郭翠娟，暴 寧，榮 鋒

(1.天津工業(yè)大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，天津 300387； 2.天津工業(yè)大學(xué) 天津市光電檢測技術(shù)與系統(tǒng)重點實驗室，天津 300387)

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)平臺作為設(shè)備集中接入、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理及提供應(yīng)用服務(wù)的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能化管理的有效基礎(chǔ)[1]。物聯(lián)網(wǎng)平臺代替了傳統(tǒng)通過人力獲取多監(jiān)測現(xiàn)場情況的方式，使得用戶可遠程查看多個監(jiān)測環(huán)境信息及通過可視化界面與現(xiàn)場設(shè)備交互，有效改善了傳統(tǒng)監(jiān)測方式人工投入大，監(jiān)測效率低的問題。目前，物聯(lián)網(wǎng)平臺較多是針對某一特定物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境進行獨立開發(fā)，更注重于需求的實現(xiàn)[2-4]，對平臺架構(gòu)的穩(wěn)定性、普適性及通信協(xié)議的一致性問題關(guān)注則相對較少。同時前后端開發(fā)語言的不一致及模板引擎的開發(fā)方式[5-7]，使得前后端代碼邏輯耦合程度高，開發(fā)周期長且擴展性差。

本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)需求及現(xiàn)在Web技術(shù)的發(fā)展，研究并設(shè)計了基于MQTT協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)平臺，對平臺的架構(gòu)及功能實現(xiàn)進行介紹。該物聯(lián)網(wǎng)平臺具有如下特點：①基于Nodejs環(huán)境，采用前后端分離架構(gòu)分層開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)平臺，降低前后端服務(wù)器的耦合度，提升客戶端并發(fā)請求處理速度。②基于功能和業(yè)務(wù)邏輯進行模塊化開發(fā)，解決頁面結(jié)構(gòu)冗雜問題的同時易于平臺實現(xiàn)功能擴展。③統(tǒng)一通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸格式，基于MQTT協(xié)議實現(xiàn)平臺同時與多個網(wǎng)關(guān)設(shè)備的連接通信。

1 物聯(lián)網(wǎng)平臺總體架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智能時代最直接的產(chǎn)物，其主要由感知層、傳輸層及應(yīng)用層3部分組成。物聯(lián)網(wǎng)平臺屬于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用層，向上提供可視化頁面與客戶端進行交互，向下與設(shè)備端進行通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)的解析存儲，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中服務(wù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析的重要環(huán)節(jié)。

本設(shè)計在Nodejs環(huán)境下，統(tǒng)一前后端開發(fā)語言，結(jié)合Web技術(shù)開發(fā)設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)平臺。采用前后端分離架構(gòu)、JavaScript語言分別開發(fā)前端頁面和后端服務(wù)器，并基于MQTT協(xié)議與網(wǎng)關(guān)設(shè)備建立雙向通信，完成網(wǎng)關(guān)物理實體與虛擬注冊網(wǎng)關(guān)設(shè)備的映射，實現(xiàn)平臺對多個監(jiān)測現(xiàn)場底層傳感數(shù)據(jù)的接入、傳輸、處理及可視化。授權(quán)用戶通過前端頁面實時查看監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息以及對底層設(shè)備下發(fā)控制命令。物聯(lián)網(wǎng)平臺總體架構(gòu)如圖1所示，分為頁面視圖層、業(yè)務(wù)處理層、物接入層及數(shù)據(jù)存儲層4部分。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)平臺總體架構(gòu)

(1)頁面視圖層主要實現(xiàn)與用戶交互。用戶通過瀏覽器基于HTTP協(xié)議訪問該物聯(lián)網(wǎng)平臺，通過提供的UI界面可查詢用戶、網(wǎng)關(guān)設(shè)備等信息及實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化，并可通過平臺所提供的附加功能，如歷史數(shù)據(jù)查詢、日志記錄等信息進行決策。

(2)業(yè)務(wù)處理層向上提供REST API接口，為前端用戶操作提供后臺服務(wù)支持[8]，完成用戶注冊、設(shè)備注冊及信息查詢等邏輯操作。向下對物接入層提交的數(shù)據(jù)信息進行解析并存儲至數(shù)據(jù)庫。

