图解物联网---物联网服务的系统开发

摘要:
物联网系统化就是应用传感器等各类设备来形成一个持续解决问题的机制。对物联网服务而言,系统的主体是设备,因此在进行系统开发时,也有一些是设备方面需要留意的地方而1、物联网系统开发的问题物联网服务需要多方面的知识。因为物联网服务的主体是由设备进行的感测和反馈,如果设备无法完成目标动作,那么系统本身也就不能成立。

物联网系统化就是应用传感器等各类设备来形成一个持续解决问题的机制。也就是说,不只用传感器进行测量,还通过对测量数据的监测和分析来发现能量损耗,预测机器故障,从而创造出新的信息和价值。

对物联网服务而言,系统的主体是设备,因此在进行系统开发时,也有一些是设备方面需要留意的地方而

1、物联网系统开发的问题

图解物联网---物联网服务的系统开发第1张

物联网服务需要多方面的知识。除了在服务器端运行的应用程序外,还需要掌握构成设备的硬件、嵌入式软件、连接设备与传器的网关、无线通信技术和网络等多方面的知识。

2、物联网系统开发的特征

在开发物联网服务时有一点不能忘记,即“物联网服务是一种包含设备的服务”。

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  • 易于增加所管理设备的数量和设置地点的数量

物联网服务由传感器终端等多台设备及集合这些设备的网关终端构成。

例如在办公大楼或是商业楼层中,对温度、湿度、二氧化碳浓度等进行环境感测时,楼层的场所不同,测量到的值也有差异,因此不能光感测楼层的某一处,还要对多个场所进行感测,这样一来就需要在一个房间里设置数个传感器终端。

  • 设置在人们平时无法触及的地方

办公室和商业设施里的设备和网关大多都设置在平时人们无法触及的屋顶或者墙壁等处,因此应用这些设备并不容易。如果要更换设置场所或变更终端内的软件,不仅需要请求设备管理者进行更换,还需要与设置场所的管理人员协调日程,有些情况下还需要跟承包商进行协调。

  • 存在无线通信部分

一般来说,相较有线通信而言,无线通信的通信品质较低,设备有可能会因为障碍物的设置等现场环境的变化而连接不上通信线路,线路也有可能会因为周边无线电波的干扰而变得不稳定。

图解物联网---物联网服务的系统开发第3张

3、验证假设阶段

此阶段进行的是效果验证和技术验证,效果验证通过构建小规模的原型和导入服务来验证,技术验证的目的则是实现物联网服务。

效果验证是物联网设备感测到的数据,分析创造出的信息是否拥有与成本相符的价值。技术验证则针对的是构成物联网服务的服务器和设备,尤其对于设备,一定要事先仔细验证。因为物联网服务的主体是由设备进行的感测和反馈,如果设备无法完成目标动作,那么系统本身也就不能成立。

在验证假设阶段需要谨慎地选择传感器终端等设备。我们将此阶段的实施要点归纳为以下几点。

选定设备

  • 整理设备需求
  • 调查、调配、试作设备,验证设备的运行情况
  • 设计设备的设置
  • 设计设备的维修与使用

服务的原型开发与使用

  • 选定运营商网络
  • 开发网关和服务器端系统的原型
  • 从设备和系统的测试运行中提炼问题

验证导入效果

  • 验证传感器和驱动的导入效果

4、系统开发阶段

此阶段基于验证假设环节的原型开发和验证结果来调配在实际环境中将要用到的设备,以及进行服务器端系统的开发。特别是,在使用服务的过程中很有可能要追加设备和设置地点,或是涉及获取数据的存储容量和存储时间等数据使用方面的内容,所以非常有必要跟多个利益相关方进行磋商。如果要把在事先验证阶段构建的原型按原样扩大,那么就需要在事先验证阶段就预见原型在实际环境下的运行,确保系统的品质,设计出一个易于追加设备的系统。

5、维护应用阶段

在物联网服务的应用中,除了信息系统,还要运用并管理设置设备和网关终端。

如下所示,在应用管理设备的过程中不仅要监测和修复设备异常,如下所示,在应用管理设备的过程中不仅要监测和修复设备异常,

  • 监测设备的状态、变更设置、修理或更换设备
  • 追加新设备
  • 监测系统状态
  • 运用积累的数据
  • 采集和应用数据

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6、楼层环境监控系统

  • 系统概要

首先要为大家介绍的是旨在提升以办公室为主的职场环境的舒适度,对楼层环境进行监控的系统(图5.4)

