引 言

物聯(lián)網是互聯(lián)網的延伸和拓展，是將各類信息傳感設備與互聯(lián)網結合而形成的一個巨大網絡 [1]，可實現(xiàn)在任何時間、任何地點，人、機、物的互聯(lián)互通。近年來，物聯(lián)網技術在智能家居、智慧交通、智能農業(yè)、智能安防、平安城市等領域應用廣泛，取得了許多重要成果。

基于物聯(lián)網技術的設備監(jiān)管系統(tǒng)已經廣泛用于對消防設備 [2]、通信設施 [3]、實驗設備 [4]、企業(yè)設備 [5] 等類型的設備進行監(jiān)管。通常情況下，物聯(lián)網設備管理系統(tǒng)具有設備檔案管理、設備使用管理、設備采購和庫存管理、跟蹤和定位、工作狀態(tài)監(jiān)視、查詢歷史記錄以及智能化盤點等功能 [6]。

針對消防終端監(jiān)測設備安裝數(shù)量大、部署范圍廣、安裝環(huán)境復雜等情況，如果完全依靠人力實現(xiàn)已部署設備的巡查、維護等工作，必然帶來不小的成本負擔且效率低下。為了解決以上問題，本系統(tǒng)采用物聯(lián)網技術可實現(xiàn)遠距離的設備數(shù)據收集、監(jiān)控、故障排除、設備參數(shù)設置等一系列智能管理， 降低運營成本，簡化設備運維。

1 系統(tǒng)描述

系統(tǒng)的體系結構如圖 1 所示，由感知層、網絡傳輸層、數(shù)據存儲層和應用服務層組成。

感知層 [7] 的作用在于解決設備互聯(lián)以及設備運行數(shù)據采集問題，涉及的設備包括網關、用戶信息傳輸裝置以及 NB-IoT 消火栓監(jiān)測終端等聯(lián)網終端和傳感器。

網絡傳輸層的作用是實現(xiàn)雙向數(shù)據交互，完成設備管理系統(tǒng)底層采集與上層應用之間的可靠、安全通信。

數(shù)據存儲層實現(xiàn)了實時數(shù)據、跟蹤數(shù)據和統(tǒng)計數(shù)據的存儲。

應用服務層提供對設備的管理、展示和監(jiān)控。

系統(tǒng)的體系結構如圖 1 所示，由感知層、網絡傳輸層、數(shù)據存儲層和應用服務層組成。

2 系統(tǒng)設計

2.1 底層硬件連接

圖 2 展示了設備管理系統(tǒng)的底層設備連接，包括感知層、網絡傳輸層以及平臺層。

感知層設備主要包括有線物聯(lián)網網關、4G 物聯(lián)網網關、NB-IoT 物聯(lián)網網關、用戶信息傳輸裝置、NB-IoT 消火栓監(jiān)測終端等消防終端監(jiān)測設備以及傳感器，這些消防終端監(jiān)測設備是本設備管理系統(tǒng)重點監(jiān)管的對象。

網絡傳輸層涉及以太網，4G，NB-IoT 這三種傳輸網絡。

有線物聯(lián)網網關通過 RS 485 接口與用戶信息傳輸裝置相連， 將所接傳感器的狀態(tài)以及自身狀態(tài)上傳給用戶信息傳輸裝置，然后用戶信息傳輸裝置將收到的數(shù)據以既定格式發(fā)往云平臺。4G 物聯(lián)網網關采用 4G 網絡將傳感器信息和自身狀態(tài)信息發(fā)送至云平臺。NB-IoT 消火栓監(jiān)控終端、NB-IoT 獨立式煙感、NB-IoT 網關均采用 NB-IoT 無線通信方式傳遞狀態(tài)數(shù)據至云平臺。NB-IoT 主要面向大規(guī)模物聯(lián)網連接應用， 與移動通信相比具有覆蓋范圍廣、海量連接、功耗低、成本低等優(yōu)點 [8]，是物聯(lián)網通信采用的主要技術之一。

云平臺接收消防監(jiān)控終端發(fā)來的數(shù)據，解析后存入數(shù)據庫，為應用程序提供數(shù)據支持。

2.2 數(shù)據處理

圖 3 展示了云平臺的數(shù)據處理邏輯。云平臺在接收到消防監(jiān)控終端設備發(fā)送來的數(shù)據之后，按照規(guī)定的通信協(xié)議進行數(shù)據解析，解析之后進入 Rabbit MQ[9] 消息隊列。Rabbit MQ 是一種開源的消息中間件，提供可靠、有效的消息交互模式，能夠方便地實現(xiàn)系統(tǒng)間的解耦 ；此外，Rabbit MQ 還提供了可視化的監(jiān)控頁面，有助于對平臺系統(tǒng)的監(jiān)控和維護。

圖 3 云平臺處理邏輯

數(shù)據處理服務和事件處理服務從 Rabbit MQ 隊列中取數(shù)據進行處理。數(shù)據處理服務主要處理監(jiān)控終端設備上報的狀態(tài)數(shù)據，將處理后的數(shù)據存入數(shù)據庫。事件處理服務主要處理用戶信息傳輸裝置上傳的火警、聯(lián)動等事件數(shù)據，并實現(xiàn)數(shù)據入庫。

針對數(shù)據形式以及業(yè)務需求， 數(shù)據庫采用 MySQL 與Elastic Search 組合的方式。MySQL 數(shù)據庫存儲用戶、單位、設備、設備實時數(shù)據等信息，Elastic Search存儲設備歷史數(shù)據、歷史事件數(shù)據等?？紤]到設備數(shù)量大，每天產生的數(shù)據量十分可觀，MySQL 數(shù)據庫對于大量數(shù)據查詢的響應時間較長，即使采用查詢優(yōu)化等措施效果亦不盡如人意。而 ElasticSearch[10] 是一種分布式海量數(shù)據搜索與分析技術，適合對海量數(shù)據進行實時數(shù)據分析，因此選用 Elastic Search 存儲設備歷史數(shù)據。

2.3 軟件設計

設備管理系統(tǒng)應用從這兩個數(shù)據庫中獲取數(shù)據實現(xiàn)對應的業(yè)務邏輯，核心功能如圖 4 所示。主要功能包含用戶權限、設備管理和設備展示。 

（1）用戶權限模塊包含用戶管理、用戶登錄。 

（2）設備管理功能包含設備的新增、刪除、修改、查詢與設備的參數(shù)配置。 

（3）設備展示功能為設備實時狀態(tài)、最新上報數(shù)據、歷史數(shù)據或事件等展示以及多維度的統(tǒng)計分析展示。

3 結 語

文中采用多種傳輸協(xié)議和有線、無線網絡對多類消防監(jiān)控終端設備進行組網，并對這些設備進行信息采集。通過Web 程序進行相關操作，較好地實現(xiàn)了設備管理，保障設備的安全運行，提高了維護水平，實現(xiàn)了科學管控。

利用物聯(lián)網技術管理消防終端設備相比傳統(tǒng)人工管理不僅提高了設備利用率，更增強了儀器設備運行的可靠性、安全性。