景強(qiáng)+陳超

摘 要：為了更合理地將物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)思想和技術(shù)運(yùn)用到動(dòng)環(huán)監(jiān)控領(lǐng)域，文中采用對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程進(jìn)行分層的方法分別論述數(shù)據(jù)的來(lái)源和特性，并分析各層對(duì)于數(shù)據(jù)處理的功能需求和質(zhì)量需求。在分析過(guò)程中，以深圳中興力維技術(shù)有限公司的數(shù)據(jù)分層架構(gòu)和相關(guān)實(shí)際產(chǎn)品為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，做了相關(guān)數(shù)據(jù)流匯聚、接入、處理等實(shí)驗(yàn)，獲得了各數(shù)據(jù)分層典型的性能數(shù)據(jù)結(jié)果，得出“以中間件服務(wù)為核心對(duì)不同行業(yè)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)”的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；動(dòng)環(huán)監(jiān)控；中間件服務(wù)；數(shù)據(jù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）09-00-07

0 引 言

自上世紀(jì)90年代末提出物聯(lián)網(wǎng)概念以來(lái)，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，全人類(lèi)的思維正逐步從互聯(lián)網(wǎng)下“人的信息化”認(rèn)識(shí)過(guò)渡到物聯(lián)網(wǎng)下“整個(gè)世界的信息化”認(rèn)識(shí)[1]。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是全行業(yè)的融合，凡是產(chǎn)生的信息都能夠接入，且這些信息的采集不再依托人的感知，而是靠設(shè)備本身的感知能力，感知所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)利用云計(jì)算和邊緣計(jì)算使得物與物直接進(jìn)行通信交流，從而自動(dòng)、智能的為人服務(wù) [1]。

物聯(lián)網(wǎng)將過(guò)去分散的、無(wú)法自我表達(dá)的一切事物注入靈魂，并放到互通的網(wǎng)絡(luò)里進(jìn)行交流、分析并產(chǎn)生價(jià)值[1]。同時(shí)也為我們提供了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的功能[2]，鑒于信息的碎片化和多樣化，新的商業(yè)模式在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生[1]。

從歷史的發(fā)展來(lái)看，每一次技術(shù)革新都會(huì)帶來(lái)產(chǎn)業(yè)革命并推動(dòng)社會(huì)變革，它們通常遵循新技術(shù)+原有產(chǎn)業(yè)=新產(chǎn)業(yè)的模式[3]。產(chǎn)業(yè)升級(jí)示意圖如圖1所示。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，其各項(xiàng)技術(shù)及相應(yīng)的意識(shí)形態(tài)猶如洪流滲透到各個(gè)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也為傳統(tǒng)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了全新的面貌和發(fā)展機(jī)會(huì)。作為深耕20多年有著深厚積淀的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控企業(yè)——深圳中興力維技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“中興力維”），在這股席卷全球的浪潮中準(zhǔn)確把握信息脈動(dòng)，創(chuàng)新性地提出以信息數(shù)據(jù)流為導(dǎo)向創(chuàng)建企業(yè)研發(fā)架構(gòu)，根據(jù)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)等信息處理環(huán)節(jié)對(duì)架構(gòu)進(jìn)行分層，并在各層中部署公司的各項(xiàng)核心技術(shù)，通過(guò)橫向和縱向組合各項(xiàng)核心技術(shù)發(fā)展各種軟硬件產(chǎn)品。

本文的主旨在于探討分析動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)中環(huán)境及動(dòng)力設(shè)備的特性以及所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流向及處理過(guò)程。

1 數(shù)據(jù)的“物”

物聯(lián)網(wǎng)將整個(gè)世界信息化，意味著信息化后的數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)的血液，為物聯(lián)網(wǎng)中各項(xiàng)應(yīng)用輸送養(yǎng)分。故在將數(shù)據(jù)應(yīng)用到業(yè)務(wù)中前，需從品質(zhì)關(guān)注點(diǎn)分析數(shù)據(jù)來(lái)源及數(shù)據(jù)組網(wǎng)過(guò)程。

