质量工作、网络资源用量统计和管理工作、资费管理工作。

所述物联网平台管理系统的功能包括提供自服务界面、创建系统镜像、监控系统、提供账单、优化负载以及根据用户配置推送相应的告警信息，高级的功能还包括整合外部已有的企业管理系统，包括服务目录、存储和网络资源配置，更高级的资源管理和监控，比如客户机性能和可用性监控等。通过标准化的接口与运营商的网络对接，实现控制流量、多用户时分割账单，动态实时监控使用状态和成本等功能。将无线通信网络接入与第三方机构的云平台接入融合，提供完整全新的用户业务开发与应用体检。

通过所述连接管理模块能够查询到多个所述设备的通信连接状态、服务开通信息、套餐订购信息、流量使用信息，还能够对多个所述设备的部分故障进行自助定位及修复工作，并且能够全面掌握设备的状态，可以自助进行部分故障的定位以及修复工作，还能够根据用户的配置，推送相应的告警信息，便于用户能够更加灵活的控制其设备。

如图3所示，为设备的通讯流程图，所述设备从通电上线到收发数据，再注销下线整个过程包括以下步骤：

S1：设备上线注册过程

设备开机自动请求配置信息，然后到设备数据库查询设备的配置信息，配置信息查询完毕后将其返回设备，设备根据配置信息注册连接到连接服务器，再将设备注册信息保存到内存数据库中，同时将设备上线事件推送至用户APP并将注册成功信息返回至设备；

S2：数据上下行传输过程

设备上传收集到的传感器数据，并将传感器数据保存到时序数据库，同时将数据推送至用户APP，用户发出数据命令，连接服务器再将数据命令发送给设备执行；

S3：设备下线注销过程

设备执行完所有数据命令后注销连接，更新内存数据库并下线，设备下线后将注销事件推送给用户APP。

如图4所示，为本实施例中物联网平台管理系统的架构演变示意图。

设备接入平台后物联网平台管理系统面对的千万级甚至数十亿级的物联网设备，海量数据接入，并保持同时在线，不间断提供服务是个难题。而且物联网领域里并不像互联网领域，经过多年发展已经积累了大量的大并发解决方案。

借鉴互联网相关场景的成功解决方案的经验和架构设计思想，将移动互联网高并发信息集群技术应用到物联网高并发连接场景，采用水平扩展的方式，将整个框架的各个环节不断拆分和扩展，将计算压力分别部署到多个服务器中；对每个节点做单独调试和优化，保证每个节点都高可用和可扩展方案可行。随着业务发展，系统会不断扩展和重构以适应越来越大的性能压力。

海量设备通讯过程中会产生更为海量的数据，业务中肯定会频繁读写数据，吞吐量巨大。在平台有一定业务量时，使用传统关系数据库保存数据将明显不适用。基于此，对不同业务场景的数据库采用了不同的方案，一些注册、订阅等基本信息采用关系数据库(设备数据库)保存，在线设备信息缓存到内存数据库以提高访问效率，而通信过程中产生的数据记录根据数据按时间序列产生、基本无修改等特点采用了NOSQL数据库方案或时序数据库方案，根据业务的实际展开情形和发展的不同阶段，择优选择适合当下的存储方案。此外还提供用户自定义存储服务，用户可以选择将数据直接保存到自定义的存储位置。

综上所述，本实施例的一种可云端部署的物联网平台管理系统，该可云端部署的物联网平台管理系统，由于整个系统采用先进的管理模式以及高安全性、高稳定性、高可用性架构设计，能够有效地提高物联网平台的性能；并且能够全面掌握设备的状态，可以自助进行部分故障的定位以及修复工作，还能够根据用户的配置，推送相应的告警信息，便于用户能够更加灵活的控制其设备；最后，采用了水平扩展的方式，将移动互联网高并发信息集群技术应用到物联网连接高并发场景，将整个系统框架的各个环节不断拆分和扩展，将计算压力分别部署到多个服务器中，从而适应海量设备的接入，还能够根据业务的实际展开情形和发展的不同阶段，择优选择适合当下的存储方案，很方便地解决了海量数据存储的问题，值得被推广使用。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种可云端部署的物联网平台管理系统，其特征在于，包括接入层、中间层与应用层；

