基于微服务架构的物联网服务平台的设计与实现
摘要：近些年，互联网技术与通信技术的日趋成熟，为物联网的发展及其应用注入了新的活力，物联网在各类领域的应用正在逐渐改变人们的生活，为人们的生活带来了极大的便利。本项目解决了智慧城市、智慧园区、智慧工农业等大场景下海量设备接入、设备数据实时解析、海量的数据吞吐及存储，为各种应用打造统一的设备池、数据池、协议池。
关键字：物联网服务平台、微服务、身份认证
一、物联网开发技术的研究基础
1.1工作基础及已具备条件
近几年物联网在各个领域中的应用给人类的生活、工作带来了巨大的便利，是构建智慧城市的关键基础。同时基于公有云的云主机、云网络、云存储的可靠资源，通过对广域网络连接方式、物联网南向各行业的标准协议、标准连接方式、海量数据的存储方式、实时数据转发方式等技术的基础研究，为物联网平台南向到北向做好了架构、总体设计，打造了物联网平台的技术基础。
1.2现阶段总体目标及必要性
微服务网关设计
1.2.1. 总体目标
物联网平台多层总体目标如下：第一、南向支持MQTT、CoAP、LoRaWAN、NB-IoT、TCP等多种广域网连接协议；第二、支持设备建模、设备管理；第三、支持物联网直连设备、网关设备、网关子设备、视频设备等多类型设备连接；第四、支持设备多维数据可视化，满足对时空可视化、平面可视化、三维可视化的要求；第五、通过规则引擎支持多目的地数据转发，实现物联网平台和应用的数据共享集成；第六、提供南北向SDK支持。
1.2.2发展基于微服务架构的物联网服务平台的必要性
目前在智慧城市、智慧园区、智慧工农业等场景中，有很多种类的设备、协议、标准。在行业应用集成协同的大背景下，可以利用物联网平台对各个行业的设备进行统一的接入，从而打破行业之间设备无法统一管理的障碍，对各行业的标准协议进行适应性匹配，从而实现对设备的管理、控制、协同，从而提升设备、数据的使用效率。
二、基于微服务架构的物联网服务平台的设计
2.1微服务架构概述
早期物联网平台的实施方式以单体结构为主，平台内的各个部件都是彼此相连、彼此依赖的，所有的功能模块都被集中到了一起，这样就可以降低很多跨领域的问题，从而让系统的开发和部署变得更加简单，有利于软件的自成体系。为解决单个架构所存在的问题，人们提出并使用了 SOA架构。在 SOA架构基础上的物联网平台，将应用中相似的功能聚集在一起，将原有的单体架构根据其功能特征，分成多个子系统，以服务的方式进行输出，之后各子系统通过服务中间件，来调用所需要的服务。
    2.2基于微服务架构的物联网服务设计
2.2.1项目管理
项目管理服务主要对系统内的特定项目信息进行管理，为项目的创建、删除、查询、修改等提供了对应的界面。在建立特定的应用程序时，必须先建立项目，弄清楚项目的种类。在对具体的应用开发进行管理的时候，用户要先检查一下有没有可以使用的项目，在没有的情况下，就需要建立必要的项目信息，项目信息的填写要与系统设置的规格相一致。
2.2.2装备管理
设备管理服务主要是管理接入平台的各类物联网设备，它为用户提供了创建设备、删除设备、对设备信息的查询和修改等功能的对应界面。在进行设备管理之前，用户必须先建立一个产品，只有建立好了产品之后，用户才可以建立该产品下的特定设备。
2.2.3认证中心与规则引擎
在平台所提供的接口上，用户可以在上面输入自己的个人信息，从而进行身份验证，在经过了审核之后，就可以使用自己的用户名和密码登陆该平台，而只有成功登陆该平台的用户，才可以使用该平台所提供的其它功能。在此过程和之后设计项目产品，都可以在规则引擎的指导下更快速，更精确地完成。
2.2.4用户管理
物联网服务平台的主要用户是物联网应用和物联网设备服务开发者，它为用户设计了物联网底层设备的访问过程和数据传输过程，帮助用户快速实现具体的应用开发，并对其进行有效的管理。