在動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)中，主要利益相關(guān)者是通訊行業(yè)、電力行業(yè)、交通軌道行業(yè)、數(shù)據(jù)中心等擁有基站、通訊機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房的用戶(hù)，提供的主要服務(wù)是對(duì)基站及機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境及動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、管理，通過(guò)數(shù)據(jù)綜合分析及對(duì)事件及流程的綜合管理，來(lái)保障基站及機(jī)房的安全、高效運(yùn)行。所以動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于環(huán)境的傳感接入、動(dòng)力設(shè)備接入、安防設(shè)備/系統(tǒng)接入、第三方動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)接入。數(shù)據(jù)源如圖2所示。

1.1 傳感器

傳感器根據(jù)接入類(lèi)型可分為有線接入和無(wú)線接入，其細(xì)分種類(lèi)和特性見(jiàn)表1所列[4]。

對(duì)于動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，由于受到低功耗及應(yīng)用場(chǎng)景（機(jī)房?jī)?nèi)有機(jī)柜障礙或用戶(hù)明確規(guī)定不使用無(wú)線傳感）的限制，比較常用的三種傳感器分別為模擬傳感器、單總線傳感器和ZigBee無(wú)線接入傳感器。

在傳感領(lǐng)域，中興力維自主研發(fā)了多種有線、無(wú)線傳感器，如模擬溫濕度傳感器、水浸探頭、空調(diào)控制器、防盜傳感器、單總線數(shù)字溫濕度傳感器、ZigBee無(wú)線傳感器等。

1.2 智能設(shè)備

在動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)中，凡是能夠提供特定硬件通訊接口連接到采集器，可通過(guò)特定數(shù)據(jù)交互協(xié)議與該設(shè)備進(jìn)行通訊，從而獲取該設(shè)備提供的數(shù)據(jù)信息的設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為智能設(shè)備。一般的智能設(shè)備在實(shí)現(xiàn)特定功能的同時(shí)，自身集成了很多傳感器，可實(shí)現(xiàn)一些狀態(tài)監(jiān)測(cè)、調(diào)整、干預(yù)和報(bào)警等功能。

硬件接口一般分為串口、網(wǎng)口以及無(wú)線接入（通過(guò)端對(duì)端無(wú)線轉(zhuǎn)換，最終通過(guò)有線方式接入采集器）。對(duì)中興力維所接入的2 000多種智能設(shè)備進(jìn)行分析，得到表2。

大多數(shù)基站及機(jī)房設(shè)備提供的接口為串口，因?yàn)橥ㄓ嵥俾室蟛煌鴮?dǎo)致數(shù)據(jù)接入速率不同，同時(shí)也因?yàn)閿?shù)據(jù)交互協(xié)議不同而再次對(duì)數(shù)據(jù)接入速率進(jìn)行約束，智能設(shè)備所支持的協(xié)議分析表格見(jiàn)表3所列。

對(duì)于動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，出于成本、數(shù)據(jù)量以及實(shí)現(xiàn)的原因考慮，納入監(jiān)控系統(tǒng)的智能設(shè)備多以串口為主。而在可選的串口硬件類(lèi)型中，考慮到布線方便、抗干擾能力以及傳輸距離，又多以RS 485（最遠(yuǎn)可達(dá)1 200 m）為主。

中興力維技術(shù)在動(dòng)環(huán)領(lǐng)域研發(fā)和應(yīng)用了多款具備綜合采集能力的智能設(shè)備產(chǎn)品，如溫濕度采集設(shè)備、UPS蓄電池組的高壓監(jiān)測(cè)設(shè)備，具備蓄電池電壓/溫度/內(nèi)阻以及均衡活化功能的蓄電池綜合管理設(shè)備、實(shí)現(xiàn)油機(jī)控制切換的ATS設(shè)備、實(shí)現(xiàn)空調(diào)控制的紅外控制設(shè)備、單路以及多路電表設(shè)備等。

2 數(shù)據(jù)的“網(wǎng)”和“聯(lián)”

在傳統(tǒng)動(dòng)環(huán)監(jiān)控領(lǐng)域中，基本的組網(wǎng)模式如圖3所示。

從各層的命名上，我們不難看出傳統(tǒng)動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的分層理念是以功能劃分為主：

（1）FSU：實(shí)現(xiàn)傳感器和智能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，并提供上行接口實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的上報(bào)；

