浅谈 IOT 系统闭环架构

今天药忘吃喽~ 2022-05-30 03:48 220阅读 0赞

抛砖引玉：未来某一个周末下午2点，阳光明媚，从窗外照进来，微风拂面，我在客厅的沙发悠闲的躺下，叫唤：“小沙小沙，给我播放一首催眠的纯音乐，再给我的后背按摩，10分钟就好了”。沙发便照做了，除了按我说的做，它还通过接触我的皮肤分析我身体的健康状况，然后把信息告诉家里的空调，空调自动调节我最适合的湿度和温度。当我小睡一会，3点多醒来的时候，想冲个凉，于是告诉沙发，帮我加热水，当然沙发通过接触我的头发，分析发质，推荐我要用哪一种洗发水。冲完凉后我又想出门，于是又拜托家里的机器人佣人，帮我叫车… 整个生活，都很方便。

上述我所说的还没普及，但是已经有企业在做了。这种万物联网、万物智能的系统称为IOT（Internet of things），也可以叫物联网（包括智联网），现在随处可见的ofo小黄车也是一种IOT模式。那么，一个IOT系统的完全闭环是如何实现的呢？  
其实实现原理不难，无非是硬件产品+软件控制+云端3部分组成，所谓闭环，就是说它们可以构成一个环，实现完整的生产产品链。这3部分的关系图如下所示：

![这里写图片描述][70]

上图揭示了两种IOT方式，一种是云端-硬件关方式，一种是云端-软件-硬件方式，现在常见的共享单车，属于云端-软件-硬件方式，软件部分便是app。那么，这3部分的具体细节是怎样的？作为一个后端的开发人员，我负责的自然是云端部分。云端也是IOT中心脏/大脑级别的角色，为了撑起一个IOT的调度，云端该如何设计？

这两个问题我没办法给出标准答案，因为我也在摸索中。在这里我给出一个云端的解决方案。至于硬件或者软件控制系统，对云端而言都是给出一个接口。云端的设计原理图如下：

![这里写图片描述][70 1]

基于上图的架构，每个部分的作用如下：

文件系统  
1 存储第三方的资料信息，比如做一个智能机器人的产品，机器人的资料要实现收集，以便处理各种行为，给出指令  
2 存储用户行为系统，注意在图中，有一条黑色实线，由硬件/软件指向文件存储，这部分是为用户行为分析设计的。传统的用户行为分析（例如友盟、阿里dataV）采用实时像服务器发送行为消息（埋点）的模式。可是我穷，买不起一个线上的服务器专门用于处理用户数据，因为这种服务器的配置要很高，成本太高！于是，我便将用户一天/一周/一个月的数据存储在本地，然后每隔一段时间直接上传到文件存储，文件存储可以是第三方的存储。然后我再用自己的电脑，在下班或者夜晚从文件存储下载数据到本地，跑大数据系统分析。具体的细节在大数据系统中会介绍。

数据库  
1 mysql集群，存储逻辑数据，提供给各个系统使用。  
2 数据库的设计要结合终端，尤其是硬件，例如，一个无人机产品，要把它表示出来，数据库的设计就得接近产品本身，其中的字段就包括：芯片（内存、cpu、电阻、电容）、外形、公模等等各个参数和指标，所以在设计数据库的时候要多跟硬件部门取经。

大数据系统  
1 统计终端行为规律，IOT的服务对象是终端，所以对终端设备的统计和分析很有必要，统计使用数量，用户在全球的分布规律等等，以智能家居为例，如果可以统计出用户的使用习惯，空调的哪一个温度最多人使用，沙发的哪个位置最多人坐，用户的作息时间、健康状况等等，这些都有助于产品的设计，给运营、给为下一个版本的设计指明方向，还能顺便推荐其他关联产品等等。  
2 发掘潜在的功能需求  
3 给企业反馈，当一个企业接入一个IOT系统，自然希望看到真实的效果  
4 关于我的设计，采用非实时的方式，在管理上很方便，我很明确自己想要哪些数据，不必全部分析。数据的组成要与终端的实际功能相结合，将终端的每个事件定义好，加上时间和gps，发送到文件存储系统，而区分不同的终端，只需要在文件上指明即可，这样做可以减少传输字数。这样统计出来的数据总会比现在要少一天/一周/一个月时间，但是成本大大降低了，因为它不需要一个线上的服务器，只需要一台本地电脑就好，我可以白天用自己的电脑工作，夜晚跑数据分析，0成本！！！

业务系统  
1 这要结合具体业务，如果是面对硬件终端的，给终端发送指令、处理终端的指定，如果是软件控制的，就提供接口。  
2 业务系统里面可不仅仅是业务这么简单，还包括nginx、缓存、数据层这样的应用，只是说它是直接面对终端、处理业务的。

后台管理系统  
1 主要开放给企业用户，定像定制策略、管理终端、查看自己产品的用户行为规律，比如一个硬件终端各个指令对应什么功能，推荐其他产品、投放广告等等，这些由后台管理系统指定

安全系统  
1 分为两部分，常规部分是传统的网络安全，获取用户token、数据过滤、加密等，主要应用在对后台管理系统和业务接口的传输上。  
2 但是，对于直接面对硬件终端来说，指令的传输安全是特殊的，这个主要借鉴阿里IOT的ID^2 安全模型，就像智能家居，虽然看起来整个家居系统是统一的，其实它们的工作都是独立的，完全由云端控制，云端把它们连在一起，但是终端本身并不是联合的，所以每个终端是独立接收指令+传输加密。沙发将用户的身体信息发送给云端，云端处理，计算出空调应该调节的温度和湿度，将这个指令发送给空调，空调才会做出调整。

终端（硬件、软件）  
1 如果是硬件直接连接云端，那么硬件就要提供联网模块  
2 如果是走硬件-软件-云端，软件（一般是app）与硬件的连接部分，以wifi、或者蓝牙为载体，协议也要先定义好

上面列举的结构看起来好像挺简单的，可是一旦做起来，才知道好多要考虑的，比如硬件的声音控制，要做到区分不同人的声音，就要做声波过滤，说来惭愧，声波过滤用到的知识是《模拟电子电路》里面的，碰巧这是我大学挂的第一科， 大数据系统数据的提取要经过层层统计，设置一级数据、二级数据、三级数据，提取的依据是什么？怎么提取？，还有日志管理，报警系统，故障容错…一言难尽，总之，我也是在这条路上勤勤恳恳劳动的一只蚂蚁，共勉！

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