2.3研发过程主要创新点
第一、在高可靠高可用的微服务架构上，构建能够支撑百万级设备的长时间连接管理和十万级设备的数据吞吐量的高可靠高可用的物联网终端时间数据集，自主研发能够支撑10亿级数据的高可靠高可用时间序列数据的集架构。第二、设计并实现了物联网中的多用户隔离体系结构，实现了多用户在同一系统中的逻辑共享和数据隔离。第三、设计并实现了10万级的高可靠性的规则引擎，支持大规模的工业应用。第四、分别针对上、下两个界面，设计了 RESTful样式的程序开发界面， RESTful样式的程序设计界面，为程序的设计提供了一个统一的界面设计标准，使得程序的设计更为简单。
三、关于物联网平台设计主要考核指标
3.1.已取得的结果
第一、完成了面向南北方向的物联网设备和应用的一体化 SDK的研发；第二、编制《物联网外部运行指南》。第三、以微服务体系结构为基础，设计和实现物联网业务，包括：项目管理，设备管理，认证中心，规则引擎，用户管理；第四、以 Nginx+zuul为核心，将 APIGN
网关业务引入到各个平台，是一个具有高性能、可扩充、可插入式的APIGN网关，它具有身份验证、请求限制、鉴权、动态路由、实时监测等多个特性，与其他类似的系统相比，它具有较强的并发性和可扩充性。第五、使用微服务体系结构，将其看作是 SOA体系结构下的最后产品，将其分解成业务，使每一个服务都能独立发挥作用，从而增强了服务的可用性和扩展性，使资源得到更大的利用，使迭代速度更快。第六、构建高可靠、高可用的时间序列数据库，利用influxdb+relay技术，实现对上亿级数据的实时访问，并在重放的时间序列中实现多个节点的访问，保证了系统的可扩展性和可扩展性。第七。设计并实现了一个高可靠性的信息网关，实现了设备接入的元数据管理，消息路由，集并发性等功能；第八、开发出一套面向物联网的南北方向的设备和应用软件包；
3.2技术要求
主要研究内容包括：第一、安全保护：采用 TLS和“一机一密码”技术，保证设备的连通性和数据的安全性；采用“紫光云” WAF技术，保证物联网平台的安全性。第二、吞吐率：在一个单一的物联网平台上，每秒可以吞吐10,000条信息，在一个10个例子的簇中，可以达到100,000条以上的 QPS。第三并行人数：可实现秒级1000人左右的并行人数，10000人以上
的同时在线人数。第四、响应时间：平均响应时间100ms左右，系统最大响应时间500ms。 第五、设备连接量：单个物联网平台实例支持10万设备的背景连接同时在线。10个实例的集环境可支持一百万+设备的背景连接同时在线。
四、结语
论文指明了目前阶段的研究目标，并对其展开了详细的说明。与此同时，还对物联网的体系架构展开了深入的研究，并与微服务软件架构相结合，设计并实现了一个物联网服务平台，为用户对设备的访问和数据传输流程进行了封装，并为其提供了一个可视化的管理接口。
参考文献：
[1] 赵军,陈子晗,高子航.基于微服务架构的一体化科研管理平台设计与实现[J].无线电工程,2019:84-89..
[2] 付朋辉,吕锋,王艳.基于微服务架构的平台设计与应用[J].金融电子化,2017:72-73.
[3] 梁文祯,龚兰芳,苏晨茜.一种物联网云服务平台的设计与实现[J].物联网技术,2017:48-49+51.
作者简介：杨娜 （1985-） 女  天津蓟州区人  本科  副高级工程师  研究方向  物联网
段伟超（1987-），男，河北保定人，本科，中级电子工程师，研究方向：物联网感知与智能信息处理

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