（2）LSC：實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)，在區(qū)域監(jiān)控中心提供平臺(tái)，為用戶(hù)提供數(shù)據(jù)監(jiān)控、告警管理、報(bào)表查詢(xún)輸出、流程及事件管理等功能；

（3）CSC：一般在大型系統(tǒng)中，在集中監(jiān)控中心提供平臺(tái)，為用戶(hù)提供全網(wǎng)管理功能。

即在傳統(tǒng)動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)中，強(qiáng)調(diào)功能概念而非數(shù)據(jù)概念，數(shù)據(jù)只為當(dāng)前的功能服務(wù)，并未充分考慮數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)需要的品質(zhì)特性（海量增長(zhǎng)可用性、數(shù)據(jù)通訊及時(shí)性、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性、數(shù)據(jù)訪問(wèn)安全性）。同時(shí)沒(méi)有把數(shù)據(jù)作為寶藏對(duì)其深度挖掘，未體現(xiàn)其潛藏的價(jià)值。endprint

針對(duì)上述問(wèn)題，中興力維充分認(rèn)識(shí)到動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代中接入的傳感、設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)猶如人類(lèi)的供水系統(tǒng)，各種面向用戶(hù)的系統(tǒng)都在此基礎(chǔ)上誕生，而系統(tǒng)中使用的軟硬件均圍繞如何更好的管理和利用“水流”而設(shè)計(jì)。基于“數(shù)據(jù)為王”的理念，發(fā)展出的動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

2.1 數(shù)據(jù)原始積累

在動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的原始積累過(guò)程主要集中在數(shù)據(jù)感知層的傳感器以及智能設(shè)備、數(shù)據(jù)匯聚層的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)以及數(shù)據(jù)接入層的接入存儲(chǔ)平臺(tái)。

數(shù)據(jù)感知層的傳感器以及智能設(shè)備作為數(shù)據(jù)的原始來(lái)源已在前面有所分析。從分析結(jié)果看，當(dāng)前動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中涉及的智能設(shè)備多以串口接入為主，所以后續(xù)分析物聯(lián)網(wǎng)關(guān)接入能力時(shí)，以串口智能設(shè)備接入為主。

以數(shù)據(jù)流向決定的分層架構(gòu)最符合物聯(lián)網(wǎng)中對(duì)于“網(wǎng)”的構(gòu)成以及“聯(lián)”的創(chuàng)想。以數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和分析處理做出定量和定性的分析。

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)接入能力是指在單位時(shí)間內(nèi)能夠接入的傳感器以及智能設(shè)備采集的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量。

監(jiān)控點(diǎn)代表傳感器或智能設(shè)備所能提供的能表征或改變某個(gè)環(huán)境或設(shè)備狀態(tài)的信息點(diǎn)。一般根據(jù)信息的可操作性和數(shù)據(jù)特性分為如下幾項(xiàng)：

（1）模擬輸入監(jiān)控點(diǎn)：傳感器或設(shè)備上有連續(xù)變化的信息，則采集的數(shù)據(jù)一般使用浮點(diǎn)數(shù)表征，如環(huán)境溫度。

（2）數(shù)字輸入監(jiān)控點(diǎn)：傳感器或設(shè)備上有離散變化的信息，則采集的數(shù)據(jù)一般使用整形（一個(gè)位或一個(gè)單字節(jié)）表征，比如空調(diào)只有開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)，用一個(gè)位即可表征，再如蓄電池有浮充狀態(tài)、均充狀態(tài)、測(cè)試等多種狀態(tài)，需要用多個(gè)位或一個(gè)字節(jié)表征。

（3）模擬輸出監(jiān)控點(diǎn)：傳感器或設(shè)備上有連續(xù)變化的信息，可通過(guò)設(shè)置此信息改變傳感器或設(shè)備的狀態(tài)。比如空調(diào)的溫度設(shè)置點(diǎn)，我們可以通過(guò)設(shè)置來(lái)改變空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）數(shù)字輸出監(jiān)控點(diǎn)：傳感器或設(shè)備上有離散變化的信息，可通過(guò)設(shè)置此信息改變傳感器或設(shè)備的狀態(tài)。比如油機(jī)開(kāi)關(guān)，我們可以通過(guò)控制來(lái)使油機(jī)運(yùn)行或停止動(dòng)作。

