1       背景

1.1 背景和(hé / huò)現狀分析

随着城市建設進程推進，在(zài)城市中建設了(le／liǎo)越來(lái)越多的(de)地(dì / de)下管網和(hé / huò)管井，包括通訊井、污水井、雨水井等多種類型。這(zhè)些管井建設周期不(bù)一(yī / yì ／yí)，由于(yú)道(dào)路擴寬、市政規劃不(bù)完善等多種原因，導緻這(zhè)些數量龐大(dà)管井分布于(yú)主幹道(dào)、非機動車道(dào)、人(rén)行道(dào)甚至小區内，材質和(hé / huò)工藝也(yě)不(bù)統一(yī / yì ／yí)，金屬井蓋易被盜，塑料材質易破損，造成井蓋完好率低。管理長期依賴于(yú)人(rén)工巡檢，若井蓋丢失不(bù)及時(shí)處理，行人(rén)和(hé / huò)非機動車可能跌落井中，造成人(rén)員傷害事件，近年來(lái)類似事件也(yě)常見于(yú)媒體報道(dào)。城市管理部門急需一(yī / yì ／yí)種能在(zài)井蓋破壞或者丢失時(shí)候自動報警，及時(shí)處理的(de)技術手段支撐。

近年來(lái)随着物聯網（IoT）技術的(de)發展，在(zài)傳統的(de)設備上(shàng)面加裝智能傳感器，通過物聯網技術實現聯網、信息上(shàng)報和(hé / huò)控制，讓傳統不(bù)具備實時(shí)管理手段的(de)設備接入到(dào)IoT平台管理已經成爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)種趨勢，推送了(le／liǎo)城市管理向“智能化”邁進的(de)進程，越來(lái)越多的(de)“智慧城市”應運而(ér)生。

成都三顆痣網絡科技有限公司20年來(lái)一(yī / yì ／yí)直緻力于(yú)通訊運營商M2M業務領域，對戶外啞資源的(de)管理有深刻的(de)理解和(hé / huò)技術積累，先後開發出(chū)交接箱電子(zǐ)鎖，有線人(rén)井鎖，基站動力環境監控設備，無線人(rén)井鎖等戶外資源管理的(de)物聯網設備。同時(shí)配套研發了(le／liǎo)啞資源管理系統（LOCMAN），爲(wéi / wèi)通訊運營商領域的(de)物聯網的(de)設備接入、管理和(hé / huò)運營維護提供了(le／liǎo)全面的(de)解決方案，先後在(zài)北京，深圳，杭州，沈陽，成都，重慶等城市規模部署運用，支撐了(le／liǎo)北京奧運，APEC會議， G20峰會的(de)通訊保障，獲得客戶一(yī / yì ／yí)緻好評，取得了(le／liǎo)大(dà)量的(de)物聯網應用的(de)實踐經驗和(hé / huò)技術沉澱。

1.2 技術要(yào / yāo)求

基于(yú)對現狀的(de)分析和(hé / huò)城市管理要(yào / yāo)求，軟件平台應滿足：平台兼容性和(hé / huò)開發性、維護人(rén)員關聯性、告警及時(shí)性。

1.2.1   平台兼容性和(hé / huò)開放性

城市管井建設周期長，廠家不(bù)統一(yī / yì ／yí)，要(yào / yāo)對這(zhè)些數量衆多、廠家不(bù)同的(de)井蓋實現統一(yī / yì ／yí)管理，平台必須具備兼容性和(hé / huò)開放性。随着“智慧城市”的(de)建設步伐的(de)加快，也(yě)要(yào / yāo)求平台具備物聯網設備接入能力，不(bù)僅能接入智能人(rén)井，越來(lái)越多的(de)不(bù)同類型戶外公共市政設施（路燈、垃圾桶等）也(yě)能接入進行管理。

四方LOCMAN平台底層包含物聯網（IoT）使能層，不(bù)僅對物聯網廣泛使用的(de)公有協議（MQTT、HTTP等）具備接入能力，對廠家私有協議也(yě)能進行适配。協議的(de)開放性讓平台能接入四方智能井蓋，也(yě)能兼容其它廠家井蓋。物聯網公共協議的(de)采用，使得平台具備了(le／liǎo)擴展能力，遵循公共協議的(de)其它戶外公共設施設備（如智能路燈、智能垃圾桶等）也(yě)能接入到(dào)平台中進行管理，真正推動“智能城管”和(hé / huò)“智慧城市”建設的(de)進程。