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在房间里设置无线环境传感器,实时采集数据,并将测量数据可视化,这就是监控负责的内容。可视化会成为我们根据测量结果来作出判断的依据,如在Web 页面上显示数据,根据测量状况控制LED 照明。
具体的监控内容如下所示。
● 测量楼层内的温度以调整空调设置
● 测量不适指数以预防流感
● 测量二氧化碳浓度以防止注意力下降
● 测量厕所单间门口的排队状况以削减排队上厕所的时间

测量楼层内的温度以调整空调设置
办公室的空调温度夏天最好设置为28℃,冬天则设置在22℃为宜。然而即使设置在28℃,实际上有时室温也会超过28℃而让人感觉到热,另外室温也会根据座位的位置而有所不同,因此需要定量测量楼层环境的室温,将测量结果可视化。
测量不适指数以预防流感
每年从深秋转入初冬这段时期,都是一个流感多发的时期,员工有可能会患上流感。因此需要根据温度和湿度计算出不适指数,由于这个指标与流感易感性之间有联系,所以可以运用它持续监控不适指数,一旦超过阈值就发出警报,并要求予以应对。
测量二氧化碳浓度以防止注意力下降
从提升工作效率的观点来看,二氧化碳浓度和人的注意力之间也存在着一定的关系。据美国研究团队实验认定,二氧化碳浓度超过1000 ppm时人的思考能力就会下降,达到2500 ppm 时思考能力则会明显下降。此外,厚生劳动省A 制定的建筑物环境卫生管理基准也提倡房间内的二氧化碳浓度以不超过1000 ppm 为宜。因此我们用二氧化碳浓度传感器来监控了房间中二氧化碳的浓度。在楼层和房间这种密闭空间内,人会不断呼出二氧化碳,从而导致二氧化碳的浓度不断上升。由测量值可知,二氧化碳的浓度会根据办公室内的人数和换气设备的运行情况而产生变化
(图5.5)。因此二氧化碳浓度偏高时,监控系统就会提醒人们注意换气。

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测量厕所隔间的排队状况以削减排队上厕所的时间
就改善职场环境方面,这里搜集了一些意见,其中有人抱怨男厕所隔间要排很久队。停下工作(从座位上站起来)去上厕所时,如果所有厕所隔间都有人在用,就只能回到自己的座位上等会儿再去,这样就白跑了一趟。就白跑这一趟倒无所谓,不过要是连续多次在座位和厕所之间往返,那就不仅浪费了很多时间,还会让人感到压力很大。如果先用开关传感器来测量厕所的排队状态,再把厕所当前的排队状况反映到Web 上,同时相应控制LED 照明,这样一来,不用打开浏览器就能实时从视觉上感知当前的厕所排队状况。这个机制能节省在座位和厕所之间往返所浪费的时间,减轻往返所带来的压力。

  • 系统结构

本系统由环境传感器等无线设备、网关以及中心服务器构成(图5.6)。

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设备终端包括传感器终端、温湿度传感器终端、二氧化碳传感器终端、开关门传感器终端以及红外线传感器终端,驱动机器包括LED 照明。网关终端采集了各传感器终端的数据,同时具备控制LED 照明的功能。
中心服务器由以下部分构成:消息队列,负责接收从网关发来的传感器数据;流处理部分,负责分解和处理接收到的数据;数据库,负责积累数据。虽然业务应用程序已经跟数据库实现了协作,但要做到用Web 页面实时显示,还需要用第2 章介绍的Publish/Subscribe 来连接数据库。此外,流处理阶段会把各个功能模块化,监控传感器数据,在一定条件下发出邮件通知等。