2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)匯聚及接出能力

評(píng)估物聯(lián)網(wǎng)的匯聚能力主要根據(jù)其硬件處理能力、對(duì)外提供的端口數(shù)量（包括傳感器端口和智能設(shè)備端口數(shù)量）、傳感器或智能設(shè)備通訊速率，以及傳感器或智能設(shè)備提供的數(shù)據(jù)格式。

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展技術(shù)的必要條件之一就是嵌入式軟硬件的性能提升和價(jià)格下降，當(dāng)下嵌入式處理器的運(yùn)算能力均為幾百M(fèi)b/s或者更高，而對(duì)于絕大多數(shù)為低速接入的傳感器或智能設(shè)備而言，雖然不構(gòu)成直接瓶頸，但一般由于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)需要通過(guò)多進(jìn)程或多線程的方式管理多種硬件端口數(shù)據(jù)通訊以及其他事務(wù)（如自檢、北向通訊、存儲(chǔ)等），所以處理器的資源不會(huì)完全使用到數(shù)據(jù)采集上，通常保守估計(jì)約60%。

傳感器數(shù)量對(duì)于單臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)而言一般不會(huì)超過(guò)50個(gè)，所以我們對(duì)傳感器的接入可忽略不計(jì)。

對(duì)于一般的串口智能設(shè)備來(lái)說(shuō)，其數(shù)據(jù)通訊效率受以下幾方面影響：

（1）受其他功能的影響而無(wú)法完全占用處理器資源，保守估計(jì)約60%；

（2）假設(shè)可達(dá)到的最高速率為115 200 b/s（每個(gè)字節(jié)在傳輸過(guò)程中占用10位），但其提供的采集點(diǎn)有可能是占用多個(gè)字節(jié)的模擬量，或者1個(gè)位/字節(jié)的數(shù)字量。根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)綜合來(lái)看，其提供的每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)平均占用2 B，理論上每個(gè)串口每秒能夠提供的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量為115 200/10/2=5 760，然而綜合上述各種影響因素分析，其接入能力公式如下：

Cin=（115 200/10/2） ·Rd·Ng·Rg；

其中：Cin代表采集監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量；Rd代表智能設(shè)備通訊效率；Ng代表串口數(shù)量；Rg代表物聯(lián)網(wǎng)關(guān)通訊效率。

而物聯(lián)網(wǎng)關(guān)的接出能力（與數(shù)據(jù)接入層的接入存儲(chǔ)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互能力）也可稱(chēng)為數(shù)據(jù)讀取速度，主要受通訊接口速率以及處理器效率的影響。

中興力維根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，推出了高、中、低三款物聯(lián)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。

低端的IG1000產(chǎn)品應(yīng)用于小型化接入場(chǎng)景，比如商場(chǎng)冷柜監(jiān)控接入、鐵塔拉遠(yuǎn)站監(jiān)控接入等，提供2個(gè)串口。其通訊效率約為50%，其采集能力見(jiàn)下式：

Cin（IG1000） = （115 200/10/2）×60%×2×50%>3 000個(gè)監(jiān)控點(diǎn)/s；

2個(gè)串口支持485并接，IG1000能夠支持100臺(tái)設(shè)備的匯聚采集。IG1000北向提供100 M網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)無(wú)線寬帶通接口，數(shù)據(jù)讀取速度可達(dá)10 000條/s。

中端IG2000產(chǎn)品應(yīng)用于各行業(yè)及運(yùn)營(yíng)商站點(diǎn)以及各種數(shù)據(jù)機(jī)房。其通訊效率約為60%，最多可提供16個(gè)串口。其采集能力如下：

Cin（IG2000） = （115 200/10/2）×60%×16×60%>30 000個(gè)監(jiān)控點(diǎn)/s；

16個(gè)串口支持485并接，IG2000能夠支持1 000臺(tái)設(shè)備的匯聚采集。IG2000北向提供100 M網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)無(wú)線寬帶通接口，數(shù)據(jù)讀取速度可達(dá)80 000條/s。