1.2.2   維護信息關聯性

城市井蓋數量多、分布廣，包含的(de)基礎信息量大(dà)（如位置、GIS坐标、廠家、尺寸、材質、歸屬單位等），需依賴于(yú)大(dà)量的(de)人(rén)員投入和(hé / huò)維護。如果不(bù)對這(zhè)些井蓋的(de)基礎信息進行有效的(de)搜集和(hé / huò)管理，在(zài)發生損害時(shí)候就(jiù)難以(yǐ)快速定位，明确所屬單位，缺乏材質、尺寸等信息可能造成更換不(bù)及時(shí)，影響維護作業效率，無法實施精準管理。城市管理水平的(de)提升也(yě)要(yào / yāo)求人(rén)員配置的(de)精準化，将不(bù)同的(de)人(rén)員分配到(dào)一(yī / yì ／yí)定範圍的(de)街區實現“網格化”管理。平台要(yào / yāo)具備将不(bù)同片區管井關聯到(dào)該片區網格維護人(rén)員的(de)能力，以(yǐ)便在(zài)發生破壞時(shí)能就(jiù)近處理。

四方平台對設施信息具備了(le／liǎo)靈活配置的(de)能力，在(zài)固有屬性的(de)基礎上(shàng)，能通過定義擴展屬性方式，将一(yī / yì ／yí)些特定信息配置到(dào)井蓋上(shàng)。對組織和(hé / huò)人(rén)員的(de)配置也(yě)具備靈活性，能通過組織樹的(de)方式配置不(bù)同層級架構，爲(wéi / wèi)人(rén)員分配不(bù)同角色和(hé / huò)權限。并将他(tā)們關聯到(dào)不(bù)同的(de)設施管理歸屬上(shàng)，實現管理的(de)“網格化”。

1.2.3   告警及時(shí)性

在(zài)井蓋發生破損或者丢失時(shí)能及時(shí)通知相關維護人(rén)員到(dào)現場處理，是(shì)預防事故發生、防範于(yú)未然，實現“智能城管”的(de)關鍵，因而(ér)要(yào / yāo)求平台告警必須具備及時(shí)性。

四方智能井蓋采用數據流量聯網方式，在(zài)發生破壞或者丢失時(shí)候能通過無線通訊網絡及時(shí)上(shàng)報到(dào)平台。相比傳統短信方式延時(shí)短、可靠性更高。支持新一(yī / yì ／yí)代的(de)主流物聯網通訊和(hé / huò)組網技術（NB-IoT）。告警信息到(dào)達平台後通過告警規則引擎服務能力，會自動匹配到(dào)井蓋歸屬的(de)維護人(rén)員，将告警信息采用短信或者APP提示信息兩種方式，推送到(dào)維護人(rén)員手機上(shàng)，及時(shí)告知現場處理排除隐患。

2       關鍵技術

2.1   IoT使能平台

IOT使能平台即基于(yú)物聯網的(de)數據采集于(yú)應用服務平台。因物聯網生态産業鏈條很長，涉及技術領域衆多，到(dào)目前爲(wéi / wèi)止還沒有一(yī / yì ／yí)家平台公司能提供從終端管理監測、連接管理到(dào)應用開發、數據分析端到(dào)端的(de)服務，四方科技公司結合二十幾年在(zài)電信領域的(de)軟件開發背景和(hé / huò)經驗，以(yǐ)及近十年在(zài)設備監控領域的(de)獨特的(de)實踐經驗，決定自主研發“基于(yú)物聯網的(de)數據采集與應用服務平台”，簡稱“IoT使能平台”。

IOT使能平台是(shì)提供應用開發和(hé / huò)統一(yī / yì ／yí)數據存儲兩大(dà)功能的(de)PaaS平台。具體來(lái)看IOT使能平台具體功能有提供成套應用開發工具（大(dà)部分能提供圖形化開發工具，甚至不(bù)需要(yào / yāo)開發者編寫代碼）、中間件、數據存儲功能、業務邏輯引擎、對接第三方系統API等。物聯網應用開發者在(zài)IOT使能平台平台上(shàng)快速開發、部署、管理應用，而(ér)無需考慮下層基礎設施擴展、數據管理和(hé / huò)歸集、通信協議、通信安全等問題，降低開發成本、大(dà)大(dà)縮短開發時(shí)間。