7、节能监控系统

  • 系统概要

接下来要介绍是对形形色色的设备进行节能状态监控的系统,其目的在于实现商业设施和办公室节能(图5.7)。

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本系统除了在东京都内的几十处场所设置了设备,还以西日本的办公室为对象设置了各种环境传感器,为实现各个设施的节能状况可视化,并达到节能目的,还实施了改善措施。例如,在商业设施里的各种场所设置传感器,测量楼层内局部区域的温度、湿度、电力。基于测量的数据,可以提早发现楼层内是否过冷或过热,同时还能通过耗电状况可视化及其对策来实现节能目的。另外,还会在办公室里测算楼层停留人数,并根据人数进行空调控制和换气控制,以达到最舒适的状态。
此外,为了横向分析各处的测算数据,本系统还在不断地将传感器数据采集到云端的服务器环境上。本系统还能在用户系统上对已采集的传感器数据加以分析,实现每处设施的耗电量可视化,提醒办公室员工注意,以及远程自动控制空调机。

  • 系统结构

本系统同5.3.1 节介绍的楼层环境监控系统相同,都是由各种环境传感器终端,以及采集这些终端的网关,还有中心服务器构成的(图5.8)。

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传感器终端方面使用了温度传感器终端、二氧化碳传感器终端,以及气压传感器和电力传感器。
中心服务器由负责接收数据的数据接收部位,负责处理接收到的数据的处理部位,以及存储数据的数据库构成。就接收部位而言,网关终端到服务器之间的通信协议采用了HTTP 和Socket 等多种协议,一边吸收这些协议彼此之间的差异,一边与后续的数据处理部位协作。另外本系统从中心服务器处采集数据,并对设备发送控制命令,而已采集数据的分析则在用户服务器的系统上进行。因此就要经由一道手续(即应用程序编程接口,Application Programming Interface,API)来获取数据,
进行控制,以实现系统之间的协作。
应用管理方面,因为在本系统中,设备和网关设置在离管理者较远的位置,所以使用了远程设备管理功能。借助此功能,管理者不必赶到现场,就能在发生故障时确认网关的设置数值和日志信息,进行软件更新。

8、设备

  • 设备的选择

在物联网服务中,设备的选择是至关重要的。根据设备的特征不同,有做得到也有做不到的事,所以事先一定要切实明确目的,选择能够帮助我们达成目的的设备。

传感器的特征

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然后,我们从各种传感器中选择了距离、开关门、运动(人体感知)这3 种传感器,它们实时性强、简单又便宜。我们采用这3 种传感器进行了试验,结果表明:人在厕所内的动作出乎意料地少,所以运动(人体感知)传感器检出率低,又因为距离传感器只能测量点,所以很难选择设置场所。至于开关门传感器,它会在无人使用厕所时准确地开启厕所门,在有人使用厕所时关闭厕所门,能够实时且精确地检测出厕所当前的使用状况,所以最终我们决定使用开关门传感器。

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就这里的案例而言,为了能把传感器终端设置在厕所门上,又基于无线接口和应用方面的考虑,我们选择了带有自主电源的传感器终端。另外,这种传感器终端具备可扩展性,当对象数量增加时,可以轻松进行追加。而且除了开关门传感器,还具有温湿度传感器和红外线传感器等阵容,这种应用的灵活性也是其一大优势。

测量误差
在使用传感器终端时,需要在理解传感器使用的测量方法的基础上,留意传感器的测量误差和错误判断。例如在查看温度传感器终端的说明书时,环境规格和测量规格一栏里写着:“周边温度:-10℃ ~+ 80℃;测量范围:-10℃ ~+ 80℃;测量精确度:±0.5℃。”也就是说用这台传感器终端测定为25℃时,实际温度则在24.5℃到25.5℃之间。因此在应用程序上使用测量得到的温度数据时,要时刻提醒自己,这个数据存在测量误差。
除了前面提到的传感器,人体感知传感器也可以检测出人的存在,但并不是在任何状态下都能够检测成功。像无源型红外线传感器等是通过红外线来感知的,当感知范围内有与周边温度不同的物体运动时,传感器就会启动(图5.9)。因此,在感知范围内,如果产生热量(红外线)的物体(人或动物)不运动,或是物体的动作太细微,无法传达到感知轴时,传感器就无法检测出物体的存在。

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因为每种传感器的检测机制都不同,所以大家不仅要选择传感器终端,还需要掌握传感器终端内组装的传感器的机制,检查其是否能成功对测量对象进行测量。

