基于SOA的物联网平台开发

马吕栋　李德军　张文硕

摘 要：结合物流行业的相关实践，提出将SOA体系架构用于物联网平台的建设策略和部署方式，以解决物联网平台建设上面临的一些问题。同时结合采集中间件系统，对平台扩展性与支撑性进行了讨论。

关键词：物联网；SOA；物流；中间件

中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-03

0 引 言

近年来，物联网技术得到了突飞猛进的发展。但在实际应用中，许多物联网项目仍然面临着各种困难。在实际落地时，项目往往采用平台+应用的设计策略。其中，平台的作用尤为重要，但实际上，许多物联网项目在建设过程中，由于平台设计不够完善，致使随着项目建设的深入，暴露出越来越多的问题，造成项目无法顺利按照预想的设计完成。

针对当前物联网平台设计上的一些缺陷，我们提出了基于SOA的平台设计理念，来解决物联网项目中平台的设计问题。

1 物联网平台

1.1 物联网平台概述

在IT项目中，平台可以分为技术平台和业务平台两类。前者是一系列通用开发组件的集合及项目开发框架等技术要素。本文主要讨论用于支撑物联网业务的业务平台。一般来说，业务平台应具有两个原则：一是平台的支撑作用；二是平台的业务无关性。前者保证了整个业务系统的层次划分，和具体业务不相关的功能，应放置到平台层面，使得应用系统能够重点关注自身的业务逻辑，而不必关心通用功能或底层功能；而后者则保证了平台的支撑作用。一般来说，平台应满足开闭原则（OCP），即对扩展开放，对修改关闭。平台一旦完成之后，不应该随着上层应用的变动而频繁、大规模地修改自身。但同时，平台必须保证其开放性，即在一定的范围内，能够通过扩展自身实现对各种新的业务进行支撑。

1.2 物联网平台设计的误区

在采用“平台+应用”的建设策略时，平台的建设往往存在两个误区：

（1）试图建设一个能够支持所有物联网业务或某一行业所有业务的平台

这种平台的建设策略，是希望能够支撑尽可能多的具体业务。一般来说，在物联网项目的整体建设中，都希望能够规划出这样一个平台，一方面，使得上层应用能够尽可能专注于自身业务逻辑的开发；另一方面，也希望借着本次或本期项目的建设，能够为后续新业务的扩展，奠定一个平台基础。但事实上，试图建设一个能够支持尽可能多的业务的平台，往往导致该平台只能完成最基本的一些服务。为了能够尽可能实现通用，平台会逐渐削弱自己，越来越多的功能被上移到应用层，最终仅保留了最底层的服务，从而失去了平台的支撑作用。

（2）平台过分参与了业务应用

这种误区会造成了一个应用对一个平台的结果。这种架构，固然对于系统层次划分、合作开发等方面有所帮助。但它削弱了平台的通用支撑作用，使得平台对后续扩展的支持变得很差。同时，在实际开发中，哪些功能放到应用中，哪些功能放到平台中，成为一个棘手的问题，稍不留神就会打乱集成系统的体系结构，最终使得平台成为一个有名无实的组件。

针对上述问题，本文提出了基于SOA的物联网平台开发策略，用以解决平台建设过程中的种种问题。后文将具体描述基于SOA的物联网平台开发策略。

2 基于SOA的物联网平台建设策略

2.1 物联网平台的组成

物联网业务涵盖的范围非常广，开发一个能够支撑所有应用的物联网平台是不现实的。但从行业的角度来说，每个行业内部各种具体的业务还是具有一定的共性，能够将这些共同的东西沉淀到平台中。以智能物流行业为例，我们提出物流行业的物联网平台，应当包含如下的组件，具体如图1所示。

该平台需要承担8个方面的作用：

（1）支撑作用：平台需要提供应用依赖的基础组件库，包括报表、日志、权限、工作流、安全等组件。

（2）统计分析作用：平台需要提供统计分析功能，用于分析商品流通数据、物流运输异常记录等，主要提供给税收和海关等政府部门。

（3）数据中心作用：平台需要提供数据中心的作用，存储和维护行业数据和管理数据。

（3）数据采集作用：平台需要提供统一的数据采集与转换功能，实现对下层具体数据采集设备的屏蔽，即一个综合采集中间件。

（5）决策支撑作用：平台需要提供决策支撑作用，用于指导行业的正规运营。

（6）企业管理作用：平台需要提供企业管理的功能，对企业加入物联网运营、获取物联网资源等提供指导和管理。

（7）门户作用：平台需要提供门户作用，对外发布政策法规、行业情况以及其他信息服务，也可以提供用户注册和资源下载等服务。

（8）运维作用：系统运维，主要是设备的远程维护和管理。

图1 物联网平台应当包含的组件图

2.2 基于SOA的平台组织

在SOA体系中，处于核心位置的基础设施是企业服务总线（ESB），所有的功能点以服务的形式向ESB注册，由ESB来提供基于标准的连接服务，包括动态查找、选择服务、消息传递、路由及转换、协议转换等。

