一種基于云平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)開發(fā)設(shè)計(jì)

一種基于云平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)開發(fā)設(shè)計(jì)隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，越來越多的智能設(shè)備和傳感器被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，解決人們的生活與工作問題，形成了物聯(lián)網(wǎng)。在物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)中，數(shù)據(jù)的收集和傳輸顯得尤為重要，而專網(wǎng)恰好能夠?qū)崿F(xiàn)這一目的。本文結(jié)合云平臺(tái)的技術(shù)，設(shè)計(jì)一種基于云平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)。

一、系統(tǒng)的需求分析

1.1系統(tǒng)的功能需求

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，主要需求如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的無縫傳輸、接收和監(jiān)測(cè)，確保數(shù)據(jù)安全可靠。

（2）數(shù)據(jù)處理技術(shù)，通過數(shù)據(jù)分析對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、維護(hù)和故障處理。

（3）設(shè)備管理。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障分析。

（4）賬戶管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中用戶的身份認(rèn)證和權(quán)限管理，避免未授權(quán)操作。

1.2系統(tǒng)的用戶需求

針對(duì)本系統(tǒng)中的用戶群體，需求如下：

（1）一些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的制造商，需要使用本系統(tǒng)來管理其硬件設(shè)備的信息。

（2）一些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用者，需要使用本系統(tǒng)來訪問設(shè)備的數(shù)據(jù)、獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。

（3）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)人員，可以使用本系統(tǒng)來開發(fā)和測(cè)試物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

1.3系統(tǒng)的技術(shù)需求

本系統(tǒng)的技術(shù)需求如下：

（1）云計(jì)算技術(shù)：通過云計(jì)算的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸、存儲(chǔ)、處理和管理。

（2）大數(shù)據(jù)技術(shù)：對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分類、整理、分析和處理，識(shí)別設(shè)備的故障和異常。

（3）M2M技術(shù)：實(shí)現(xiàn)設(shè)備直接之間的通訊。

（4）Web技術(shù)：使得系統(tǒng)用戶可以使用瀏覽器來操作系統(tǒng)，無需安裝任何客戶端軟件。

二、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由前端展示、后臺(tái)管理和數(shù)據(jù)傳輸端組成。其中前端展示部分采用Web技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶交互和數(shù)據(jù)展示，后臺(tái)管理部分使用云計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和管理，數(shù)據(jù)傳輸端使用M2M技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通訊。整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。


圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

（1）前端展示

本系統(tǒng)前端展示主要使用Web技術(shù)，用戶可以通過瀏覽器訪問系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可視化管理和數(shù)據(jù)的查看。

1）登陸界面：用戶在瀏覽器中輸入網(wǎng)址，進(jìn)入系統(tǒng)的登陸界面，如圖2所示。


圖2登陸界面

2）主界面：用戶登陸成功后，進(jìn)入系統(tǒng)的主界面。主界面主要分為兩個(gè)部分，左側(cè)是設(shè)備管理區(qū)域，右側(cè)是數(shù)據(jù)展示區(qū)域。設(shè)備管理區(qū)域以樹狀結(jié)構(gòu)的形式展示出設(shè)備的信息，用戶可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制、參數(shù)修改、故障查詢和維護(hù)。數(shù)據(jù)展示區(qū)域以圖表形式展示出設(shè)備傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)分析功能，如圖3所示。


圖3主界面

（2）后臺(tái)管理

本系統(tǒng)的后臺(tái)管理使用云計(jì)算平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和管理。在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方面，使用云存儲(chǔ)技術(shù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云平臺(tái)的存儲(chǔ)設(shè)備中。在數(shù)據(jù)的處理方面，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、整理、分析和處理，提取出有用的信息，生成報(bào)表和圖表。在數(shù)據(jù)的管理方面，提供一系列的API和SDK，供系統(tǒng)開發(fā)人員使用。

（3）數(shù)據(jù)傳輸端

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸端使用M2M技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通訊。通過Gateway設(shè)備對(duì)接云平臺(tái)，設(shè)備和云平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，可以實(shí)現(xiàn)向設(shè)備發(fā)送指令，也可以接收設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

