CN113783719A - 基于微服务的物联网数据收集系统、方法和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微服务的物联网数据收集系统、方法和介质，包括：网关微服务单元用于权限校验和运行监测；设备管理微服务单元用于配置物联网通讯协议信息、物联网设备接入信息；安全微服务单元用于对系统的用户鉴别、权限验证和角色管理；数据存储微服务单元用于对物联网设备获取的数据进行存储；通讯微服务单元用于系统内部各微服务之间通讯和与外部应用进行信息交互；驱动微服务单元，包括多种物联网通讯协议，驱动微服务单元从物联网设备读取物联网数据，并将物联网数据发送至通讯微服务单元；物联网设备，物联网设备用于获取物联网数据。提供足够海量物联网感知设备接入能力，实现了异构通讯协议的动态接入和使用。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，特别涉及一种基于微服务的物联网数据收集系统、方法和介质。
背景技术
物联网感知设备在智能家居、智慧医疗、智能交通、智慧城市等领域广泛应用部署引发了两个主要问题，一是接入设备在生产厂家和通讯协议上各不相同，目前没有一个统一的通讯标准，对于具有网络通信能力的物联网接入设备多数采用MQTT等协议，对于不具备网络通信能力的物联网接入设备，多使用OPC、MODBUS等协议；二是物联网数据采集系统接入设备的容量扩展性，由于物联网感知设备接入在动态变化，要求物联网数据采集系统在有良好的性能的基础上，具有良好的设备扩展接入能力。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明提出一种基于微服务的物联网数据收集系统，微服务技术设计了分布式的高可用集群架构，利用接入能力评估模型和框架的弹性伸缩能力提供足够海量物联网感知设备接入能力，实现了异构通讯协议的动态接入和使用。
本发明还提出一种应用于上述基于微服务的物联网数据收集系统的基于微服务的物联网数据收集方法。
本发明还提出一种应用了上述基于微服务的物联网数据收集方法的基于微服务的物联网数据收集系统。
本发明还提出一种计算机可读存储介质。
第一方面，本实施例提供了一种基于微服务的物联网数据收集系统，包括注册中心和配置中心；
网关微服务单元，与所述配置中心和所述注册中心通信连接，所述网关微服务单元用于权限校验和运行监测；
设备管理微服务单元，与所述网关微服务单元通信连接，所述设备管理微服务单元用于配置物联网通讯协议信息和物联网设备接入信息；
安全微服务单元，与所述网关微服务单元通信连接，所述安全微服务单元用于对系统的用户鉴别、权限验证和角色管理；
数据存储微服务单元，与通讯微服务单元通信连接，所述数据存储微服务单元用于对所述物联网设备获取的数据进行存储；
通讯微服务单元，与所述设备管理微服务单元和所述数据存储微服务单元通信连接，所述通讯微服务单元用于系统内部各微服务之间通讯和与外部应用进行信息交互；
驱动微服务单元，与所述通讯微服务单元通信连接，包括若干种物联网通讯协议，所述驱动微服务单元用于从所述物联网设备读取物联网数据，并将所述物联网数据发送至所述通讯微服务单元；
物联网设备，与所述驱动微服务单元通信连接，所述物联网设备用于获取物联网数据。
根据本发明实施例的基于微服务的物联网数据收集系统，至少具有如下有益效果：
本实施例利用微服务架构实现了一个分布式物联网数据采集中间件，该中间件按业务特点和扩展性将应用转化为一系列微服务，并将不同的物联网通讯协议驱动开发成标准微服务组件，通过统一的设备描述文件屏蔽了异构通讯协议对中间件的影响。设计者只需要遵循设备描述文件的通讯方式开发新的驱动微服务单元，通过设备管理微服务单元设定设备和驱动的绑定关系，即可实现异构通讯协议的即插即用。
本实施例提供的基于微服务的物联网数据收集系统包括：注册中心、配置中心、网关微服务单元、设备管理微服务单元、安全微服务单元、数据存储微服务单元、通讯微服务单元、驱动微服务单元和物联网设备，注册中心、网关微服务单元、配置中心采用SpringCloud及Nacos的标准组件，其它微服务组件为定制开发，各个微服务可以包含多个实例，在容器技术支持下可以实现快速部署和水平扩展。
本实施例提供的基于微服务的物联网数据收集系统能够广泛兼容大量的物联网设备，适用于不同厂家的设备，可以兼容多种通讯协议，具有很好的实用性，降低程序的开发难度，提升数据处理的效率。
根据本发明的一些实施例，所述物联网通讯协议包括OPC协议、MODBUS协议、西门子S7协议和MQTT协议中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述数据存储微服务单元包括关系型数据库Mysql和分布式数据库Mongo，其中所述关系型数据库Mysql用于存储物联网设备配置类信息，所述分布式数据库Mongo用于存储所述物联网设备采集的实时数据。
