基于服務端共享數據的物聯網絡信息流架構設計

【摘? 要】物聯網架構對于終端設備的信息采集與數據處理具有重要的作用，而信息流組織架構設計對于數據的采集和使用起決定性作用，工業應用具有及時，高效等特點，合理的信息流組織架構不僅能夠節約網絡資源，而且對于設備采集端的負載均衡具有重要作用。本文設計一種基于服務端共享數據的工業物聯網邊緣信息流組織架構，該信息流架構能夠很好的滿足工業物聯網邊緣設備管理的多客戶端并發訪問，減少了對網關的重復查詢，解決了網絡擁塞問題，提高了客戶端的訪問效率，服務端作為設備管理系統最重要的組件，實現了對數據的統一管理，具備為上層系統提供服務的能力。

【關鍵詞】信息采集;網關;信息流架構;服務端;共享數據

引言

物聯網網關是連接感知網絡與傳統通信網絡的紐帶，作為網關設備，物聯網網關可以實現感知網絡與通信網絡，以及不同類型感知網絡之間的協議轉換，既可以實現廣域互聯，也可以實現局域互聯。此外物聯網網關還需要具備設備管理功能，運營商通過物聯網網關設備可以管理底層的各感知節點，了解各節點的相關信息，并實現遠程控制。對于集約化程度較高的工業物聯網，數據的私密性關乎行業的發展，大多數企業選擇邊緣服務器作為設備管理服務端，通過無線熱點的方式組建私有網絡，實現設備的監控與數據的共享。物聯網網關能夠提供標準協議，供終端設備與上層系統通訊，包括設備參數的讀取與參數的修改。對于多客戶端參數的讀取，傳統的處理方式為，客戶端向網關請求參數，網關轉發命令，查詢終端設備，然后返回查詢結果。當多客戶端同時請求設備參數時，會增加網絡傳輸和網關負載，導致查詢的阻塞。

針對工業物聯網多客戶端查詢效率低下的問題，本文提出一種基于服務端共享數據的邊緣信息流組織架構，利用網關的推送機制與服務端的共享內存機制，實現物聯網絡的信息流組織結構和數據通路的搭建，保證數據穩定、及時、有效傳輸的同時，增加了物聯網絡中終端設備與客戶端的擴展能力，有效提高了工業物聯網數據處理效率。

1.信息流組織架構

1.1現狀

服務端是上層系統數據收集與存儲的重要組件，向下與物聯網關通信，收集網關查詢的設備參數，向上與客戶端通信，為用戶客戶端提供數據來源。現有信息流架構為：客戶端請求設備數據，需要先發送請求給服務器，然后服務器轉發請求給網關，網關再查詢機器數據，查詢請求信息流如圖1所示。

此信息流會存在以下問題，隨著客戶端訪問量的增加，服務端軟件要求越來越高，單一的數據通路已不能滿足多個客戶端并發訪問的要求，當多客戶端同時查詢同一臺設備，服務器與網關都需要轉發請求命令，致使網關重復查詢，負載增大，此模式增加了客戶端與設備層的耦合度。

1.2處理過程

將網關作為數據收集裝置，定時輪詢所連接的設備，并將輪詢結果主動推送給服務端，當客戶端向服務端發起訪問請求時，服務端無需再下發請求至網關，而是可以直接從共享數據區獲取數據，減少了服務端對網關的重復查詢，解決了網絡擁塞問題。

由圖2看出，網關的定時輪詢機制和主動推送機制保證了服務端每時每刻都提供更新后的數據，因此，當客戶端向服務端發起查詢請求時，服務端能夠直接從數據共享區獲取請求結果，而無需再向網關轉發請求，特別是當多客戶端同時向服務端發送請求時，此信息流架構能夠很好的解決網絡擁塞問題。

2.實驗結果及分析

2.1實驗準備

實驗選用Win10系統，用C#編寫服務端和客戶端程序，將多個客戶端分別安裝于不同虛擬機下，分別使用傳統信息流架構與改進的信息流架構進行網絡負載實驗。

2.2 實驗結果及分析

多個客戶端分別在兩種不同策略的算法下的時間開銷T（ms）如表1所示。

由實驗結果可以得出，當客戶端數量較少時，兩種信息流架構的時間開銷沒有明顯差別，但是隨著客戶端數量的增加，傳統信息流架構的系統請求時間開銷會呈線性增加，而改進后信息流架構的系統請求時間開銷也會略微增加，但是程度不大，與客戶端數量關系不大，能夠說明改進后信息流架構能夠很好的解決多客戶端請求網絡擁塞問題，而且客戶端數量越多，效果越明顯。

參考文獻

[1] 尹子航， 唐磊， 沈緒榜. 中國工業物聯網的發展研究與對策[J]. 機械工程與自動化， 2018， 000（004）：217-219.

[2] 楊穎達. 基于工業物聯網的生產狀態監測及數據分析系統[D]. 2019.

[3] 王浩， 李玉， 秘明睿，等. 一種基于監督機制的工業物聯網安全數據融合方法[J]. 儀器儀表學報， 2013， 034（004）：817-824.

作者簡介：于曉龍（1991），男，山東諸城人，助理工程師，碩士研究生，研究方向為工業物聯網。