高端IP3000采用Intel處理器解決方案，融合業(yè)務(wù)平臺(tái)管理功能，主要應(yīng)用于獨(dú)立中小機(jī)房或大型機(jī)房?？梢越尤?0個(gè)基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，在實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)平臺(tái)功能的同時(shí)，其采集能力高達(dá)200 000/s，可支持10 000臺(tái)設(shè)備匯聚采集。IP3000北向提供1 000 M網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)無(wú)線寬帶通接口，數(shù)據(jù)讀取速度可達(dá)1 000 000條/s。

2.1.2 接入存儲(chǔ)平臺(tái)

接入存儲(chǔ)平臺(tái)位于數(shù)據(jù)接入層，在動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的作用猶如巨大的儲(chǔ)水罐。

（1）入：同構(gòu)或者異構(gòu)接入采集物聯(lián)網(wǎng)關(guān)獲取物聯(lián)網(wǎng)關(guān)上采集的傳感和智能設(shè)備數(shù)據(jù)；接入視頻設(shè)備；接入第三方數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（比如安防系統(tǒng)、異構(gòu)數(shù)據(jù)平臺(tái)等）；

（2）儲(chǔ)：為各類(lèi)采集數(shù)據(jù)提供快速緩沖式存儲(chǔ)以及持久化存儲(chǔ)；endprint

（3）出：為“數(shù)據(jù)處理層”提供實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口。

物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)量在以每年50%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2020年，相較于2010年，數(shù)據(jù)量將增長(zhǎng)近30倍。而隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，通訊網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)勢(shì)必造成大量站點(diǎn)接入動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)信息的爆炸式增加勢(shì)必造成大量及大型數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)并接入動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

根據(jù)中興力維對(duì)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量的分析，得出在低密度采集數(shù)據(jù)方案下，每天采集數(shù)據(jù)14億條，相當(dāng)于288 GB，每年的數(shù)據(jù)總量達(dá)到195 TB。而在高密度采集數(shù)據(jù)方案下，每天采集數(shù)據(jù)168億條，相當(dāng)于3.45 TB，每年的數(shù)據(jù)總量達(dá)到1.26 PB。

面對(duì)如此巨大的數(shù)據(jù)量，傳統(tǒng)動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)下的組網(wǎng)方式以及結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)完全無(wú)法滿足“大數(shù)據(jù)”的需求。

在充分研究分析并掌握動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的“大數(shù)據(jù)”特性之后，中興力維深入研究了分布式及云存儲(chǔ)技術(shù)，結(jié)合多年積累的數(shù)千種接入?yún)f(xié)議，打造出適用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的新一代接入平臺(tái)iCap，采用分布式架構(gòu)，支持橫向堆疊擴(kuò)充。其單臺(tái)服務(wù)器的接入能力高達(dá)3 000 000 數(shù)據(jù)/s， 或600 MB/s。

2.2 數(shù)據(jù)分析處理

在傳統(tǒng)的動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的處理主要分為圖5中的兩種處理方式，

在早期的動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)中，受嵌入式技術(shù)發(fā)展的限制，F(xiàn)SU主要作為采集單元負(fù)責(zé)采集傳感器和智能設(shè)備數(shù)據(jù)，并提供北向接口被動(dòng)接受平臺(tái)的數(shù)據(jù)查詢(xún)，在性能需求的基礎(chǔ)上加入主動(dòng)上報(bào)變化數(shù)據(jù)的功能。

隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展及價(jià)格的下滑，各行業(yè)對(duì)于北向接口（B接口）的規(guī)范化，順應(yīng)動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的扁平化需求，同時(shí)由于動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)中接入設(shè)備及監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)的猛增，為減少平臺(tái)處理壓力，平臺(tái)側(cè)的告警以及統(tǒng)計(jì)分析功能下沉，在FSU側(cè)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的告警及統(tǒng)計(jì)分析（為保證數(shù)據(jù)完整性并且提供存儲(chǔ)功能），如目前鐵塔監(jiān)控系統(tǒng)的搭建就基于這種模型[5]。

我們之前分析傳統(tǒng)動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)主要基于功能進(jìn)行分層，而進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代以后，動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)打上了物聯(lián)網(wǎng)的烙印，動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)主要基于數(shù)據(jù)進(jìn)行分層。