根据本发明的一些实施例，所述物联网设备包括温度传感器、电导率传感器、湿度传感器、水位传感器和压力传感器中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述通讯微服务单元包括消息解析模块、设备通信模块、数据处理模块，所述设备通信模块与所述消息解析模块、所述数据处理模块通信连接。
根据本发明的一些实施例，所述安全微服务单元包括身份验证模块、访问授权模块和审计模块，所述身份验证模块与所述访问授权模块和所述审计模块通信连接。
第二方面，本实施例提供了一种基于微服务的物联网数据收集方法，应用于第一方面所述的基于微服务的物联网数据收集系统，包括以下步骤：
在设备管理微服务单元中验证用户权限，并进行系统配置；
通过系统配置驱动微服务进行通讯协议适配，连接物联网设备；
向通讯微服务单元发布物联网数据；
向所述通讯微服务单元发送获取所述物联网数据的订阅消息；
根据所述订阅消息使用通讯微服务获取所述物联网数据；
将所述物联网数据共享给存储微服务单元。
根据本发明实施例的基于微服务的物联网数据收集方法，至少具有如下有益效果：
首先在设备管理微服务单元中验证验证用户权限，包括对用户访问权限的验证和对物联网数据收集权限的验证，能够提升系统的安全性，并进行系统配置；通过系统配置驱动微服务进行通讯协议适配，连接物联网设备，对物联网数据进行收集；再向通讯微服务单元发送获取物联网数据的订阅消息，根据订阅消息控制物联网设备的工作，采集物联网数据，驱动微服务单元可以包括多种通讯协议，能够很好地兼容多种不同厂家的不同通讯协议的物联网设备，使系统具有很好的兼容性，最后向所述通讯微服务单元发布所述物联网数据。
本实施例提供的基于微服务的物联网数据收集方法，微服务技术设计了分布式的高可用集群架构，利用接入能力评估模型和框架的弹性伸缩能力提供足够海量物联网感知设备接入能力，实现了异构通讯协议的动态接入和使用。
第三方面，本实施例提供了一种基于微服务的物联网数据收集系统，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第二方面所述的基于微服务的物联网数据收集方法。
第四方面，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如第二方面所述的基于微服务的物联网数据收集方法。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中摘要附图要与说明书附图的其中一幅完全一致：
图1是本发明一个实施例提供的基于微服务的物联网数据收集系统的架构图；
图2是本发明一个实施例提供的基于微服务的物联网数据收集方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
微服务架构是一种将应用程序按功能进行解耦，分散到各个微小服务的一种开发方法，每个微小服务可以通过统一集中管理机制独立运行。服务之间可以进行相互通讯和调用。微服务可以采用不同的编程语言进行编写。由此可见，微服务架构特别适合解决物联网设备异构问题，微服务架构支持集群式部署，具有良好的扩展性和稳定性。
本发明提供了一种基于微服务的物联网数据收集系统，微服务技术设计了分布式的高可用集群架构，利用接入能力评估模型和框架的弹性伸缩能力提供足够海量物联网感知设备接入能力，实现了异构通讯协议的动态接入和使用。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
参照图1，图1是本发明一个实施例提供的基于微服务的物联网数据收集系统的架构图。
在一实施例中，基于微服务的物联网数据收集系统包括注册中心和配置中心；网关微服务单元，与配置中心和注册中心连接，网关微服务单元用于权限校验和运行监测；设备管理微服务单元，与网关微服务单元通信连接，设备管理微服务单元用于配置物联网通讯协议信息、物联网设备接入信息；安全微服务单元，与网关微服务单元通信连接，安全微服务单元用于对系统的用户鉴别、权限验证和角色管理；数据存储微服务单元，与通讯微服务单元通信连接，数据存储微服务单元用于对物联网设备获取的数据进行存储；
通讯微服务单元，与设备管理微服务单元和数据存储微服务单元通信连接，通讯微服务单元用于与外部应用进行信息交互；驱动微服务单元，与通讯微服务单元通信连接，包括多种物联网通讯协议，驱动微服务单元从物联网设备读取物联网数据，并将物联网数据发送至通讯微服务单元；物联网设备，与驱动微服务单元通信连接，物联网设备用于获取物联网数据。
