面向物聯網的智能門鎖一站式托管服務平臺研究

嚴偉苗 鄒翔 王亞晶

摘要：本文提出建立一種面向物聯網的智能門鎖一站式托管服務平臺，通過打造通信網、物聯網以及互聯網的統一、設立城市數據中心，研究了在該框架下物聯網協議的海量數據采集系統，以及面向物聯網的高并發非關系型數據庫設計等關鍵技術。

關鍵詞：公租房;物聯網;智能門鎖

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0148-01

1 研究背景

為加快構建以政府為主市場為輔、滿足多層次需求的住房供應體系，我國近年來連續出臺了多項住房租賃政策，明確指出發展住房租賃市場是深化住房制度改革的重要內容，與此同時，與住房租賃市場息息相關的智能門鎖行業也出現了群雄逐鹿的場面，智能門鎖也成為各廠家爭奪智能家居入口的重要切入點。但一些使用方也反饋相關門鎖研發團隊及其技術并不成熟，云端服務器在門鎖接入數量不多的情況下依然存在宕機風險，穩定性、可靠性非常不好。由此可見，在爭奪智能門鎖市場時，一方面考驗的是門鎖質量，另一方面承載著各種服務功能的后臺管控平臺也成為了許多廠家擴大市場范圍的技術瓶頸，解決擴展性弱、設備接入數量受限、穩定性低等問題已迫在眉睫。

2 研究目標

本文旨在研究一個面向物聯網的應用可擴展、能力可擴展、硬件可擴展的管理平臺框架，提供多源、海量、異構數據的存儲、處理等一站式綜合信息化服務平臺，支撐高性能、高吞吐量、高并發的智能鎖等設備的接入服務，并支持其對第三方系統接入的動態管理以及對各類信息的快速檢索、排查統計和智能分析，促進信息共享和業務協同，加強智慧城市、智慧社區等建設中對各種智能化、信息化服務的整合，從而更好服務于公租房智能化管理。

3 研究內容

建立面向物聯網的智能門鎖一站式托管服務平臺，打造基于通信網、物聯網以及互聯網的統一系統，需要設立城市數據中心，通過借助分層建設技術手段，構建平臺能力及應用的可成長、可擴充的系統框架，同時研究在該框架下的基于物聯網協議的海量數據采集系統和面向物聯網的高并發非關系型數據庫設計等關鍵技術，研究支持多種制式的智能門鎖接入協議棧，設計基于RESTful原則的統一接口，提升各第三方平臺的接入能力，實現支持高并發的信息采集、分析、決策和服務功能，有效應對信息數據的異構性、海量性以及不確定性等問題，實現更深層次的信息綜合、功能互補以及互聯互通[1]。各個無線終端通過各種協議，將數據傳送到第一級云平臺，再由云平臺中的各個服務器將數據交付到二級云平臺進行數據存儲，最終的數據的分析和處理在第三級Hadoop集群構成的云平臺進行。

3.1 基于物聯網協議的海量數據采集系統

研究基于物聯網協議的海量數據采集系統，通信主機采用物聯網協議，支持穩定的通信架構，以實現傳感器節點與互聯網的無線或有線連接。物聯網協議是一種面向網絡的協議，應用程序通過URI標識來獲取服務器上的資源，即可以對資源進行操作。物聯網協議基于REST構架，既考慮數據報長度的最優化，又考慮提供可靠通信。物聯網協議定義了帶有重傳機制的事務處理機制，并且提供資源發現機制，并帶有資源描述。

3.2 面向物聯網的高并發非關系型數據庫設計

傳統的存儲架構由于擴展性較差容易造成過高消耗，針對物聯網內海量數據的異構性與實時性特點，結合分布式云存儲系統的架構性優勢，在其基礎上相較于物聯網異構數據實時存取特點，可在多個數據中心對海量數據進行邊緣化存儲，更高效地為最終用戶提供實時并發訪問服務，有效提高異構數據存儲的實時性，保證海量數據的存儲效率。通過使用“系統存儲級別”指標設計實現數據中心內海量數據的分級存儲機制，解決數據中心間的數據一致性分配問題;通過物聯網各數據中心間發送通信報文，解決數據中心間相互了解存儲狀態的通信問題;利用“完全性存儲”的存儲概念，解決了“原始數據流”的數據規模異常大的存儲分配問題。通過基于集群的三層存儲體系結構，構成一個基于物聯網數據中心間異構數據的分布式存儲框架體系，以達到異構數據在物聯網數據中心間的邊緣化存儲，實現存儲資源的負載均衡，平滑地平衡數據中心的存儲容量，保證物聯網內海量數據的邊緣化存儲。

3.3 適配多種制式的智能門鎖接入協議設計

設計適配不同制式的智能門鎖的統一接入標準和通信協議，實現通用智能鎖軟件開發包供不同制式的智能鎖接入開發，為智能門鎖廠家接入統一管理的物聯網云平臺提供前提基礎。MQTT、CoAP等是目前物聯網通信最普遍的幾種協議[2]。通過研究基于MQTT、CoAP等協議的用戶自定義的應用層協議，提供門鎖與平臺之間的標準對接流程，方便智能門鎖廠家接入統一管理的物聯網云平臺，同時設計并實現多種開發語言版本的智能鎖軟件開發包，方便用戶將設備移植到相應的硬件平臺上，并調用標準化的API接口，實現門鎖與云端平臺的通信交互。開發包使用戶專心于門鎖應用程序的開發，大大加快了開發進程。

3.4 基于RESTful思想的統一接口設計與實現

RESTful架構遵循統一接口原則，統一接口包含了一組受限的預定義的操作，不論什么樣的資源，都是通過使用相同的接口進行資源的訪問。接口應該使用標準的HTTP方法，并遵循這些方法的語義。統一接口還能方便使用HTTP協議自帶的緩存機制對請求進行緩存操作，這樣在一定程度上又提高了請求的性能。

API網關提供嚴格的權限管理、精準的流量控制、全面的監控報警，讓服務安全、穩定、可控[3]。API請求到達網關需要經過嚴格的身份認證、權限認證，才能到達后端服務。支持HMAC（SHA-1，SHA-256）算法簽名，支持SSL加密，API網關能夠提供一套額外的保護層，足以應對SQL注入、XML解析攻擊以及拒絕服務（簡稱DoS）攻擊等常見威脅因素，從而實現額外的保護層效果。API網關負責服務請求路由、組合及協議轉換。客戶端的所有請求都首先經過API網關，然后由它將請求路由到合適的微服務。API網關經常會通過調用多個微服務并合并結果來處理一個請求。它可以在web協議（如HTTP與WebSocket）與內部使用的非web友好協議之間轉換。

4 結語

面向物聯網的智能門鎖一站式托管服務平臺不僅可以進一步完善公租房平臺的管理功能，也可以全面提升管理能力和質量，使智慧公租房管理系統的推廣應用更加深入和專業，大大提升其可復制性，更加科學地整合各地資源。平臺還可以適應于零散租房、自助酒店等場所，其推廣應用將會具有更加客觀的社會和經濟效益。

參考文獻

[1] 孟瑞祺，馬麗，劉媛媛，等.異構環境下信息設備綜合管理平臺網絡信息事件的分析與采集[J].中國數字醫學，2019（10）：89-91+97.

[2] 劉善鋒.一種物聯網平臺快速接入設備的方法[J].中國新通信，2019（11）：68.

[3] 廖俊杰，陶智勇.微服務API網關的設計及應用[J].自動化技術與應用，2019（8）：85-88.