面向物联网的智能门锁一站式托管服务平台研究
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摘要：本文提出建立一种面向物联网的智能门锁一站式托管服务平台，通过打造通信网、物联网以及互联网的统一、设立城市数据中心，研究了在该框架下物联网协议的海量数据采集系统，以及面向物联网的高并发非关系型数据库设计等关键技术。
关键词：公租房;物联网;智能门锁
中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）01-0148-01
1 研究背景
为加快构建以政府为主市场为辅、满足多层次需求的住房供应体系，我国近年来连续出台了多项住房租赁政策，明确指出发展住房租赁市场是深化住房制度改革的重要内容，与此同时，与住房租赁市场息息相关的智能门锁行业也出现了群雄逐鹿的场面，智能门锁也成为各厂家争夺智能家居入口的重要切入点。但一些使用方也反馈相关门锁研发团队及其技术并不成熟，云端服务器在门锁接入数量不多的情况下依然存在宕机风险，稳定性、可靠性非常不好。由此可见，在争夺智能门锁市场时，一方面考验的是门锁质量，另一方面承载着各種服务功能的后台管控平台也成为了许多厂家扩大市场范围的技术瓶颈，解决扩展性弱、设备接入数量受限、稳定性低等问题已迫在眉睫。
2 研究目标
本文旨在研究一个面向物联网的应用可扩展、能力可扩展、硬件可扩展的管理平台框架，提供多源、海量、异构数据的存储、处理等一站式综合信息化服务平台，支撑高性能、高吞吐量、高并发的智能锁等设备的接入服务，并支持其对第三方系统接入的动态管理以及对各类信息的快速检索、排查统计和智能分析，促进信息共享和业务协同，加强智慧城市、智慧社区等建设中对各种智能化、信息化服务的整合，从而更好服务于公租房智能化管理。
3 研究内容
建立面向物联网的智能门锁一站式托管服务平台，打造基于通信网、物联网以及互联网的统一系统，需要设立城市数据中心，通过借助分层建设技术手段，构建平台能力及应用的可成长、可扩充的系统框架，同时研究在该框架下的基于物联网协议的海量数据采集系统和面向物联网的高并发非关系型数据库设计等关键技术，研究支持多种制式的智能门锁接入协议栈，设计基于RESTful原则的统一接口，提升各第三方平台的接入能力，实现支持高并发的信息采集、分析、决策和服务功能，有效应对信息数据的异构性、海量性以及不确定性等问题，实现更深层次的信息综合、功能互补以及互联互通[1]。各个无线终端通过各种协议，将数据传送到第一级云平台，再由云平台中的各个服务器将数据交付到二级云平台进行数据存储，最终的数据的分析和处理在第三级Hadoop集群构成的云平台进行。
3.1 基于物联网协议的海量数据采集系统
研究基于物联网协议的海量数据采集系统，通信主机采用物联网协议，支持稳定的通信架构，以实现传感器节点与互联网的无线或有线连接。物联网协议是一种面向网络的协议，应用程序通过URI标识来获取服务器上的资源，即可以对资源进行操作。物联网协议基于REST构架，既考虑数据报长度的最优化，又考虑提供可靠通信。物联网协议定义了带有重传机制的事务处理机制，并且提供资源发现机制，并带有资源描述。
3.2 面向物联网的高并发非关系型数据库设计
传统的存储架构由于扩展性较差容易造成过高消耗，针对物联网内海量数据的异构性与实时性特点，结合分布式云存储系统的架构性优势，在其基础上相较于物联网异构数据实时存取特点，可在多个数据中心对海量数据进行边缘化存储，更高效地为最终用户提供实时并发访问服务，有效提高异构数据存储的实时性，保证海量数据的存储效率。通过使用“系统存储级别”指标设计实现数据中心内海量数据的分级存储机制，解决数据中心间的数据一致性分配问题;通过物联网各数据中心间发送通信报文，解决数据中心间相互了解存储状态的通信问题;利用“完全性存储”的存储概念，解决了“原始数据流”的数据规模异常大的存储分配问题。通过基于集群的三层存储体系结构，构成一个基于物联网数据中心间异构数据的分布式存储框架体系，以达到异构数据在物联网数据中心间的边缘化存储，实现存储资源的负载均衡，平滑地平衡数据中心的存储容量，保证物联网内海量数据的边缘化存储。
3.3 适配多种制式的智能门锁接入协议设计
设计适配不同制式的智能门锁的统一接入标准和通信协议，实现通用智能锁软件开发包供不同制式的智能锁接入开发，为智能门锁厂家接入统一管理的物联网云平台提供前提基础。MQTT、CoAP等是目前物联网通信最普遍的几种协议[2]。通过研究基于MQTT、CoAP等协议的用户自定义的应用层协议，提供门锁与平台之间的标准对接流程，方便智能门锁厂家接入统一管理的物联网云平台，同时设计并实现多种开发语言版本的智能锁软件开发包，方便用户将设备移植到相应的硬件平台上，并调用标准化的API接口，实现门锁与云端平台的通信交互。开发包使用户专心于门锁应用程序的开发，大大加快了开发进程。
3.4 基于RESTful思想的统一接口设计与实现
RESTful架构遵循统一接口原则，统一接口包含了一组受限的预定义的操作，不论什么样的资源，都是通过使用相同的接口进行资源的访问。接口应该使用标准的HTTP方法，并遵循这些方法的语义。统一接口还能方便使用HTTP协议自带的缓存机制对请求进行缓存操作，这样在一定程度上又提高了请求的性能。
API网关提供严格的权限管理、精准的流量控制、全面的监控报警，让服务安全、稳定、可控[3]。API请求到达网关需要经过严格的身份认证、权限认证，才能到达后端服务。支持HMAC（SHA-1，SHA-256）算法签名，支持SSL加密，API网关能够提供一套额外的保护层，足以应对SQL注入、XML解析攻击以及拒绝服务（简称DoS）攻击等常见威胁因素，从而实现额外的保护层效果。API网关负责服务请求路由、组合及协议转换。客户端的所有请求都首先经过API网关，然后由它将请求路由到合适的微服务。API网关经常会通过调用多个微服务并合并结果来处理一个请求。它可以在web协议（如HTTP与WebSocket）与内部使用的非web友好协议之间转换。
4 结语
面向物联网的智能门锁一站式托管服务平台不仅可以进一步完善公租房平台的管理功能，也可以全面提升管理能力和质量，使智慧公租房管理系统的推广应用更加深入和专业，大大提升其可复制性，更加科学地整合各地资源。平台还可以适应于零散租房、自助酒店等场所，其推广应用将会具有更加客观的社会和经济效益。
参考文献
[1] 孟瑞祺，马丽，刘媛媛，等.异构环境下信息设备综合管理平台网络信息事件的分析与采集[J].中国数字医学，2019（10）：89-91+97.
[2] 刘善锋.一种物联网平台快速接入设备的方法[J].中国新通信，2019（11）：68.
[3] 廖俊杰，陶智勇.微服务API网关的设计及应用[J].自动化技术与应用，2019（8）：85-88.
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