三、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

本系統(tǒng)針對(duì)系統(tǒng)的需求分析進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和測(cè)試，并進(jìn)行了以下幾組測(cè)試。

3.1單元測(cè)試和集成測(cè)試

本系統(tǒng)在開發(fā)的過程中，使用單元測(cè)試和集成測(cè)試技術(shù)，進(jìn)行早期排錯(cuò)和問題分析。在單元測(cè)試進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，將系統(tǒng)分割成不同的單元進(jìn)行測(cè)試，保證系統(tǒng)的每個(gè)功能模塊的正確性。在集成測(cè)試時(shí)，將不同的模塊進(jìn)行集成，驗(yàn)證不同的模塊之間的交互和集成問題。

3.2功能測(cè)試

對(duì)本系統(tǒng)的功能進(jìn)行測(cè)試，檢查設(shè)備管理、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)處理和故障分析等功能的正確性。對(duì)于設(shè)備管理功能，測(cè)試是否能對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制、參數(shù)修改、故障查詢和維護(hù)；對(duì)于數(shù)據(jù)上傳功能，測(cè)試是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)備和云端之間的雙向傳輸；對(duì)于數(shù)據(jù)展示功能，測(cè)試是否能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示和歷史數(shù)據(jù)查詢；對(duì)于數(shù)據(jù)處理功能，測(cè)試是否能對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分類、整理、分析和處理，并提取出有用的信息；對(duì)于故障分析功能，針對(duì)設(shè)備故障，能否進(jìn)行故障診斷和分析。

3.3性能測(cè)試

對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試，主要測(cè)試系統(tǒng)的并發(fā)性和吞吐量。并發(fā)測(cè)試使用ApacheJMeter工具模擬多個(gè)用戶同時(shí)訪問系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和吞吐量的情況下，驗(yàn)證系統(tǒng)的并發(fā)訪問數(shù)量。吞吐量測(cè)試使用LoadRunner工具進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)的處理能力和響應(yīng)時(shí)間。

3.4安全測(cè)試

對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行安全測(cè)試，主要測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全和權(quán)限管理。其中數(shù)據(jù)安全測(cè)試主要測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性；權(quán)限管理測(cè)試主要測(cè)試系統(tǒng)的用戶身份認(rèn)證和權(quán)限控制，驗(yàn)證只有有權(quán)用戶才能訪問系統(tǒng)的敏感數(shù)據(jù)。

四、系統(tǒng)的評(píng)估

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于云平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無縫傳輸、接收和監(jiān)測(cè)，為管理者和使用者提供了便捷的設(shè)備管理和數(shù)據(jù)操作方式，可以達(dá)到較好的效果。

但是，在實(shí)際應(yīng)用和推廣的過程中，還存在一些問題需要解決。系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、功能擴(kuò)展、數(shù)據(jù)可靠性和易用性等方面，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和完善。

五、總結(jié)

本文結(jié)合云平臺(tái)的技術(shù)，設(shè)計(jì)一種基于云平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)。通過文中對(duì)系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的測(cè)試等方面的講解，希望能夠?qū)ψx者有所啟發(fā)。物聯(lián)網(wǎng)作為未來的發(fā)展趨勢(shì)，隨著科技的發(fā)展，將有更加完善的解決方案推出，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，仍需加強(qiáng)，并不斷探索，取得更進(jìn)一步的成果。本文將圍繞著物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和總結(jié)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用現(xiàn)狀，提出一些思考和展望。

一、物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)和用戶規(guī)模

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，市場(chǎng)規(guī)模和用戶體量是衡量物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的兩個(gè)重要指標(biāo)。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)IDC的數(shù)據(jù)顯示，到2020年，全球物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1.74萬億美元；到2025年，物聯(lián)網(wǎng)全球連接設(shè)備的數(shù)量將達(dá)到近5.8億個(gè)。具體分析如下：