(3)物接入層主要實現(xiàn)與網(wǎng)關(guān)設(shè)備的雙向通信，完成網(wǎng)關(guān)設(shè)備的認證連接?；贛QTT協(xié)議實現(xiàn)平臺與網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。

(4)數(shù)據(jù)存儲層作為數(shù)據(jù)的存儲倉庫，主要用于存儲用戶、設(shè)備和監(jiān)測數(shù)據(jù)及狀態(tài)等信息。

2 物聯(lián)網(wǎng)平臺具體設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)平臺基本功能應(yīng)包括與多個網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信、對監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)解析存儲及以網(wǎng)頁的形式實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化，本文設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)平臺滿足上述需求并具有普遍的適用性。本文將以該平臺應(yīng)用于監(jiān)測溫室大棚環(huán)境信息為例，完成平臺功能的開發(fā)和測試。

2.1 頁面視圖層設(shè)計實現(xiàn)

頁面視圖層直接與用戶交互，提供給客戶端可視化界面及功能選擇?；谇昂蠖朔蛛x架構(gòu)，前端可視化頁面采用目前流行的Vuejs前端框架[9]結(jié)合ElementUI組件庫實現(xiàn)。Vuejs屬于MVVM(model view view model)架構(gòu)，它幫助我們屏蔽了具體的DOM操作和輸出格式，并分模塊設(shè)計頁面樣式和邏輯控制，只需聲明各部分之間的綁定關(guān)系便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)和頁面的同步，改善了模板引擎開發(fā)過程中數(shù)據(jù)綁定速率慢及修改維護困難的問題?；谀K化的思想，在設(shè)計語言分模塊開發(fā)的基礎(chǔ)上，根據(jù)平臺功能需求進行模塊化開發(fā)，一個模塊對應(yīng)平臺的一個功能實現(xiàn)，使得在不改變原有代碼的基礎(chǔ)上便可進行功能擴展。

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺有登錄模塊、地圖首頁、用戶管理、設(shè)備管理、功能實現(xiàn)、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、日志記錄和報警記錄9大模塊。授權(quán)登錄的用戶可通過可視化頁面實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控及下發(fā)控制指令。每一個請求基于HTTP協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)至后端服務(wù)器進行處理，如查詢歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備注冊和數(shù)據(jù)同步等操作。用戶與平臺交互的過程如圖2所示。

圖2 用戶與平臺交互流程

(1)登錄頁面主要對用戶身份進行驗證。在開發(fā)過程中，對用戶的密碼進行了MD5加密及格式控制，只有在用戶名及密碼與數(shù)據(jù)庫中存儲的用戶信息一致的情況下才可登錄到本平臺。驗證通過后將進入平臺首頁，即地圖頁面。地圖頁面通過在VUE框架中引入baidu-map插件實現(xiàn)，通過該頁面可以查看不同網(wǎng)關(guān)設(shè)備分布的地理位置及在線狀態(tài)等信息。

(2)用戶管理模塊顯示注冊用戶的信息，并提供給用戶可視化操作按鈕，實現(xiàn)用戶信息的增刪改查。設(shè)備管理模塊展示已注冊設(shè)備的信息，只有注冊的設(shè)備才能基于MQTT協(xié)議實現(xiàn)與平臺的數(shù)據(jù)傳輸。日志記錄模塊和報警模塊分別記錄所有用戶的命令操作和底層數(shù)據(jù)的報警信息，便于管理者對平臺集中管理和對監(jiān)測設(shè)備作出相應(yīng)決策和維護。以上四模塊均采用分頁功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的緩存顯示，提高了用戶的交互體驗。

(3)功能實現(xiàn)模塊主要包括物聯(lián)網(wǎng)平臺所具備的基本功能，包括OTA升級功能、設(shè)備分組功能及影子數(shù)據(jù)同步功能。其中OTA升級功能負責(zé)對網(wǎng)關(guān)設(shè)備實現(xiàn)軟件系統(tǒng)升級，如軟硬件系統(tǒng)版本。設(shè)備分組功能主要實現(xiàn)對批量設(shè)備下發(fā)同一指令，實現(xiàn)對底層設(shè)備的統(tǒng)一控制。影子數(shù)據(jù)同步功能保證了平臺與底層設(shè)備的狀態(tài)同步。