動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)首先無(wú)法脫離“5V”特性，即Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價(jià)值）、Veracity（真實(shí)）。對(duì)于數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到商用的全生命周期過(guò)程，需要包含一系列處理過(guò)程，我們根據(jù)縱向和橫向特性進(jìn)行分析，其完全符合“竹蜻蜓”模型，如圖6所示。

竹蜻蜓是一種中國(guó)傳統(tǒng)的民間兒童玩具，流傳甚廣。竹蜻蜓由竹柄和“翅膀”組成。在玩耍時(shí)，雙手一搓，然后松開(kāi)，竹蜻蜓就會(huì)飛上天空，旋轉(zhuǎn)一會(huì)兒后落下。

竹柄的作用有兩點(diǎn)，一個(gè)是用于搓動(dòng)，帶動(dòng)翅膀的旋轉(zhuǎn)；二是穩(wěn)定在空中的飛行姿態(tài)。其形狀類(lèi)似數(shù)據(jù)分層結(jié)構(gòu)中縱向的數(shù)據(jù)流向及處理過(guò)程，其功效與數(shù)據(jù)的推動(dòng)性及可靠性暗合。

翅膀的作用是旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生浮力，使竹蜻蜓飛翔。其形狀類(lèi)似于通過(guò)數(shù)據(jù)使“物物相聯(lián)”的數(shù)據(jù)橫向流向及處理過(guò)程，其功效與數(shù)據(jù)真正價(jià)值暗合。

感知層主要用來(lái)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，由于傳感器受成本及簡(jiǎn)潔性約束條件的限制，持續(xù)不斷地采集數(shù)據(jù)，通過(guò)簡(jiǎn)單的硬件設(shè)計(jì)保障數(shù)據(jù)的可用性、可靠性，而不會(huì)通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。如果需要通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，勢(shì)必會(huì)增加傳感器的硬件成本。對(duì)于智能設(shè)備而言，其內(nèi)部擁有智能處理單元，可以對(duì)自身采集的傳感數(shù)據(jù)做一定處理，通常采用去毛刺、濾波等處理方法。接入動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)的傳感器及智能設(shè)備來(lái)自不同廠家的不同型號(hào)，所以其數(shù)據(jù)處理過(guò)程不是動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)的主要研究對(duì)象。換言之，如果在感知層做太多的數(shù)據(jù)處理，反而會(huì)影響被感知環(huán)境的真實(shí)性。

2.2.1 縱向數(shù)據(jù)處理

我們對(duì)于數(shù)據(jù)處理的討論主要集中在數(shù)據(jù)匯聚層、數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層。從分層角度透過(guò)數(shù)據(jù)流向看縱向過(guò)程，數(shù)據(jù)處理可以在不同層進(jìn)行，每一層都有其優(yōu)缺點(diǎn)。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程基于業(yè)務(wù)功能考慮，即主要根據(jù)業(yè)務(wù)屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，比如告警判斷和統(tǒng)計(jì)分析。告警判斷是指根據(jù)業(yè)務(wù)需求（用戶(hù)指定的告警需求，或者各種接口數(shù)據(jù)交互協(xié)議規(guī)定），將采集到的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)的不同取值或者范圍定義為不同等級(jí)的告警區(qū)間，當(dāng)采集值處于規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)產(chǎn)生告警信息，并將告警信息直接或在加工后間接呈現(xiàn)給用戶(hù)，比如溫度的多級(jí)告警（過(guò)低、過(guò)高、超高等）。而統(tǒng)計(jì)分析是指為實(shí)現(xiàn)特定的業(yè)務(wù)功能，選擇相應(yīng)的采集監(jiān)控點(diǎn)，設(shè)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)密度采樣策略，以達(dá)到業(yè)務(wù)分析的目的，比如電量的整點(diǎn)統(tǒng)計(jì)（每半點(diǎn)或者整點(diǎn)采樣電量）。

