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

一種基于云平臺的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)開發(fā)設(shè)計隨著物聯(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)的運營中，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)合云平臺的技術(shù)，設(shè)計一種基于云平臺的物聯(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

對于物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)的設(shè)計與開發(fā)，主要需求如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的無縫傳輸、接收和監(jiān)測，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)分析對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行監(jiān)控、維護和故障處理。

（3）設(shè)備管理。對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理，實現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一管理、實時監(jiān)控和故障分析。

（4）賬戶管理，實現(xiàn)系統(tǒng)中用戶的身份認證和權(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）云計算技術(shù)：通過云計算的技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸、存儲、處理和管理。

（2）大數(shù)據(jù)技術(shù)：對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行分類、整理、分析和處理，識別設(shè)備的故障和異常。

（3）M2M技術(shù)：實現(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)計與實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

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


圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2系統(tǒng)的詳細設(shè)計

（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，進入系統(tǒng)的主界面。主界面主要分為兩個部分，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，用戶可以對設(shè)備進行控制、參數(shù)修改、故障查詢和維護。數(shù)據(jù)展示區(qū)域以圖表形式展示出設(shè)備傳輸?shù)膶崟r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）后臺管理

本系統(tǒng)的后臺管理使用云計算平臺，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、處理和管理。在數(shù)據(jù)的存儲方面，使用云存儲技術(shù)將數(shù)據(jù)存儲到云平臺的存儲設(shè)備中。在數(shù)據(jù)的處理方面，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對收到的數(shù)據(jù)進行分類、整理、分析和處理，提取出有用的信息，生成報表和圖表。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)，實現(xiàn)設(shè)備之間的通訊。通過Gateway設(shè)備對接云平臺，設(shè)備和云平臺之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，可以實現(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)的實現(xiàn)與測試

本系統(tǒng)針對系統(tǒng)的需求分析進行實現(xiàn)和測試，并進行了以下幾組測試。

3.1單元測試和集成測試

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

3.2功能測試

對本系統(tǒng)的功能進行測試，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。對于設(shè)備管理功能，測試是否能對設(shè)備進行控制、參數(shù)修改、故障查詢和維護；對于數(shù)據(jù)上傳功能，測試是否能實現(xiàn)設(shè)備和云端之間的雙向傳輸；對于數(shù)據(jù)展示功能，測試是否能實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)展示和歷史數(shù)據(jù)查詢；對于數(shù)據(jù)處理功能，測試是否能對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行分類、整理、分析和處理，并提取出有用的信息；對于故障分析功能，針對設(shè)備故障，能否進行故障診斷和分析。

3.3性能測試

對本系統(tǒng)進行性能測試，主要測試系統(tǒng)的并發(fā)性和吞吐量。并發(fā)測試使用ApacheJMeter工具模擬多個用戶同時訪問系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)響應(yīng)時間和吞吐量的情況下，驗證系統(tǒng)的并發(fā)訪問數(shù)量。吞吐量測試使用LoadRunner工具進行測試，驗證系統(tǒng)的處理能力和響應(yīng)時間。

3.4安全測試

對本系統(tǒng)進行安全測試，主要測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全和權(quán)限管理。其中數(shù)據(jù)安全測試主要測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲的安全性；權(quán)限管理測試主要測試系統(tǒng)的用戶身份認證和權(quán)限控制，驗證只有有權(quán)用戶才能訪問系統(tǒng)的敏感數(shù)據(jù)。

四、系統(tǒng)的評估

本系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于云平臺的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無縫傳輸、接收和監(jiān)測，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，可以達到較好的效果。

但是，在實際應(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、功能擴展、數(shù)據(jù)可靠性和易用性等方面，還需要進行進一步的優(yōu)化和完善。

五、總結(jié)

本文結(jié)合云平臺的技術(shù)，設(shè)計一種基于云平臺的物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)。通過文中對系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)、系統(tǒng)的測試等方面的講解，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，隨著科技的發(fā)展，將有更加完善的解決方案推出，對于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，仍需加強，并不斷探索，取得更進一步的成果。本文將圍繞著物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，進行分析和總結(jié)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用現(xiàn)狀，提出一些思考和展望。

一、物聯(lián)網(wǎng)市場和用戶規(guī)模

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

1.1市場規(guī)模

物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模不斷擴大，預(yù)計在未來幾年內(nèi)將會保持高速增長。

據(jù)國際市場研究機構(gòu)Gartner的數(shù)據(jù)顯示，2017年全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模為1.58萬億美元，較2016年增長成倍。預(yù)計到2020年，全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達到1.74萬億美元，市場規(guī)模呈高速增長趨勢。

同時，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)市場也在不斷發(fā)展。據(jù)工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)，中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模已從2012年的約500億元增長至2019年的1.5萬億元。預(yù)計到2020年，中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(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大，預(yù)計未來將繼續(xù)增長。

據(jù)統(tǒng)計，到2025年，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接數(shù)量將達到近58億個，其中物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)備數(shù)量增長最快，預(yù)計到2025年將達到22億個。同時，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。

而中國的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量也在不斷增長，據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全公司360發(fā)布的《2018年中國物聯(lián)網(wǎng)安全發(fā)展與趨勢報告》顯示，截至2018年底，中國物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備總數(shù)已經(jīng)達到17.61億個，其中包括智能家居、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)等多個領(lǐng)域。預(yù)計到2020年，中國物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達到30億個左右。

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、貨物追蹤和倉儲管理等方面。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)對貨物的始發(fā)地、承運商、路線、到貨時間進行實時跟蹤，提升物流效率、降低物流成本、提高貨物安全性。

據(jù)國家郵政局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年“雙11”期間，全國快遞業(yè)務(wù)量達到22.58億件，較2018年增長約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。智能家居可以實現(xiàn)對家庭設(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，中國智能家居市場規(guī)模達232.6億人民幣，同比增長超過33%。預(yù)計到2021年，中國智能家居市場規(guī)模將達到469.1億人民幣，市場規(guī)模呈高速增長。

2.3智慧城市領(lǐng)域

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

據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）預(yù)測，到2020年，全國將有100個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)國際市場研究機構(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)的市場規(guī)模將從2016年的80億美元增長到2021年的1280億美元，復(fù)合年增長率達到50.2%。

三、發(fā)展趨勢和挑戰(zhàn)

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢和前景對于行業(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

未來，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)霈F(xiàn)以下發(fā)展趨勢：

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

（2）5G技術(shù)的普及將加速物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，實現(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)、云計算等技術(shù)的結(jié)合將實現(xiàn)更加深層次的智能化應(yīng)用；

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