  • 设备的设置

因为物联网系统需要在各种各样的场所设置小型设备,所以设置时还需要留意设置场所。在此就来讲解一下设置设备时需要注意的内容,即设计配置、设置场所以及设置环境。

设计配置
通过改变设备和网关终端的配置设计,可以节省导入费用和应用成本。网关终端具有高性能,并配备多种多样的功能(如连接运营商网络的功能等),因此大多数情况下价格要比传感器终端昂贵。除此之外,从应用方面来考虑,连接到服务器端系统的终端越多,系统在管理上就更费事儿。
因此,一般来说设计配置时都要尽量用传感器终端构成的传感器网络来采集传感器终端,同时尽力减少网关终端的数量(图5.11)。但是传感器终端输出的无线电波较弱,在开阔无障碍的地方信号就比较好,而在房间和走廊之间这种存在铁门的地方信号就难以通过。这种情况下就需要采用分割传感器网络来增加网关终端的方法。另外,在设计配置时要好好熟悉楼层地图,事先整理好设备信息和设备位置信息。

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  • 参数设置

传感器终端的数据获取间隔越短,能够采集到的数据也就越多。因此从使用传感器终端的立场出发,人们往往会把感测间隔设置得较短。然而需要大家注意的是,感测间隔和数据的发送频率还会影响维修的频率。为了能在各种场所大批量设置,大体上物联网设备都遵循着小型、无线通信、电池驱动的原则。近年来也不断涌现出一批新型终端,例如“能量采集”(energy harvesting),这种终端具备自主电源,能实现设备自身发电。然而仍旧有大部分物联网设备是靠电池驱动的。从耗电的角度来看,设备电池电量大部分都消耗在感测和无线发送数据上(图5.12)。感测频率越高,耗电也就越严重,这样一来更换电池的频率就会加快。因此各位需要考虑到更换电池的频率,根据各种条件设计一个合适的感测及发送周期。

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传感器网络的设置
使用传感器终端的传感器网络时,需要规定让传感器网络运行的参数。
这里需要注意传感器网络的网络ID,也有人称其为组ID 或者采用其他叫法,不过这些叫法指的都是专门识别传感器网络的ID。只要把所有的网络ID 都设成相同值,就能够减少初期导入或是追加和更换终端时的设置成本。然而如果存在数台具备接收器的网关终端,这些接收器就会接收到同样的数据,其结果就是传感器端的数据会重复(图5.13)。这种时候就需要采取一些应对措施,例如白名单方式,即在网关终端内读取传感器ID,只接收那些在允许接收名单里的传感器数据。

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如果给每个网关终端都分别设置一个ID,虽然可以避免数据重复,但每导入一次,就要设置一次传感器终端,很费时间,而且还需要管理这些ID。
此外,刚才提到的楼层监控案例是把前面说的两种方法组合起来进行管理的,即给每个网关终端设置不同的网络ID,同时再通过设置白名单来防止非法访问。

9、处理方式设计

应用和维护物联网系统时,如果系统中有设备,那么往往会面对一些状况,例如新设备追加、数据量增多、无线干扰等。如果在系统开发初期不对这些状况加以考虑就进行设计,一旦遇上情况就难以扩展设备,事情就会变得非常棘手。因此,这里将基于物联网系统的实际应用状况,为大家说明事先应该掌握的处理方式。
●如何连接多种多样的设备
●如何处理负载,应对容量增加
●分散功能
●提高系统结构的牢固性

  • 如何连接多种多样的设备

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那么如何才能实现连接多种设备呢?处理的重点包括“分层化数据处理”及“在设备附近进行设备的相关处理”(图5.15)。

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具体来说就是在移交主处理时指定格式,并在上一轮处理中把接收到的数据转换成规定的数据格式。这样一来追加设备种类时就能不牵扯到共同处理的部分,只单独扩展和开发与设备相关的部分即可。
打个比方,假设我们需要往网关上追加连接一个新的传感器终端,此时我们不用扩展服务器上的接收和处理部分,只要在网关上识别新传感器的格式就能够进行存储处理和感知处理。如果服务器端也在追加格式时进行了扩展开发,那么服务器端就会进行回归测试,原本正常运行的数据处理进程也可能发生故障。