在目前大多數(shù)的動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)中，從不同的角度考慮，告警和統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)處理過(guò)程可以放到數(shù)據(jù)匯聚層，即FSU側(cè)，其目的是可運(yùn)用FSU的分布式計(jì)算能力，但FSU側(cè)的分析算法可能會(huì)經(jīng)常根據(jù)用戶(hù)的不同需求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，從而影響FSU提供數(shù)據(jù)的性能。告警和統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)處理也可以放到數(shù)據(jù)接入層（也是呈現(xiàn)層），即業(yè)務(wù)平臺(tái)側(cè)，其目的主要是便于根據(jù)用戶(hù)需求快速實(shí)現(xiàn)告警和統(tǒng)計(jì)分析處理與呈現(xiàn)，但在大規(guī)模系統(tǒng)中平臺(tái)的處理性能有可能會(huì)出現(xiàn)瓶頸。

中興力維根據(jù)數(shù)據(jù)的分層架構(gòu)，重新定義數(shù)據(jù)特性及數(shù)據(jù)匯聚層與數(shù)據(jù)接入層對(duì)于數(shù)據(jù)的處理實(shí)現(xiàn)。

在數(shù)據(jù)的縱向處理上，將業(yè)務(wù)特性從數(shù)據(jù)基本屬性中剝離出來(lái)，將數(shù)據(jù)的匯聚過(guò)程抽象和簡(jiǎn)化為訂閱和查閱兩種。

訂閱方式種類(lèi)多樣，主要根據(jù)業(yè)務(wù)需求采用不同的訂閱策略參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制?？砂缦掠嗛喎绞剑?/p>

（1）門(mén)限訂閱：類(lèi)似于之前的告警主動(dòng)上報(bào)，主要通過(guò)限值的判斷達(dá)到訂閱目的；

（2）變化訂閱：通過(guò)變化閾值（絕對(duì)/相對(duì)）來(lái)達(dá)到訂閱目的；

（3）周期訂閱：通過(guò)設(shè)置和調(diào)整周期長(zhǎng)短達(dá)到訂閱目的；

（4）整點(diǎn)訂閱：通過(guò)設(shè)置整點(diǎn)（或半點(diǎn)）方式達(dá)到訂閱目的；endprint

查閱分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查閱和歷史數(shù)據(jù)查閱，由上位機(jī)發(fā)起，由下位機(jī)應(yīng)答。

基于縱向數(shù)據(jù)梳理的品質(zhì)需求（完整性、及時(shí)性、可用性），中興力維定義了數(shù)據(jù)匯聚層與數(shù)據(jù)接入層之間的動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)交互協(xié)議（B接口協(xié)議），并對(duì)已經(jīng)接入的2 000多種智能設(shè)備做了全面的分析，形成了力維的字典表。字典表中包含各類(lèi)設(shè)備和各類(lèi)監(jiān)控點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化信息（如名稱(chēng)、類(lèi)型編碼等），以及與類(lèi)型相關(guān)的數(shù)據(jù)抽樣采集密度的經(jīng)驗(yàn)屬性參數(shù)。

數(shù)據(jù)匯聚層的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)主要的數(shù)據(jù)處理就是根據(jù)字典表規(guī)范化采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)簡(jiǎn)潔的B接口協(xié)議快速提供數(shù)據(jù)到接入平臺(tái)；而數(shù)據(jù)接入層的接入平臺(tái)主要的數(shù)據(jù)處理就是根據(jù)字典表接入、整合以及存儲(chǔ)由物聯(lián)網(wǎng)關(guān)提供的采集數(shù)據(jù)。

2.2.2 橫向數(shù)據(jù)處理

大數(shù)據(jù)時(shí)代帶來(lái)了密集采集的需要與全生命周期的跟蹤，給了我們密切關(guān)注被監(jiān)控設(shè)備在整個(gè)生命周期中表現(xiàn)的良好機(jī)會(huì)，所以動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)要對(duì)接入的傳感器及設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理，勢(shì)必帶來(lái)四大挑戰(zhàn)：

（1）數(shù)據(jù)采集的密度以指數(shù)形式上升，對(duì)于數(shù)據(jù)各承載環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)吞吐能力和處理能力是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)镃PU有限；

（2）只有在物物相聯(lián)的基礎(chǔ)上，才能夠橫向運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，整個(gè)產(chǎn)業(yè)才會(huì)興盛，但如果將數(shù)據(jù)分析放在前幾層則無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)碰撞；

