java 实现物联网 java做物联网数据采集架构

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我心依旧 2023-07-24 21:50:31

文章标签 java 实现物联网物联网 java 网络程序人生 文章分类 Java 后端开发

java 实现物联网 java做物联网数据采集架构_java

《高并发系统实战派》-- 值得拥有

一、设备管理模块的意义

设备管理模块是物联网平台的核心模块之一，主要负责设备的接入、注册、管理、监控等工作，是构建物联网平台的基础。通过设备管理模块，可以实现对设备的资源动态管理、设备状态实时监控、设备数据采集等功能，确保物联网系统的运行安全和数据的可靠性。

二、设备管理模块的设计思路

设备管理模块需要实现设备的接入、注册、管理、监控等功能，为了实现这些功能，需要考虑以下几个方面：

设备接入方式的选择：物联网系统中，设备可以通过多种协议接入系统，如MQTT、HTTP、CoAP等。不同的接入方式适用于不同的场景，需要根据具体业务需求进行选择（可参考上一篇协议篇：）。
设备身份验证和鉴权：在设备接入系统之前，需要进行身份验证和鉴权，保证设备的合法性和访问权限。
设备注册管理：设备在首次接入系统时需要进行注册，注册时需要进行鉴权，并为设备分配访问令牌。
设备状态管理：设备状态管理需要实时监控设备状态，及时发现设备故障和异常情况，确保设备运转正常。
设备属性管理：设备属性管理需要对设备硬件和软件属性进行管理，如CPU、内存、版本等。
远程控制：远程控制需要对设备进行实时控制操作，如打开、关闭、调节等。
设备监控：设备监控需要实时监控设备状态和数据信息，及时发现设备故障和异常情况，确保设备运转正常。

三、设备管理模块的设计实现

在实际项目中，可以采用Spring Boot + Spring Data JPA + MySQL + MQTT等框架进行设备管理模块的设计实现。同时，根据具体业务需求，还可以采用其他技术和框架实现设备管理模块。

设备管理模块的设计实现需要涉及到多个场景，例如设备接入、设备注册、设备管理、设备监控等。在每个场景中，需要根据具体需求进行设计和实现。以下是一些场景的具体示例。

四、系统架构

系统采用分布式架构，前端可采用AngularJS 或者vuejs，后端采用Spring Boot + Spring Data JPA + MySQL，同时采用MQTT和WebSocket实现设备接入和监控等功能。
系统架构图如下：

HTTP请求

MQTT协议

WebSocket协议

MQTT消息

WebSocket消息

JPA映射

WEB前端

后端Spring Boot

MQTT服务器

WebSocket服务器

MySQL数据库

五、场景一：设备接入

设备接入是设备管理模块的重要功能之一，需要实现设备身份验证、鉴权和状态上报等功能。

设备身份验证

在设备接入之前需要进行身份验证，保证设备的合法性。身份验证通过后才能进行后续的接入工作。

public class DeviceAuthenticator {
    public boolean authenticate(String deviceId, String password) {
        /* 省略身份验证流程 */
        return true/false;
    }
}

设备鉴权

鉴权是指在设备注册时，系统需要验证设备的合法性，并给设备分配访问令牌，确保设备能够进行正常的访问和控制。

public class DeviceAuthorizer {
    public String authorize(String deviceId, String password) {
        /* 省略鉴权流程 */
        return "access_token";
    }
}

设备状态上报

设备需要实时上报设备状态，方便系统进行监管和管理。

public class DeviceStatusReporter {
    public void report(String deviceId, String status) {
        /* 省略状态上报流程 */
    }
}

在实际项目中，可以采用MQTT、HTTP、CoAP等协议进行设备接入。以MQTT为例，可以通过Eclipse Paho等开源库进行开发。参考上一篇协议篇：

六、场景二：设备注册管理

设备注册管理主要包括：设备注册、设备登录和设备注销等功能。设备注册时需要进行鉴权，并为设备分配访问令牌。

设备注册

在设备首次接入系统时需要进行注册，注册时需要进行鉴权。

@Entity
@Table(name = "device")
public class Device {
    @Id
    private String id;
    private String secretKey;

    /* 省略getter/setter */
}

public class DeviceRegistrationService {
    @Autowired
    private DeviceRepository deviceRepository;
    @Autowired
    private DeviceAuthenticator deviceAuthenticator;

    public Device register(String deviceId, String password) {
        boolean authResult = deviceAuthenticator.authenticate(deviceId, password);
        if (authResult) {
            Device device = new Device();
            device.setId(deviceId);
            device.setSecretKey(UUID.randomUUID().toString());
            deviceRepository.save(device);
            return device;
        }
        throw new AuthenticationException("Device authentication failed");
    }
}