显然，采用了SOA之后，基础设施（如ESB）已经构成了相比“物联网平台”更加底层的平台。因此，从SOA体系来看，“平台”服务与“应用”服务可以等同起来，都仅仅是SOA架构中的平级服务而已，从而解决了平台扩展性与业务支撑上面的矛盾。基于SOA的物联网业务体系结构如图2所示。

图2 基于SOA的物联网业务体系结构

而对于每个组件（或系统）来说，也通过SOA的架构来进行整合。从逻辑上讲，整个系统构成一个ESB级联的结构，在实际实施时，根据项目需要，也可以考虑只部署一套ESB系统。

这种组织方式，可成功实现平台的OCP原则。下面以数据采集中间件为例论述该架构的开放扩展特性。

对于物联网系统来说，数据采集层是重要的一层，是各类上层业务的基础。对于物流行业来说，常见的数据采集方式有RFID、条码、GPS、抓拍识别等。数据采集体系建设上，往往涉及基础设施建设、设备架设施工。因此，采集层设备稳定性较高，一般来说只可能出现新增采集设备或采集方式，不大可能出现大规模整体方案替换的场景，最多也就是逐步演进。因此，可以说采集中间件部分是相对稳定的。

基于SOA的采集中间件体系如图3所示。

图3 基于SOA的采集中间件体系

在综合采集中间件系统中，各个设备的驱动、中间件自身业务、外部访问接口等，都以服务的方式构建，并挂载到子系统内部的ESB上。各个部分的扩展性支撑机制如下：

（1）设备驱动服务

每个设备驱动应包含设备的链路维护、通信协议、原始数据收集等功能。当增加一种新的设备到系统时，只需要增加对应的设备驱动服务即可。

（2）中间件自身业务服务

中间件自身应包含一部分的数据转换、过滤、分组、去重等业务。这些业务也通过服务的形式发布到ESB上，由ESB负责将对应设备驱动服务产生的数据路由到对应的中间件业务上。

（3）外部访问接口服务

经中间件处理后的数据，应以统一的方式上报给上层业务。数据访问接口是连接中间件自身ESB和大系统ESB的门户（如果物理上无ESB级联，则外部访问接口只起到逻辑上的作用）。由ESB负责将处理好的数据路由到对应的发布接口。随着后续业务的增多，当需要新的接口形式时，可以扩展或增加新的外部接口服务。

由此可见，基于SOA的体系成功适应了物联网平台的扩展性和支撑性要求。实践证明，这种架构能够使得物联网平台的体系更加清晰，为后续深入和扩展打好基础。

2.2 物联网平台的部署

由于SOA架构天生就适应了分布式的部署方式，它使得物联网平台能够跟随实际项目的要求进行更加灵活的部署，总体来说，可以存在两种部署方式：

（1）与应用结合的部署方式

对于规模较小、业务较单一的项目，可以采用这种方式。即“一个平台-一个应用”的方式。这种部署方式下，物联网平台不独立运营，而是与应用一起发布到一台服务器，或一个小型服务器集群上。可以考虑选用较为轻量级的ESB产品来进行整合。服务间的相互调用，宜采用各种轻量级的调用方式，甚至本地调用，服务注册等功能（如UDDI）可以省去。这种部署方式同样保留了SOA的种种优势，同时不会使得整个系统变得过分臃肿。

（2）独立运营的物联网平台

对于大型业务，后续扩展可能性较大的项目，宜采用独立运营物联网平台的方式进行部署。物联网平台单独运营于一个服务器集群之上，并由专门的运营团队进行日常维护。物联网平台除保证完善的支撑业务功能外，还要实现完善的安全机制和服务注册机制。所有外部服务（具体业务应用）通过完善的远程调用机制（如Web Service）来实现与平台服务或其他外部应用服务的交互。

综上所述，基于SOA的物联网平台是非常灵活的，能够实际项目特点，选择合适的部署方式。同时，两种部署方式也能够方便地进行转换。

3 结 语

本文结合相关经验，对基于SOA的物联网平台设计进行了详细讨论，以物流行业综合采集中间件为例，讨论了物联网平台扩展性与支撑性通过SOA的实现策略。为各类物联网项目的建设，提供了一定的经验参考。

参考文献

[1]毛新生. SOA原理、方法、实践[M]. 北京：电子工业出版社，2007.