（3）不同行業(yè)領(lǐng)域的個(gè)性定制化需求及數(shù)據(jù)的持續(xù)挖掘；

（4）智能設(shè)備的“去偽智能化”：弱化人工干預(yù)控制，簡(jiǎn)化用戶(hù)操作，提供更加完善的服務(wù)；

中興力維認(rèn)為，在大數(shù)據(jù)時(shí)代的最佳數(shù)據(jù)處理方式，是在數(shù)據(jù)處理層置入一個(gè)用于數(shù)據(jù)清洗、處理、分析的中間件，即動(dòng)環(huán)大數(shù)據(jù)分析引擎DCG-D。對(duì)動(dòng)環(huán)大數(shù)據(jù)分析引擎DCG-D有如下要求：

（1）能快速導(dǎo)入及存儲(chǔ)速率高達(dá)3 000 000數(shù)據(jù)/s的數(shù)據(jù)；

（2）能提供高速查詢(xún)，100億條/s；

（3）能利用預(yù)置模型進(jìn)行在線機(jī)器學(xué)習(xí)與告警分析。

由此以來(lái)，可以達(dá)到以下幾個(gè)目的：

（1）可提供高密數(shù)據(jù)處理能力，為復(fù)雜業(yè)務(wù)及后續(xù)的數(shù)據(jù)挖掘提供技術(shù)保障；

（2）集中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞，達(dá)到物物相聯(lián)；

（3）更為便捷及高效地滿足數(shù)據(jù)呈現(xiàn)層對(duì)于各種數(shù)據(jù)分析處理的需求；

（4）減輕數(shù)據(jù)匯聚層及數(shù)據(jù)接入層的負(fù)擔(dān)，便于在各層部署邊緣計(jì)算算法，弱化人工干預(yù)控制，簡(jiǎn)化用戶(hù)操作。

3 結(jié) 語(yǔ)

動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程就是對(duì)“物”、“網(wǎng)”、“聯(lián)”不斷深入認(rèn)識(shí)和演進(jìn)的過(guò)程[1]。

在“物”方面，通過(guò)各種無(wú)線及有線鏈路，不斷積累接入各種類(lèi)型的傳感設(shè)備、智能設(shè)備及采集監(jiān)控點(diǎn)，將其規(guī)范化到監(jiān)控點(diǎn)信息標(biāo)準(zhǔn)化字典表中，同時(shí)掌握新設(shè)備以及監(jiān)控點(diǎn)特性，提煉出與數(shù)據(jù)采集策略相關(guān)的訂閱、查閱等標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)。不斷形成和優(yōu)化與設(shè)備類(lèi)型相關(guān)的分析模型和算法。

在“網(wǎng)”方面，在規(guī)范字典表的基礎(chǔ)上，形成支撐信息網(wǎng)絡(luò)交互的各種接口之間的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，以數(shù)據(jù)流向的品質(zhì)關(guān)注點(diǎn)為追求目標(biāo)，達(dá)到數(shù)據(jù)交互的及時(shí)性、完整性，上行可支撐海量感知數(shù)據(jù)的匯聚，下行可通到每一個(gè)傳感監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

在“聯(lián)”方面，在充分掌握和運(yùn)用大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)的前提下，利用“網(wǎng)”中的數(shù)據(jù)，縱向深度挖掘建立個(gè)體模型、橫向深度挖掘建立物物關(guān)聯(lián)模型，形成數(shù)據(jù)價(jià)值分級(jí)以及數(shù)據(jù)共享商業(yè)價(jià)值[1]。

動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)中各個(gè)數(shù)據(jù)承載及流通節(jié)點(diǎn)就像交響樂(lè)團(tuán)中手持各種樂(lè)器的音樂(lè)家，聽(tīng)眾就是用戶(hù)，在大數(shù)據(jù)處理的指揮下，音樂(lè)家為聽(tīng)眾奏出美麗的物聯(lián)網(wǎng)樂(lè)章。

對(duì)于中興力維的動(dòng)環(huán)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)而言，DCG-D就是樂(lè)隊(duì)的指揮，匯聚層各種型號(hào)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)就是手持各類(lèi)樂(lè)器的音樂(lè)家，而接入層的接入存儲(chǔ)平臺(tái)就是演奏音樂(lè)會(huì)的舞臺(tái)和劇場(chǎng)，為指揮家提供場(chǎng)所的同時(shí)，為奏出的音符提供承載空間。

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