  • 如何应对接收数据量的增多

由于很多设备会连接到物联网服务的系统,所以通信量可能会增大。当发生终端数量增多、感测间隔变更这种情况时,不仅要在服务器方面做一些改善(例如改善传感器终端的电池寿命,保证网关终端的性能),还要在服务器端的系统上做一些处理,以应对那些增多的接收数据。

讨论接收和处理数据的方式

有一个方法能应付接收数据量的增多,就是把接收数据放入队列里。
如果在接收数据的处理完成前,网关和接收服务器都一直连接着,那么由于连接时间长,到达的数据量就会增多或是处理就需要花费一定时间,连接的空间就会不足,也会处理不完接收数据。这种时候就不要在接收数据的处理完成后再向网关返回响应,而要在接收数据并将其放入队列时返回响应,这样一来就能处理大量的接收数据了(图5.16)。那些存入队列的接收数据会在之后被处理服务器从队列中取出来进行处理。

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这个方法的优点包括可以缩短网关端的等待时间,增多能够处理的接收数据量。此外,处理部分中间又多了一道队列工序,因此接收功能和处理功能的模块性也得到了提升。这样就便于根据队列的容量增强处理服务器。

这个方法的缺点就是确认处理成功与否时需要再次进行访问。即使接收数据出错,处理服务器端处理失败,网关端也不会收到失败信息,因此就需要讨论再次发送等办法。

数据库的选择

因为数据库负责积累接收到的数据,所以接收数据量增多意味着我们还需要在数据库方面有所应对。具体来说就是提升数据库积累处理大量数据的性能,确保用于积累数据的数据库容量。

然而,物联网服务连接着大量设备,我们很难明确其极限所在。再说,用一台服务器处理,处理性能和容量方面也有限制。因此物联网服务的数据库在一般情况下(根据条件不同也会有所差异),需要具备可扩展性(易于向外扩展)、写入速度以及数据库模式的通用性。最后说的数据库模式的通用性用于应对以下情况:在存储多种设备的不同数据时,非结构化数据无法全部存入一开始设计的方案。

第2 章也介绍过数据库。数据库的类型多种多样,有RDB、KVS、文档型数据库、图形数据库等,它们各自有着不同的特征。其中主流的数据库有RDB 和分布式KVS,下面将通常会被比较的项目总结在了表5.3 中。

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数据库应用

一旦接收到的数据量增多,负责积累数据的存储空间容量也就需要相应增大。此时大家需要注意从应用程序访问数据库的时间的增加。如果积累的数据量不多,那么获取数据的时间和查找速度都不会有问题,但是如果积累的数据量变多,那么还可能会产生数据库访问速度变慢,应用程序变卡等问题(图5.17)。

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  • 分散功能

开发物联网系统时,多数情况下要把所有感测数据发送到中心,在中心内进行分析判断,把所有执行命令的功能采集到服务器。但是如果换成大规模的物联网系统,连接的终端数量可至上万,在服务器进行接

收处理可能会来不及。这种情况就需要像前面说的那样,在接收处理上下些工夫,还有就是把功能分散给设备及网关(图5.18)。

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  • 提高系统结构的牢固性

因为物联网系统大多用于无线通信,所以数据的可达性会降低。使用无线通信就意味着一旦通信路径上设置有墙壁和大楼等障碍物,无线电波就可能会受到妨碍,通信也就有可能会连不上,没准还会和周围的无线电波互相干扰从而导致线路不稳。

图解物联网---物联网服务的系统开发第22张

特别是在驱动时要多加注意,如果驱动器只会按照外部发来的指令运行,那么一旦无线通信中断,驱动器就会一直维持着上次运行结束时的状态。举个例子,假设通过控制LED 来反映人群的密度,当人群密度大时用红色表示,人逐渐减少后就用蓝色表示。但是由于无线电波状态的恶化,当驱动器接不到让其切换成蓝色的命令时,LED 就会一直是红色,显示结果就会出现错误除此之外,在控制机器人时,如果机器人接到了动作指令后却没有接到停止指令,那么它就会一直动下去。如果是小孩子拿来玩的机器人玩具也就一笑置之了,但要是大型机器人就可能会伤人。因此打算使用这种通过通信来运行的驱动器前,要事先想到通信中断时会发生的状况,最好将其设计成执行完一条指令后就恢复原状,或者是在信号中断时有一个固定的动作(例如关闭LED,停止机器人的电机等)。