所述接入层，用于接入多种物联网协议的设备，实现对物联网设备的信息采集和控制功能；

所述中间层包括连接管理模块、业务处理模块与数据存储模块，所述连接管理模块用于管理设备连接的注册信息、在线状态与对设备接入进行鉴权，所述业务处理模块用于完成对业务信息的转换与处理，所述数据存储模块包括关系数据库、内存数据库、时序数据库与自定义存储，所述关系数据库用于存储注册与订阅信息，所述内存数据库用于缓存在线设备信息，所述时序数据库用于存储在通信过程中根据数据按时间序列产生的数据记录，所述自定义存储用于存储按照用户需求直接自定义保存的数据；

所述应用层，用于完成服务发现与服务呈现的工作，是用户对设备进行管理的入口，并下发指令控制设备以及对业务数据进行统计分析；

所述应用层与所述中间层之间进行实时通信连接；

所述连接管理模块包括引导服务器、连接服务器集群，所述引导服务器用于接收所述设备的引导请求并向所述设备下发配置信息，所述连接服务器集群用于完成所述设备的注册工作；

所述业务处理模块包括MQ消息队列集群、业务规则引擎、告警平台、设备管理平台、门户和API服务器集群；所述MQ消息队列集群用于按照顺序发送和接收信息；所述业务规则引擎用于对接收的业务消息的过滤转换处理；所述告警平台用于对告警数据的管理和分析；所述设备管理平台用于完成对设备的远程监控和管理工作；所述门户和API服务器集群用于与所述应用层进行实时通信连接，方便应用层获取业务数据和操作；

其中，所述接入层包括海量设备，海量所述设备利用网络传输协议与所述连接管理模块进行通信，所述网络传输协议为TCP、UDP与DTLS中任一种；

通过所述连接管理模块能够查询到所述海量设备的通信连接状态、服务开通信息、套餐订购信息、流量使用信息，还能够对所述海量设备的部分故障进行自助定位及修复工作。

2.根据权利要求1所述的一种可云端部署的物联网平台管理系统，其特征在于：所述连接管理模块利用运营商网络完成海量所述设备的接入工作，以及连接的开通和管理工作，所述连接的开通和管理工作具体为连接的配置和故障管理工作、保证数据链路质量工作、网络资源用量统计和管理工作、资费管理工作。

3.根据权利要求2所述的一种可云端部署的物联网平台管理系统，其特征在于：所述物联网平台管理系统的功能包括提供自服务界面、创建系统镜像、监控系统、提供账单、优化负载以及根据用户配置推送相应的告警信息。

4.根据权利要求1所述的一种可云端部署的物联网平台管理系统，其特征在于：所述应用层为应用端、SaaS服务平台、企业应用与第三方平台中任一种。

5.根据权利要求1所述的一种可云端部署的物联网平台管理系统，其特征在于：注册工作过程中包括对设备接入的身份鉴权，鉴权通过后与所述设备进行通信。

6.根据权利要求1所述的一种可云端部署的物联网平台管理系统，其特征在于，所述设备从通电上线到收发数据，再注销下线整个过程包括以下步骤：

S1：设备上线注册

设备开机自动请求配置信息，然后查询设备的配置信息，配置信息查询完毕后将其返回设备，设备根据配置信息进行注册连接，再将设备注册信息保存，同时将设备上线事件推送至应用层并将注册成功信息返回至设备；

S2：数据上下行传输

设备上传收集到的数据后，经过MQ消息队列集群、业务规则引擎将数据保存，同时将数据推送至应用层；应用层发出数据命令，通过接入层将数据下发到设备，数据命令被设备接收并执行；

S3：设备下线注销

设备执行完所有数据命令后注销连接，设备下线后将注销事件推送给应用层。

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