[2]中国物流产品网. 物联网技术在物流业的应用现状与发展前景[J/OL]. [2011-11-01]. http：//www.56products.com/News/2010-11-1/K6CDHBGCBAG741C4828.html.

[3]张智文. 射频识别技术理论与实践[M]. 北京：中国科学技术出版社，2008.

[4] Nicolai M.Josuttis. SOA in Practice： The Art of Distributed System[M]. OReilly Media，2007.

[5]吴晓钊，王继祥. 物联网技术在物流业的应用[J].物流技术与应用， 2011（2）：52-56.

对于物联网系统来说，数据采集层是重要的一层，是各类上层业务的基础。对于物流行业来说，常见的数据采集方式有RFID、条码、GPS、抓拍识别等。数据采集体系建设上，往往涉及基础设施建设、设备架设施工。因此，采集层设备稳定性较高，一般来说只可能出现新增采集设备或采集方式，不大可能出现大规模整体方案替换的场景，最多也就是逐步演进。因此，可以说采集中间件部分是相对稳定的。

基于SOA的采集中间件体系如图3所示。

图3 基于SOA的采集中间件体系

在综合采集中间件系统中，各个设备的驱动、中间件自身业务、外部访问接口等，都以服务的方式构建，并挂载到子系统内部的ESB上。各个部分的扩展性支撑机制如下：

（1）设备驱动服务

每个设备驱动应包含设备的链路维护、通信协议、原始数据收集等功能。当增加一种新的设备到系统时，只需要增加对应的设备驱动服务即可。

（2）中间件自身业务服务

中间件自身应包含一部分的数据转换、过滤、分组、去重等业务。这些业务也通过服务的形式发布到ESB上，由ESB负责将对应设备驱动服务产生的数据路由到对应的中间件业务上。

（3）外部访问接口服务

经中间件处理后的数据，应以统一的方式上报给上层业务。数据访问接口是连接中间件自身ESB和大系统ESB的门户（如果物理上无ESB级联，则外部访问接口只起到逻辑上的作用）。由ESB负责将处理好的数据路由到对应的发布接口。随着后续业务的增多，当需要新的接口形式时，可以扩展或增加新的外部接口服务。

由此可见，基于SOA的体系成功适应了物联网平台的扩展性和支撑性要求。实践证明，这种架构能够使得物联网平台的体系更加清晰，为后续深入和扩展打好基础。

2.2 物联网平台的部署

由于SOA架构天生就适应了分布式的部署方式，它使得物联网平台能够跟随实际项目的要求进行更加灵活的部署，总体来说，可以存在两种部署方式：

（1）与应用结合的部署方式

对于规模较小、业务较单一的项目，可以采用这种方式。即“一个平台-一个应用”的方式。这种部署方式下，物联网平台不独立运营，而是与应用一起发布到一台服务器，或一个小型服务器集群上。可以考虑选用较为轻量级的ESB产品来进行整合。服务间的相互调用，宜采用各种轻量级的调用方式，甚至本地调用，服务注册等功能（如UDDI）可以省去。这种部署方式同样保留了SOA的种种优势，同时不会使得整个系统变得过分臃肿。

（2）独立运营的物联网平台

对于大型业务，后续扩展可能性较大的项目，宜采用独立运营物联网平台的方式进行部署。物联网平台单独运营于一个服务器集群之上，并由专门的运营团队进行日常维护。物联网平台除保证完善的支撑业务功能外，还要实现完善的安全机制和服务注册机制。所有外部服务（具体业务应用）通过完善的远程调用机制（如Web Service）来实现与平台服务或其他外部应用服务的交互。

综上所述，基于SOA的物联网平台是非常灵活的，能够实际项目特点，选择合适的部署方式。同时，两种部署方式也能够方便地进行转换。

3 结 语

本文结合相关经验，对基于SOA的物联网平台设计进行了详细讨论，以物流行业综合采集中间件为例，讨论了物联网平台扩展性与支撑性通过SOA的实现策略。为各类物联网项目的建设，提供了一定的经验参考。

参考文献

[1]毛新生. SOA原理、方法、实践[M]. 北京：电子工业出版社，2007.

[2]中国物流产品网. 物联网技术在物流业的应用现状与发展前景[J/OL]. [2011-11-01]. http：//www.56products.com/News/2010-11-1/K6CDHBGCBAG741C4828.html.