另外,就远程控制而言,发出动作指令的一方基本没法知晓这个动作是否真的被执行了,所以设计时要考虑到如何向指令方传达动作执行结束的信息,或是如何用其他传感器来获取动作执行完毕的信息等。

10、网络

  • 提升通信效率

随着物联网系统的导入,通信成本也成为肉眼可见的数字被拿上了台面。通信成本主要来源于使用运营商线路时的线路费用,这跟参加的套餐也有关系,不过总归是用得越多费用也就越多的。

压缩数据

图解物联网---物联网服务的系统开发第23张

另外,通过延长上传传感器数据的时间间隔,可以增加每个压缩数据中包含的传感器数据的数量,这样一来就会比把数据先分割后再压缩并发送更有效率,能更高效地把数据上传到中心服务器。

选择协议

通过选择网关和服务器之间的通信协议,可以减轻给网关和服务器带来的负担,实现轻型通信,起到抑制通信量的作用。

HTTP 和MQTT,HTTP 协议的首部(header)比较大,而且每次发送数据都要发送一个数据包来连接/断开TCP,因此发送的数据越多,数据总通信量也就越大(图5.21)。而MQTT 的首部比较小,还能在维持TCP 连接的同时,进行下一次数据的收发,所以比起HTTP,它更能抑制数据总通信量。

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11、安全性

  • 安全性设计

风险分析

安全性设计的第一步是风险分析。关于风险分析的详细内容,相关的专业书都有提到,这里就不再赘述。大家只要明白风险分析中要做的就是明确要守护的资产和会存在的威胁,根据不同的威胁来决定什么更重要,以及要先做什么。

多层防御

在风险分析之后,就该针对预想到的威胁讨论安全性对策了。这个时候的重点就是多层防御这一思路(图5.22)。

多层防御指的是在多个层面执行安全性对策,即使一个层面被破坏了,也能在别的层面上守住。例如给主机安装最新版本的补丁以预防漏洞,这样即使防火墙被侵入了,也能降低主机被人占据的风险,即使有人通过非法访问盗走了文件,也能通过加密手段让对方无法读取文件内容,如此一来,我们就能从整体上提升安全性。

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  • 保护设备

在设备安全方面,从预防、检测和应用的角度出发,可以采用以下的安全性对策。

  • 预防
  • 检测
  • 应用

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  • 保护服务器端系统

要想保护服务器端系统,除了对一般的业务和信息系统实施安全性对策以外,还需要针对因连接设备而引发的安全风险来制定对策。

  • 网关设备的认证

在互联网上公开服务时,系统有可能被系统管理对象以外的网关终端非法访问。即使使用了专用线路,用户也可能自己随意设置网关终端。这种情况下由于存在非法网关终端,会发生处理负载增大,黑客利用安全漏洞进行非法访问这类问题,这有可能会影响数据处理,导致无法正常处理来自其他正常网关终端的数据。

对付这些问题就要采用网关设备认证的方法了。网关设备认证,即只允许在中心获得了认证的网关终端给中心发送数据,通过这种手段就能减少非法网关终端进行的访问,方法有很多,我们在这里举以下两种为例。

●使用中心端事先给出的 ID、密码及客户端证书认证

●利用动态方法,即由服务器端的管理者确认从网关发来的连接要求,在

管理者已经确认连接要求的基础上再批准连接不过如果网关上存有服务器的连接认证信息,那么大家不但要对设备自身执行安全性对策,同时还要记得讨论认证信息的应用(图5.24)。

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数据流量的监测和制约

非法网关设备的连接,传感器终端发送周期的变更,以及传感器终端数量上的增加都可能导致服务器接收到的数据量急剧增多。当已认证的网关终端发来数据,而数据只能在中心端被接受及处理时,如果数据量增多,那么再继续进行处理就会导致负载增大,还可能对其他的数据处理产生影响。为了应对这种情况,人们想出了控制流量这种办法,即对接收的数据进行流量监测,如果出现流量异常的情况,就不继续接收数据(图5.25)