(4)實時數(shù)據(jù)頁面主要實現(xiàn)監(jiān)測現(xiàn)場的實時環(huán)境信息和設(shè)備開關(guān)狀態(tài)以可視化形式展示給客戶端。為保證數(shù)據(jù)的時效性，采用輪詢及Websocket兩種通信機制監(jiān)測實時數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)頁面將通過定時函數(shù)，周期性的查詢實時數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)。若在這期間，后端服務(wù)器監(jiān)測到實時數(shù)據(jù)更新，將通過Websocket機制通知前端頁面[10]，真正實現(xiàn)瀏覽器與服務(wù)器的全雙工通信。

(5)歷史數(shù)據(jù)頁面通過引入Echarts圖表插件實現(xiàn)，可以根據(jù)不同參數(shù)量和時間查看對應(yīng)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)曲線，便于用戶對棚內(nèi)監(jiān)測環(huán)境進行分析決策。

2.2 業(yè)務(wù)處理層設(shè)計實現(xiàn)

業(yè)務(wù)處理層作為中間層，是實現(xiàn)頁面視圖層、物接入層與數(shù)據(jù)庫交互的重要環(huán)節(jié)。該層采用當(dāng)下流行的Thinkjs框架搭建Web服務(wù)器，提供REST API接口響應(yīng)頁面視圖層和物接入層的請求。Thinkjs作為面向未來開發(fā)的Nodejs框架，繼承了Nodejs基于事件驅(qū)動，異步I/O及單線程的特點，解決了同步請求導(dǎo)致的資源浪費及多線程處理請求帶來的死鎖問題。Nodejs摒棄了一個線程處理一個請求的傳統(tǒng)方式。在實現(xiàn)異步I/O的過程中，主進程負責(zé)監(jiān)聽，并將其將監(jiān)聽到的請求作為事件加入到事件循環(huán)隊列中，連續(xù)的執(zhí)行循環(huán)體輪詢將待處理事件交由底層I/O線程異步處理，待處理完成后將響應(yīng)結(jié)果返回給應(yīng)用程序[11]。Nodejs異步處理請求如圖3所示。

圖3 Nodejs異步處理請求

2.2.1 處理客戶端請求

本文基于REST風(fēng)格設(shè)計API，并根據(jù)功能需求同樣進行模塊化開發(fā)，不同的功能模塊對應(yīng)不同的邏輯響應(yīng)模塊，并在模塊中對各個響應(yīng)函數(shù)進行異步封裝，利用Nodejs基于事件循環(huán)的處理機制實現(xiàn)前端頁面的快速響應(yīng)。當(dāng)前端頁面提交請求后，后端Web服務(wù)器通過控制函數(shù)根據(jù)請求API將請求分別送至相應(yīng)功能模塊進行處理。對于簡單的查詢請求，將與數(shù)據(jù)庫進行交互并將異步查詢結(jié)果以JSON格式返回至前端頁面；對于設(shè)備注冊等表單請求，則將注冊信息存入數(shù)據(jù)庫。如果是對底層設(shè)備控制命令的下發(fā)，則將控制命令交由物接入層進行轉(zhuǎn)發(fā)處理。業(yè)務(wù)處理層在監(jiān)聽到實時數(shù)據(jù)更新時，基于Websocket協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至前端頁面以展示給客戶端。業(yè)務(wù)層處理客戶端請求流程如圖4所示。

2.2.2 處理數(shù)據(jù)請求

業(yè)務(wù)處理層向下需對物接入層轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進行處理，基于Nodejs事件循環(huán)、異步I/O的特點，主線程無需等待響應(yīng)結(jié)果返回便可繼續(xù)處理剩余請求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速解析和存儲。在接收到物接入層提交的數(shù)據(jù)處理請求后，消息處理模塊對接收的消息根據(jù)類型和主題分模塊處理。對于網(wǎng)關(guān)設(shè)備的連接狀態(tài)或系統(tǒng)軟件版本號等實時性不強的消息，解析后直接存入數(shù)據(jù)庫。若消息為監(jiān)測現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，則根據(jù)請求體中的消息主題交由相應(yīng)函數(shù)處理。業(yè)務(wù)處理層處理數(shù)據(jù)請求如圖5所示。業(yè)務(wù)層主要處理以下4種主題的數(shù)據(jù)請求。