设备登录

设备登录时需要进行鉴权，鉴权通过后返回访问令牌。

public class DeviceLoginService {
    @Autowired
    private DeviceRepository deviceRepository;
    @Autowired
    private DeviceAuthorizer deviceAuthorizer;

    public String login(String deviceId, String password) {
        Optional<Device> optionalDevice = deviceRepository.findById(deviceId);
        if (optionalDevice.isPresent()) {
            Device device = optionalDevice.get();
            if (deviceAuthenticator.authenticate(deviceId, password)) {
                return deviceAuthorizer.authorize(deviceId, password);
            }
        }
        throw new AuthenticationException("Device authentication failed");
    }
}

设备注销

设备在退出系统时需要进行注销处理。

public class DeviceLogoutService {
    public void logout(String deviceId) {
        /* 省略注销流程，根据具体业务需求实现 */
}
}

使用Spring Data JPA进行开发时，可以利用JpaRepository进行基本的CRUD操作；同时，可以根据业务需求进行自定义Repository的开发。

七、场景三：设备管理

设备管理主要包括：

设备状态管理。
设备属性管理。
远程控制。

设备状态管理

设备状态管理需要实时监控设备状态，及时发现设备故障和异常情况，确保设备运转正常。

public class DeviceStatusManager {
    @Autowired
    private DeviceRepository deviceRepository;

    public void updateStatus(String deviceId, String status) {
        Optional<Device> optionalDevice = deviceRepository.findById(deviceId);
        if (optionalDevice.isPresent()) {
            Device device = optionalDevice.get();
            device.setStatus(status);
            deviceRepository.save(device);
        }
    }

    public String getStatus(String deviceId) {
        Optional<Device> optionalDevice = deviceRepository.findById(deviceId);
        if (optionalDevice.isPresent()) {
            Device device = optionalDevice.get();
            return device.getStatus();
        }
        return null;
    }
}

设备属性管理

设备属性管理需要对设备硬件和软件属性进行管理。

@Entity
@Table(name = "device_property")
public class DeviceProperty {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String deviceId;

    private String name;

    private String value;

    /* 省略getter/setter */
}

public class DevicePropertyManager {
    @Autowired
    private DevicePropertyRepository devicePropertyRepository;

    public void setProperty(String deviceId, String name, String value) {
        Optional<DeviceProperty> optionalDeviceProperty = devicePropertyRepository.findOneByDeviceIdAndName(deviceId, name);
        if (optionalDeviceProperty.isPresent()) {
            DeviceProperty deviceProperty = optionalDeviceProperty.get();
            deviceProperty.setValue(value);
            devicePropertyRepository.save(deviceProperty);
        } else {
            DeviceProperty deviceProperty = new DeviceProperty();
            deviceProperty.setDeviceId(deviceId);
            deviceProperty.setName(name);
            deviceProperty.setValue(value);
            devicePropertyRepository.save(deviceProperty);
        }
    }

    public String getProperty(String deviceId, String name) {
        Optional<DeviceProperty> optionalDeviceProperty = devicePropertyRepository.findOneByDeviceIdAndName(deviceId, name);
        if (optionalDeviceProperty.isPresent()) {
            DeviceProperty deviceProperty = optionalDeviceProperty.get();
            return deviceProperty.getValue();
        }
        return null;
    }
}

远程控制

远程控制需要对设备进行实时控制操作，如打开、关闭、调节等。

public class RemoteControlService {
    public void control(String deviceId, String action) {
        /* 省略控制流程，根据具体业务需求实现 */
    }
}

八、场景四：设备监控

设备监控需要实时监控设备状态和数据信息，及时发现设备故障和异常情况，确保设备运转正常。

public class DeviceMonitor {
    @Autowired
    private DeviceRepository deviceRepository;

    @Autowired
    private SimpMessagingTemplate mqtt;

    public void monitor(String deviceId) {
        Optional<Device> optionalDevice = deviceRepository.findById(deviceId);
        if (optionalDevice.isPresent()) {
            Device device = optionalDevice.get();
            mqtt.convertAndSend("/topic/device/" + deviceId + "/status", device.getStatus());
            /* 省略数据采集和统计流程，根据具体业务需求实现 */
        }
    }
}

总结

如果想系统学习高并发知识，可以看《高并发系统实战派》，人人都会的高并发系统噢

本文主要介绍了物联网平台中的设备管理模块的详细设计，包括设备接入、注册、管理、监控等功能，以及具体的Java代码示例和系统架构图。这些功能是物联网平台中不可或缺的重要组成部分，通过本文的介绍可以更好地理解如何实现并实际应用到物联网平台的开发实践中。

同时，本文介绍了一些常用的技术选型和框架，如MQTT、Spring Boot、Spring Data JPA、MySQL等，可以为您提供参考和借鉴。在实际开发过程中，需要根据具体的业务需求进行进一步的优化和改进，保证系统的效率和可靠性。
最后，本文仅提供了设备管理模块的设计思路和示例，还需要根据实际的业务需求和系统架构进行具体的实现和优化。在实际项目中，还需要考虑安全、稳定等方面的问题，确保物联网平台的正常运行和数据安全。
下一篇：物联网平台物模型开发。

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