图解物联网---物联网服务的系统开发第28张

  • 保护所采集数据的隐私

举个例子,如果对家中的电量数据进行观测,就会发现人不在家的时候耗电量会下降,人在家时耗电量则会上升。这类数据一方面可以帮助看管高龄人士,但另一方面,也发生过盗贼仅凭一台传感器就判断出家里无人,从而实施盗窃的案例。因此,在构建物联网系统时需要保护所采集数据的隐私(图5.26)。

图解物联网---物联网服务的系统开发第29张

在信道上进行数据隐藏

如果在通信路径上用明文(未加密的数据)进行通信,就会有可能被人偷看到通信的内容。特别是在网关至服务器之间,网关发送到中心的认证信息和传感器数据的内容都可能被第三者窃取,因此需要大家多加防范。

为了防止数据从通信路径泄露,需要采用像SSLA 和IPsecB 这些对信道加密的技术,对应用程序间的数据通信加密,对信道本身加密。除此之外,还可以利用设备运营商(通信服务业者)提供的专用网络服务。

保护所感测数据的隐私

物联网服务的应用和维护对象除了服务器上的系统以外,还包括设备和网关(表5.4)。应用方面包括监控设备和网关的连接状态和通信状态,以及设备自身的故障服务。维修方面则包括在系统发生故障时调查原因,以及增加设备种类的服务等。

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  • 日志设计

在检测到故障后的故障调查过程中,日志是必不可少的。这就需要从数据经过的设备、网关、服务器的各个构成要素中分别获取我们需要的每个主机操作系统和启动应用程序上的日志。如图5.27 所示,通过适当地输出日志,就能够顺利剖析故障,确定故障的位置和原因。

图解物联网---物联网服务的系统开发第31张

特别是对于网关终端而言,由于它是服务器系统和传感器网络系统的分水岭,所以成为了一把用来剖析系统故障的重要的利刃。如果将已连接的物联网设备的信息、接收到的传感器数据、线路的无线电波信息,以及发送到中心服务器的传感器数据的状态信息等保存成日志,就能在发生故障时顺利确定故障原因,判断是传感器接收的问题,还是3G 线路连接的问题。

接下来要说的是服务器。一般情况下只要进行传感器数据采集处理和设备的控制处理,各台服务器中就会输出日志。然而由于服务器端系统会接收到大量的传感器数据,所以每次处理时输出的日志体积都很大,眨眼间日志就溢出了。也有因设计问题而导致日志写入失败,从而应用程序停止的案例。因此在设计日志时,建议大家先考虑好物联网系统特有的日志容量和存储时间等因素。

  • 设备及网关的远程应用

在实际运用时就需要通过网络来实现对设备的远程管理功能(图5.28)。远程管理中包含远程设置参数、远程获取日志、远程上传应用及固件等功能。

远程管理的标准协议包括TR-069 和OMA LightweightM2M(LWM2M)等协议。在这些标准协议中,那些远程管理设备时需要的功能决定着管理服务器和设备之间的通信手段的框架A。因为它是一个框架,所以实际上利用这些协议进行远程管理时,就需要用到安装了这个框架的中间件,再根据框架在设备和服务器上实现各项功能。

图解物联网---物联网服务的系统开发第32张

打个比方,TR-069 使用SOAP 在设备与服务器间进行通信,定义的方法有获取能够利用的方法、获取及设置参数、重新启动以及上传等。要交换规定的通信,就要在利用中间件的基础上令某些部分(例如读取文件的具体路径,以及用于重新启动的命令等)依附于系统。

图解物联网---物联网服务的系统开发第33张

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上篇Texture(ASDK)、ComponentKit、LayoutKit、YogaKitusb驱动之打印usb设备信息(一)下篇

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网络拥塞是基于IP协议的数据报交换网络中常见的一种网络传输问题,它对网络传输的质量有严重的影响,网络拥塞是导致网络吞吐降低,网络丢包等的主要原因之一,这些问题使得上层应用无法有效的利用网络带宽获得高质量的网络传输效果。特别是在通信领域,网络拥塞导致的丢包,延迟,抖动等问题,严重的影响了通信质量,如果不能很好的解决这些问题,一个通信产品就无法在现实环境中正常...