(1)監(jiān)測現(xiàn)場的傳感器消息。

(2)監(jiān)測現(xiàn)場的開關(guān)變量消息。

(3)客戶端向設(shè)備端下發(fā)指令，設(shè)備端回復(fù)確認消息。

(4)設(shè)備端主動向服務(wù)端獲取狀態(tài)同步的消息。

圖5 業(yè)務(wù)處理層處理數(shù)據(jù)請求

對于存在不確定量的網(wǎng)關(guān)設(shè)備向平臺同步發(fā)送實時數(shù)據(jù)的情況，如傳感數(shù)據(jù)或開關(guān)變量，則將數(shù)據(jù)緩存至消息隊列，待服務(wù)器空閑時進行存儲，并根據(jù)存儲在緩存數(shù)據(jù)庫中MessageId判斷是否該消息已被成功接收，保證了數(shù)據(jù)時效性的同時避免因數(shù)據(jù)阻塞丟包問題的發(fā)生。

2.3 物接入層設(shè)計實現(xiàn)

物接入層負責(zé)與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接通信，實現(xiàn)平臺對監(jiān)測現(xiàn)場底層數(shù)據(jù)的接收管理及對底層監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)的反向控制。

2.3.1 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器

物接入層利用MQTT協(xié)議完成網(wǎng)關(guān)設(shè)備的接入認證及數(shù)據(jù)的實時雙向傳輸。MQTT是一種基于代理的輕量級發(fā)布/訂閱消息傳輸協(xié)議, 其可在低帶寬、不可靠網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)的有效傳輸，已成為物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議[12]。MQTT協(xié)議主要由消息代理服務(wù)器和客戶端兩部分組成，其中客戶端包括消息的發(fā)布者和訂閱者。消息的發(fā)布者和訂閱者基于IP地址和端口連接到消息代理服務(wù)器，由代理服務(wù)器實現(xiàn)消息的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。消息傳輸質(zhì)量等級分為QoS0、QoS1及QoS2這3種，代理服務(wù)器根據(jù)消息傳輸?shù)燃壟袛嗍欠裣蚩蛻舳税l(fā)布消息確認。其中傳輸?shù)南⒅饕芍黝}和元數(shù)據(jù)兩部分構(gòu)成，主題可理解為一種消息類型，元數(shù)據(jù)為主要的消息內(nèi)容，訂閱者根據(jù)約定主題才可獲得相應(yīng)的元數(shù)據(jù)信息。MQTT協(xié)議通信過程如圖6所示。

圖6 MQTT協(xié)議通信過程

本文選用EMQX作為消息代理服務(wù)器，即物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。EMQX是支持大規(guī)模連接和分布式集群，發(fā)布訂閱模式5G時代下的開源物聯(lián)網(wǎng)消息服務(wù)器，可同時處理百萬條消息數(shù)據(jù)，足夠滿足中小型企業(yè)的應(yīng)用需求?；陂_發(fā)需求，在EMQX服務(wù)器中加載數(shù)據(jù)庫插件，實現(xiàn)設(shè)備的認證連接；加載Wekhook插件，實現(xiàn)代理服務(wù)器向訂閱者轉(zhuǎn)發(fā)消息。

2.3.2 平臺與網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信實現(xiàn)

平臺與網(wǎng)關(guān)的通信主要包括3種形式，即設(shè)備的認證連接、網(wǎng)關(guān)設(shè)備向平臺發(fā)送數(shù)據(jù)和平臺向網(wǎng)關(guān)設(shè)備同步信息，只有鑒權(quán)通過的設(shè)備才可與平臺進行數(shù)據(jù)傳輸。在本設(shè)計中，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器為MQTT代理服務(wù)器，業(yè)務(wù)處理層和網(wǎng)關(guān)設(shè)備端為MQTT客戶端。