基于微服务的物联网数据收集系统包括：注册中心、配置中心、网关微服务单元、设备管理微服务单元、安全微服务单元、数据存储微服务单元、通讯微服务单元、驱动微服务单元和物联网设备，注册中心、网关微服务单元、配置中心采用Spring Cloud及Nacos的标准组件，其它微服务组件为定制开发，各个微服务可以包含多个实例，在容器技术支持下可以实现快速部署和水平扩展。在智能家居、智慧城市、智慧交通、智慧医疗、智慧农业、智慧水电等方面经常会用到多种多样的物联网设备，但是这些物联网设备往往会来自不同的厂家，型号也多种多样，其使用的通讯协议也会有多种，包括但是不仅限于OPC协议、MODBUS协议、西门子S7协议、MQTT协议，而多种多样的通讯协议在需要归拢到一个处理系统中自然会存在相当的难度，本实施例中在驱动微服务单元中集成了多种通讯协议，由于系统的设备描述是通过配置而来，只需要将不同的物联网通讯协议开发成标准微服务注册到系统中，对其它运行的微服务没有任何影响，实现即插即用。本实施例的微服务的物联网数据收集系统大幅提升了对比不同物联网设备的通讯协议的兼容性能，也增大了系统对于物联网设备的容纳量，便于系统处理海量的物联网设备采集的物联网数据，提升了智慧城市系统的智能性，具有非常好的实用价值。
物联网设备能力接入模型是根据实际资源配置情况搭建多节点的高可用集群，提供足够的设备接入能力的重要依据。从系统的总体架构中可知，物联网感知设备的接入能力和驱动微服务的实例数量有关，同时还要考虑各个微服务特别是驱动微服务的CPU、内存等的使用情况。因此在物联网设备接入能力预测模型中将驱动微服务实例数，CPU使用率、内存使用率、完成效率(完成时间/轮询时间间隔)作为输入，将物联网感知设备的接入数量作为输出。
在一实施例中，物联网通讯协议包括OPC协议、MODBUS协议、西门子S7协议、MQTT协议。OPC是一种利用微软的COM/DCOM技术来达成自动化控制的协定，采用典型的C/S模式，Modbus协议是一种串行通信协议，Modbus协议为工业领域通信协议的业界标准，是工业电子设备之间常用的连接方式，本实施例提供的基于微服务的物联网数据收集系统可以有效兼容不同的通讯协议，能够接入使用不同通讯协议的物联网设备，有效提升系统搭建的灵活性，具有很好的实用价值。
在一实施例中，数据存储微服务单元使用关系型数据库Mysql存储物联网设备配置类信息，使用分布式数据库Mongo存储物联网设备采集的实时数据。关系数据库，是建立在关系模型基础上的数据库，借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中的数据,便于存储各个物联网设备的配置信息，也可以用关系模型存储现实中物联网设备之间的联系；分布式数据库通常使用较小的计算机系统，每台计算机可单独放在一个地方，每台计算机中都可能有一份完整拷贝副本，或者部分拷贝副本，并具有自己局部的数据库，用来存储存储物联网设备采集的实时数据，便于分类处理和存储，实用性好。
在一实施例中，物联网设备包括温度传感器、电导率传感器、湿度传感器、水位传感器、压力传感器。在智能家居、智慧城市、智慧交通、智慧医疗、智慧农业、智慧水电等方面经常会用到多种多样的物联网设备，物联网设备需要监测多种数据，物联网设备可以包括有温度传感器，室外气温、室内温度、水体温度、路面温度都是智慧城市系统中需要监测的数据，设置有温度传感器能够很好地掌握物联网设备位置的温度信息，电导率传感器能够掌握电线的电导率，提升输电的安全性能，湿度传感器能够很好地获取湿度信息，为天气的预警提供辅助信息，水位传感器能够很好地获取水温信息，为城市的防汛提供及时的预警。
在一实施例中，通讯微服务单元包括消息解析模块、设备通信模块、数据处理模块。通讯微服务单元具有消息解析功能、通信功能和数据处理功能，如通讯微服务单元接收到物联网数据收集的消息，解析出需要收集的设备的物联网信息，再与驱动微服务单元进行通信，接收来自驱动微服务单元共享的物联网数据，对数据进行处理，可视化展示，具有很好的实用价值。
在一实施例中，安全微服务单元包括身份验证模块、访问授权模块和审计模块。
身份验证模块用于验证尝试访问应用程序的应用程序或人员的身份，访问授权模块用于对访问的用户或者程序进行授权，允许访问系统中的某些物联网设备的物联网数据，审计模块用于跟着用户在程序内的操作，便于检测安全性问题，提升系统的安全性能。
参考图2，图2是本发明一个实施例提供的基于微服务的物联网数据收集方法的流程图。
本发明还提供了一种基于微服务的物联网数据收集方法，应用于上述的基于微服务的物联网数据收集系统，包括以下步骤：
步骤S110，在设备管理微服务单元中验证用户权限，并进行系统配置；
步骤S120，通过系统配置驱动微服务进行通讯协议适配，连接物联网设备；
步骤S130，向通讯微服务单元发布物联网数据；
步骤S140，向通讯微服务单元发送获取物联网数据的订阅消息；
步骤S150，根据订阅消息使用通讯微服务获取物联网数据；
