物聯網中的設備虛擬化技術

文/盧永華

1 引言

現有技術的處理方法把不同設備連接到不同端口上，每種端口綁定一種特定設備，連接到該端口上的設備使用預先定義好的數據編碼、解碼算法進行數據解析。該方法需要大量的端口與設備綁定，某些設備的數量多，某些設備的數量少，造成有的端口負載大，有的端口負載小，有可能造成服務器性能瓶頸。進而影響整個系統的運行，產生不良影響。

2 設備虛擬化技術

設備虛擬化技術能夠在一個端口上實現多種設備協議的綁定，所有設備可以連接在一個端口上，在端口連接資源緊張時，新開一個端口即可實現設備處理能力的提升。

圖2：設備注冊流程

設備虛擬化技術提供一種在單端口綁定多協議的方法，在單端口上實現一個公共接口，該接口實現以下三種功能：

（1）設備注冊協議；

（2）設備編碼協議；

（3）設備解碼協議；

（4）設備注銷協議。

當設備通過TCP連接到該端口時，通過內部機制完成設備的注冊，設備通過注冊后映射成為虛擬設備，該虛擬設備有設備編碼能力、設備解碼能力、設備超時注銷機制，通過這些機制能夠對設備有著完整的對應控制能力。對于框架來說，只需要管理虛擬設備即可，設備的協議內置于虛擬設備中，各種設備完成了注冊流程，變轉化為一種虛擬設備，端口與協議不再有綁定關系，借此實現一個端口下的多協議設備兼容。每個虛擬設備獨立運行，互不影響，穩定性高。如圖1所示。

2.1 虛擬設備的注冊

每個設備都有自己的驅動文件，驅動文件繼承上述公共接口，由框架負責驅動管理，能夠實現驅動的動態加載，當設備連接到服務器端口上時，要自動發送一條注冊信息，框架使用該條注冊信息輪詢所有驅動中的設備注冊協議，當某個驅動中的設備注冊協議能夠正確解析注冊信息時，鎖定該設備類型，并根據注冊信息填寫相關屬性、連接保存到驅動中，把驅動映射為虛擬設備存儲到設備列表中，后續針對虛擬設備的操作就映射到實體設備上。如圖2所示。

圖3：設備的數據解析

圖4：設備的數據編碼

2.2 設備的解碼

通過該方法確認連接到服務器的虛擬設備，后續該設備連接發送過來的信息將會使用虛擬設備中內置的設備解碼協議進行數據的解析，解析出來的數據推送到框架，由框架進行后續處理。如圖3所示。

2.3 設備的編碼

當要與設備通信時，框架找到該虛擬設備，調用虛擬設備編碼協議，把控制命令通過設備編碼協議轉化為設備能夠識別的數據，并將該數據通過虛擬設備中的連接發往設備端，實現與設備的通信。如圖4所示。

2.4 設備生命周期管理

服務端上存儲的虛擬設備為了保證其有效性，處于激活狀態，需要設備間隔一定時間向服務端發送心跳包，虛擬設備內置了一個定時器進行設備心跳包的檢測，在規定時間內未收到心跳包，虛擬設備認為該設備變為不可用狀態，將調用設備注銷協議移除該條設備驅動，并關閉該連接，并通知框架設備列表移除該虛擬設備、釋放內存，完成設備的注銷。如圖5所示。

通過以上一系列機制，實現了實際設備與虛擬設備的映射關系，只需要對虛擬設備進行管理就實現了多真實設備的管理，大大提升軟件對設備的管理能力。

3 結論

圖5：設備的注銷

通過設備虛擬化技術，能夠在一個端口上實現物聯網平臺的多種設備類型接入，對端口資源進行了有效的利用。設備虛擬化后實現了虛擬設備與真實設備的映射關系，只需要管理虛擬設備即可實現對真實設備的操作，操作簡單方便，易于管理。當連接的設備過多時，再打開一個新端口即可實現處理能力的提升，能夠輕松達到負載均衡的目的。因此該技術特別適合物聯網平臺進行大量設備的管理工作。