(1)設(shè)備連接認證

本文采用三元組即產(chǎn)品名、設(shè)備名和密鑰來標(biāo)識一個邏輯設(shè)備。在本設(shè)計中規(guī)定設(shè)備接入本平臺的用戶名為ProductName/DeviceName(用戶名/設(shè)備名)，密鑰是由shortid插件產(chǎn)生的隨機且唯一的字符串。在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫插件中設(shè)置連接條件實現(xiàn)設(shè)備的認證連接。當(dāng)有網(wǎng)關(guān)設(shè)備請求連接時，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器將查詢數(shù)據(jù)庫網(wǎng)關(guān)設(shè)備表，若是已注冊的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，則通過用戶名和密鑰連接到物聯(lián)網(wǎng)平臺。

(2)網(wǎng)關(guān)設(shè)備向平臺傳輸數(shù)據(jù)

引入EMQX自帶的Hook機制[13]，實現(xiàn)代理服務(wù)器向客戶端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，包括設(shè)備端的連接狀態(tài)及其發(fā)布的數(shù)據(jù)消息。網(wǎng)關(guān)設(shè)備在注冊時，同步的將其可發(fā)布訂閱主題的權(quán)限存入了其對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫集合中。物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器只會接收客戶端根據(jù)約定發(fā)布的主題，并將其封裝在請求體中，基于hook機制以POST請求方式將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至即業(yè)務(wù)處理層的消息處理模塊進行處理。以物聯(lián)網(wǎng)平臺為描述對象，平臺與網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信的主題及函數(shù)見表1。

表1 網(wǎng)關(guān)設(shè)備向物聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)布數(shù)據(jù)的主題及處理函數(shù)

(3)平臺向設(shè)備端傳輸數(shù)據(jù)

使用EMQX服務(wù)器的訂閱功能實現(xiàn)設(shè)備端的自動訂閱。即當(dāng)有設(shè)備連接到該平臺時，在EMQX服務(wù)器中便會根據(jù)主題權(quán)限定義當(dāng)前設(shè)備所能訂閱的主題，一旦監(jiān)聽到平臺發(fā)布主題，設(shè)備端便可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器中的訂閱列表實現(xiàn)消息的獲取。在業(yè)務(wù)處理層封裝publishTo()函數(shù)實現(xiàn)平臺向網(wǎng)關(guān)設(shè)備端傳輸數(shù)據(jù)，如通過前端頁面操作開關(guān)狀態(tài)，OTA升級功能及影子數(shù)據(jù)同步等功能實現(xiàn)。

網(wǎng)關(guān)設(shè)備經(jīng)過認證連接至物聯(lián)網(wǎng)平臺，頁面視圖層、業(yè)務(wù)處理層及物接入層協(xié)同與網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信過程如圖7所示。

圖7 物聯(lián)網(wǎng)平臺與網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信

2.4 數(shù)據(jù)存儲層

本設(shè)計選擇MongoDB數(shù)據(jù)庫結(jié)合Redis緩存數(shù)據(jù)庫和Rabbitmq消息隊列構(gòu)成數(shù)據(jù)存儲層。MongoDB屬于非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，支持多功能查詢語句，其基于內(nèi)存的存儲方式相比于關(guān)系數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)讀取。同時MongoDB支持JSON格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，與本平臺和設(shè)備端通信的數(shù)據(jù)格式相一致，大大加速數(shù)據(jù)解析效率，用于存儲用戶、設(shè)備、傳感數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)等信息。

Redis緩存數(shù)據(jù)庫和Rabbitmq消息隊列主要實現(xiàn)對設(shè)備端上傳的數(shù)據(jù)進行異步處理。每條消息有唯一標(biāo)識MessageId，從主題中提取并存入緩存數(shù)據(jù)庫，便于平臺快速查詢消息是否已被正確接收，保證設(shè)備端消息的不重不漏。對于多臺設(shè)備同時上傳數(shù)據(jù)至平臺的情況，則先將數(shù)據(jù)緩存至消息隊列，待服務(wù)器空閑時將數(shù)據(jù)輪流取出存放至數(shù)據(jù)庫，解決了因數(shù)據(jù)存儲不及時產(chǎn)生的丟包問題，同時提高平臺處理數(shù)據(jù)的并發(fā)能力。