步骤S160，将物联网数据共享给存储微服务单元。
首先在设备管理微服务单元中验证验证用户权限，包括对用户访问权限的验证和对物联网数据收集权限的验证，能够提升系统的安全性，并进行系统配置；再向通讯微服务单元发送获取物联网数据的订阅消息，根据订阅消息控制物联网设备的工作，对物联网数据进行收集，将物联网数据共享到驱动微服务单元，驱动微服务单元可以包括多种通讯协议，能够很好地兼容多种不同厂家的不同通讯协议的物联网设备，使系统具有很好的兼容性，最后向所述通讯微服务单元发布所述物联网数据。本实施例提供的基于微服务的物联网数据收集方法，微服务技术设计了分布式的高可用集群架构，利用接入能力评估模型和框架的弹性伸缩能力提供足够海量物联网感知设备接入能力，实现了异构通讯协议的动态接入和使用。
本发明还提供了一种基于微服务的物联网数据收集系统，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的基于微服务的物联网数据收集方法。
此外，本发明的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器执行，例如，控制处理器能够执行图1中的方法步骤S110至步骤S160。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种基于微服务的物联网数据收集系统，包括注册中心和配置中心，其特征在于，包括：
网关微服务单元，与所述配置中心和所述注册中心通信连接，所述网关微服务单元用于权限校验和运行监测；
设备管理微服务单元，与所述网关微服务单元通信连接，所述设备管理微服务单元用于配置物联网通讯协议信息和物联网设备接入信息；
安全微服务单元，与所述网关微服务单元通信连接，所述安全微服务单元用于对系统的用户鉴别、权限验证和角色管理；
数据存储微服务单元，与通讯微服务单元通信连接，所述数据存储微服务单元用于对所述物联网设备获取的数据进行存储；
通讯微服务单元，与所述设备管理微服务单元和所述数据存储微服务单元通信连接，所述通讯微服务单元用于系统内部各微服务之间通讯和与外部应用进行信息交互；
驱动微服务单元，与所述通讯微服务单元通信连接，包括若干种物联网通讯协议，所述驱动微服务单元用于从所述物联网设备读取物联网数据，并将所述物联网数据发送至所述通讯微服务单元；
物联网设备，与所述驱动微服务单元通信连接，所述物联网设备用于获取物联网数据。
2.根据权利要求1所述的基于微服务的物联网数据收集系统，其特征在于，所述物联网通讯协议包括OPC协议、MODBUS协议、西门子S7协议和MQTT协议中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于微服务的物联网数据收集系统，其特征在于，所述数据存储微服务单元包括关系型数据库Mysql和分布式数据库Mongo，其中所述关系型数据库Mysql用于存储物联网设备配置类信息，所述分布式数据库Mongo用于存储所述物联网设备采集的实时数据。
4.根据权利要求1所述的基于微服务的物联网数据收集系统，其特征在于，所述物联网设备包括温度传感器、电导率传感器、湿度传感器、水位传感器和压力传感器中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的基于微服务的物联网数据收集系统，其特征在于，所述通讯微服务单元包括消息解析模块、设备通信模块、数据处理模块，所述设备通信模块与所述消息解析模块、所述数据处理模块通信连接。
6.根据权利要求1所述的基于微服务的物联网数据收集系统，其特征在于，所述安全微服务单元包括身份验证模块、访问授权模块和审计模块，所述身份验证模块与所述访问授权模块和所述审计模块通信连接。
7.一种基于微服务的物联网数据收集方法，应用于权利要求1至6中任意一项所述的基于微服务的物联网数据收集系统，其特征在于，包括以下步骤：
在设备管理微服务单元中验证用户权限，并进行系统配置；
通过系统配置驱动微服务进行通讯协议适配，连接物联网设备；
向通讯微服务单元发布物联网数据；
向所述通讯微服务单元发送获取所述物联网数据的订阅消息；
根据所述订阅消息使用通讯微服务获取所述物联网数据；
将所述物联网数据共享给存储微服务单元。
8.一种基于微服务的物联网数据收集系统，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7中所述的基于微服务的物联网数据收集方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求7中所述的基于微服务的物联网数据收集方法。
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