1.1市場(chǎng)規(guī)模

物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)將會(huì)保持高速增長(zhǎng)。

據(jù)國(guó)際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Gartner的數(shù)據(jù)顯示，2017年全球物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模為1.58萬億美元，較2016年增長(zhǎng)成倍。預(yù)計(jì)到2020年，全球物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1.74萬億美元，市場(chǎng)規(guī)模呈高速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

同時(shí)，國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)也在不斷發(fā)展。據(jù)工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模已從2012年的約500億元增長(zhǎng)至2019年的1.5萬億元。預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將超過2萬億元。

1.2用戶體量

物聯(lián)網(wǎng)用戶體量也在不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)未來將繼續(xù)增長(zhǎng)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接數(shù)量將達(dá)到近58億個(gè)，其中物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)備數(shù)量增長(zhǎng)最快，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到22億個(gè)。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)智能城市、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的設(shè)備連接數(shù)量也在不斷增加。

而中國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量也在不斷增長(zhǎng)，據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全公司360發(fā)布的《2018年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)安全發(fā)展與趨勢(shì)報(bào)告》顯示，截至2018年底，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備總數(shù)已經(jīng)達(dá)到17.61億個(gè)，其中包括智能家居、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域。預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達(dá)到30億個(gè)左右。

二、應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè)發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè)發(fā)展也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要指標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于物流、智能家居、智慧城市、工業(yè)制造等多個(gè)領(lǐng)域。

2.1物流領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在物流信息化、貨物追蹤和倉(cāng)儲(chǔ)管理等方面。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的始發(fā)地、承運(yùn)商、路線、到貨時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，提升物流效率、降低物流成本、提高貨物安全性。

據(jù)國(guó)家郵政局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年“雙11”期間，全國(guó)快遞業(yè)務(wù)量達(dá)到22.58億件，較2018年增長(zhǎng)約25.3%。而快遞物流的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，都與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用有很大的關(guān)聯(lián)。

2.2智能家居領(lǐng)域

智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展。智能家居可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭設(shè)備的控制、家居安全的監(jiān)控和生活服務(wù)的提供。

據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）的數(shù)據(jù)顯示，2019年上半年，中國(guó)智能家居市場(chǎng)規(guī)模達(dá)232.6億人民幣，同比增長(zhǎng)超過33%。預(yù)計(jì)到2021年，中國(guó)智能家居市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到469.1億人民幣，市場(chǎng)規(guī)模呈高速增長(zhǎng)。

2.3智慧城市領(lǐng)域

智慧城市是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要方向，是實(shí)現(xiàn)城市管理數(shù)字化、信息化和智能化的關(guān)鍵途徑。智慧城市可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市公共安全、交通、環(huán)境、財(cái)政等方面進(jìn)行全方位的管理和監(jiān)控。

據(jù)中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）預(yù)測(cè)，到2020年，全國(guó)將有100個(gè)左右的城市成為智慧城市典范。而在智慧城市領(lǐng)域，廣東、江蘇、浙江等地區(qū)的發(fā)展較為突出。

2.4工業(yè)制造領(lǐng)域

工業(yè)制造是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化、優(yōu)化和控制，還可以提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量和安全性。

根據(jù)國(guó)際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)ABIResearch的數(shù)據(jù)顯示，全球制造業(yè)智能化采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的市場(chǎng)規(guī)模將從2016年的80億美元增長(zhǎng)到2021年的1280億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)到50.2%。

三、發(fā)展趨勢(shì)和挑戰(zhàn)

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和前景對(duì)于行業(yè)和企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。未來物聯(lián)網(wǎng)將如何發(fā)展，又面臨什么挑戰(zhàn)？

3.1發(fā)展趨勢(shì)

未來，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)?huì)出現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：

（1）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將變得更加成熟和普及，應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用深度將繼續(xù)擴(kuò)大；

（2）5G技術(shù)的普及將加速物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的高速通信和數(shù)據(jù)傳輸；

（3）物聯(lián)網(wǎng)與AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的結(jié)合將實(shí)現(xiàn)更加深層次的智能化應(yīng)用；

（4）物聯(lián)網(wǎng)安全將成為一個(gè)重要的研究和應(yīng)用方向，網(wǎng)絡(luò)安