[3]张智文. 射频识别技术理论与实践[M]. 北京：中国科学技术出版社，2008.

[4] Nicolai M.Josuttis. SOA in Practice： The Art of Distributed System[M]. OReilly Media，2007.

[5]吴晓钊，王继祥. 物联网技术在物流业的应用[J].物流技术与应用， 2011（2）：52-56.

对于物联网系统来说，数据采集层是重要的一层，是各类上层业务的基础。对于物流行业来说，常见的数据采集方式有RFID、条码、GPS、抓拍识别等。数据采集体系建设上，往往涉及基础设施建设、设备架设施工。因此，采集层设备稳定性较高，一般来说只可能出现新增采集设备或采集方式，不大可能出现大规模整体方案替换的场景，最多也就是逐步演进。因此，可以说采集中间件部分是相对稳定的。

基于SOA的采集中间件体系如图3所示。

图3 基于SOA的采集中间件体系

在综合采集中间件系统中，各个设备的驱动、中间件自身业务、外部访问接口等，都以服务的方式构建，并挂载到子系统内部的ESB上。各个部分的扩展性支撑机制如下：

（1）设备驱动服务

每个设备驱动应包含设备的链路维护、通信协议、原始数据收集等功能。当增加一种新的设备到系统时，只需要增加对应的设备驱动服务即可。

（2）中间件自身业务服务

中间件自身应包含一部分的数据转换、过滤、分组、去重等业务。这些业务也通过服务的形式发布到ESB上，由ESB负责将对应设备驱动服务产生的数据路由到对应的中间件业务上。

（3）外部访问接口服务

经中间件处理后的数据，应以统一的方式上报给上层业务。数据访问接口是连接中间件自身ESB和大系统ESB的门户（如果物理上无ESB级联，则外部访问接口只起到逻辑上的作用）。由ESB负责将处理好的数据路由到对应的发布接口。随着后续业务的增多，当需要新的接口形式时，可以扩展或增加新的外部接口服务。

由此可见，基于SOA的体系成功适应了物联网平台的扩展性和支撑性要求。实践证明，这种架构能够使得物联网平台的体系更加清晰，为后续深入和扩展打好基础。

2.2 物联网平台的部署

由于SOA架构天生就适应了分布式的部署方式，它使得物联网平台能够跟随实际项目的要求进行更加灵活的部署，总体来说，可以存在两种部署方式：

（1）与应用结合的部署方式

对于规模较小、业务较单一的项目，可以采用这种方式。即“一个平台-一个应用”的方式。这种部署方式下，物联网平台不独立运营，而是与应用一起发布到一台服务器，或一个小型服务器集群上。可以考虑选用较为轻量级的ESB产品来进行整合。服务间的相互调用，宜采用各种轻量级的调用方式，甚至本地调用，服务注册等功能（如UDDI）可以省去。这种部署方式同样保留了SOA的种种优势，同时不会使得整个系统变得过分臃肿。

（2）独立运营的物联网平台

对于大型业务，后续扩展可能性较大的项目，宜采用独立运营物联网平台的方式进行部署。物联网平台单独运营于一个服务器集群之上，并由专门的运营团队进行日常维护。物联网平台除保证完善的支撑业务功能外，还要实现完善的安全机制和服务注册机制。所有外部服务（具体业务应用）通过完善的远程调用机制（如Web Service）来实现与平台服务或其他外部应用服务的交互。

综上所述，基于SOA的物联网平台是非常灵活的，能够实际项目特点，选择合适的部署方式。同时，两种部署方式也能够方便地进行转换。

3 结 语

本文结合相关经验，对基于SOA的物联网平台设计进行了详细讨论，以物流行业综合采集中间件为例，讨论了物联网平台扩展性与支撑性通过SOA的实现策略。为各类物联网项目的建设，提供了一定的经验参考。

参考文献

[1]毛新生. SOA原理、方法、实践[M]. 北京：电子工业出版社，2007.

[2]中国物流产品网. 物联网技术在物流业的应用现状与发展前景[J/OL]. [2011-11-01]. http：//www.56products.com/News/2010-11-1/K6CDHBGCBAG741C4828.html.

[3]张智文. 射频识别技术理论与实践[M]. 北京：中国科学技术出版社，2008.

[4] Nicolai M.Josuttis. SOA in Practice： The Art of Distributed System[M]. OReilly Media，2007.

[5]吴晓钊，王继祥. 物联网技术在物流业的应用[J].物流技术与应用， 2011（2）：52-56.