3 平臺測試及分析

3.1 性能測試

3.1.1 平臺服務(wù)器性能測試

本平臺以網(wǎng)頁形式展示給客戶端可視化頁面，平臺處理請求的速度直接影響用戶體驗。因此在本地對基于Nodejs搭建的Web服務(wù)器和Tomcat服務(wù)器處理客戶端并發(fā)請求的吞吐率進行測試，服務(wù)器端統(tǒng)一返回一串字符。以不同并發(fā)數(shù)向服務(wù)器發(fā)送請求,每次并發(fā)測試持續(xù)30 s，分別得到各服務(wù)器的平均吞吐率，測試結(jié)果如圖8所示。由測試結(jié)果可知，隨著客戶端并發(fā)請求數(shù)的增加，Nodejs下的Web服務(wù)器處理的平均吞吐率高于Tomcat服務(wù)器，即基于Nodejs搭建的Web服務(wù)器可更快處理客戶端的并發(fā)請求。

圖8 服務(wù)器平均吞吐率測試結(jié)果

3.1.2 數(shù)據(jù)通信性能測試

本文采用Jmeter測試工具模擬多個MQTT客戶端連接到平臺并發(fā)布數(shù)據(jù)，設(shè)置MQTT客戶端連接超時的時間為10 s，對平臺同時與多個網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間的通信進行測試。選取實時數(shù)據(jù)為發(fā)布內(nèi)容，長度為189字符/消息，MQTT客戶端的個數(shù)即為并發(fā)數(shù)據(jù)的條數(shù)。每次數(shù)據(jù)并發(fā)測試10次取平均值，通信結(jié)果見表2。由測試結(jié)果可知，當(dāng)超過2000個MQTT客戶端同時向平臺發(fā)布數(shù)據(jù)時，由于業(yè)務(wù)層基于HTTP協(xié)議接收數(shù)據(jù)存在單點故障的問題，將出現(xiàn)丟包的現(xiàn)象；但當(dāng)MQTT客戶端并發(fā)連接數(shù)不大于2000時，平臺可準(zhǔn)確接收全部數(shù)據(jù)，滿足平臺的設(shè)計需求。

表2 通信性能測試結(jié)果

3.2 通信測試

物聯(lián)網(wǎng)平臺與網(wǎng)關(guān)設(shè)備的通信將以設(shè)備端上傳數(shù)據(jù)，平臺對現(xiàn)場環(huán)境信息實時顯示說明。物聯(lián)網(wǎng)平臺與網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信測試結(jié)果(實時數(shù)據(jù)頁面)如圖9所示，包括對棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)及底層設(shè)備開關(guān)狀態(tài)信息。平臺基于輪詢機制每十分鐘自動刷新實時數(shù)據(jù)頁面，若在兩次刷新頁面時間內(nèi)，基于Websocket機制監(jiān)聽到實時數(shù)據(jù)的更新，則將最新的實時數(shù)據(jù)綁定至該頁面。并可通過開關(guān)按鈕實現(xiàn)對底層設(shè)備的反向控制。

圖9 通信測試結(jié)果(實時數(shù)據(jù)頁面)

3.3 UI界面

平臺服務(wù)端其它主要功能設(shè)計結(jié)果如圖10所示，包括地圖首頁、設(shè)備詳情頁及歷史曲線頁。

圖10 功能頁面

4 結(jié)束語

隨著智能時代的到來，物聯(lián)網(wǎng)平臺作為實現(xiàn)人與物交互的窗口，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不可或缺的部分。本文將Web系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，并基于MQTT協(xié)議利用EMQX服務(wù)器的Hook機制和管理機制，構(gòu)建了一個設(shè)備匯聚、信息集中管理和顯示的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測平臺。經(jīng)測試，該平臺可實時獲取多個監(jiān)測現(xiàn)場的信息并提供給客戶端可視化服務(wù)，滿足物聯(lián)網(wǎng)平臺功能需求，可作為多種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)人物交互的監(jiān)測平臺。本文接下來將致力于安全快速處理并發(fā)數(shù)據(jù)問題的研究，結(jié)合云計算技術(shù)提高平臺分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的能力。