IOT使能平台幫助企業極大(dà)節省物聯網應用開發時(shí)間和(hé / huò)費用，同時(shí)上(shàng)層應用大(dà)規模擴張時(shí)無需擔心底層資源擴展問題。建立完整的(de)IoT解決方案（從底層設備管理系統、網絡到(dào)上(shàng)層應用）對任何企業來(lái)說(shuō)都是(shì)浩大(dà)的(de)工程，且需要(yào / yāo)衆多不(bù)同領域專業技術人(rén)員聯合開發搭建，建設周期長、ROI較低。IOT使能平台幫助企業極大(dà)節省物聯網應用開發時(shí)間和(hé / huò)費用，據Aeris測算，開發者使用IOT使能平台開發應用，可以(yǐ)節省70%的(de)時(shí)間，使應用更快能推向市場，同時(shí)爲(wéi / wèi)企業節省了(le／liǎo)雇傭底層架構技術人(rén)員的(de)費用。IOT使能平台解決的(de)另一(yī / yì ／yí)個(gè)重大(dà)問題時(shí)随上(shàng)層應用靈活擴展問題，即使企業M2M管理規模迅猛增加，使用IOT使能平台無需擔心底層資源跟不(bù)上(shàng)連接設備擴展速度。

2.2   微服務架構

近十年左右作爲(wéi / wèi)平台技術架構主要(yào / yāo)采用SOA的(de)架構設計模式，由于(yú) SOA 早期均使用了(le／liǎo)總線模式，這(zhè)種總線模式是(shì)與某種技術棧強綁定的(de)，比如：J2EE。這(zhè)導緻很多企業的(de)遺留系統很難對接，切換時(shí)間太長，成本太高，新系統穩定性的(de)收斂也(yě)需要(yào / yāo)一(yī / yì ／yí)些時(shí)間。最終 SOA 開起來(lái)很美，但卻成爲(wéi / wèi)企業級奢侈品，中小公司都望而(ér)生畏。在(zài)高速發展的(de)現代社會環境中，傳統的(de)SOA架構無法真正快速的(de)适應業務的(de)變化，使得平台越來(lái)越重，越來(lái)越難以(yǐ)持續發展，最終給企業提供不(bù)了(le／liǎo)技術應該帶來(lái)的(de)業務提升和(hé / huò)幫助企業發展。

在(zài)這(zhè)樣的(de)技術背景下，微服務架構應運而(ér)生，微服務，從本質意義上(shàng)看，還是(shì) SOA 架構。但内涵有所不(bù)同，微服務并不(bù)綁定某種特殊的(de)技術，在(zài)一(yī / yì ／yí)個(gè)微服務的(de)系統中，可以(yǐ)有 Java 編寫的(de)服務，也(yě)可以(yǐ)有 Python、或C++ 編寫的(de)服務，他(tā)們是(shì)靠Restful 架構風格統一(yī / yì ／yí)成一(yī / yì ／yí)個(gè)系統的(de)。

最粗淺的(de)理解就(jiù)是(shì)将微服務之(zhī)間的(de)交互看作是(shì)各種字符串的(de)傳遞，各種語言都可以(yǐ)很好的(de)處理字符串，所以(yǐ)微服務本身與具體技術實現無關，擴展性強。另一(yī / yì ／yí)個(gè)不(bù)同是(shì)微服務架構本身很輕，底層也(yě)有類似于(yú) SOA 的(de)總線，不(bù)過非常輕薄，現在(zài)看到(dào)的(de)就(jiù)兩種方式：MQ 和(hé / huò) HTTP，而(ér) HTTP 都不(bù)能完全等同于(yú)總線，而(ér)僅僅是(shì)個(gè)信息通道(dào)。

微服務的(de)架構優勢：

l  獨立的(de)可擴展性

平台的(de)每個(gè)服務都可以(yǐ)獨立進行橫向或縱向擴展，根據業務實際增長情況來(lái)進行快速擴展，真正實現業務服務高内聚、松耦合，極大(dà)滿足複雜業務未來(lái)發展的(de)可擴展性。

l  獨立的(de)可升級性

平台的(de)每個(gè)服務都可以(yǐ)獨立進行服務升級、更新，不(bù)用依賴于(yú)其它服務，結合持續集成工具可以(yǐ)進行持續發布，開發人(rén)員就(jiù)可以(yǐ)獨立快速完成服務升級發布流程，實現部分業務能力的(de)增量升級，有效保護現有其他(tā)業務服務能力不(bù)受幹擾和(hé / huò)影響，實現整體平台的(de)可靠性及平滑升級的(de)能力。

l  故障和(hé / huò)資源的(de)隔離性

若系統中出(chū)現不(bù)好的(de)資源操作行爲(wéi / wèi)時(shí)，例如内存洩露、數據庫連接未關閉等情況，基于(yú)平台分布式的(de)能力，此時(shí)的(de)故障将僅僅隻會影響單個(gè)業務服務，不(bù)會影響到(dào)系統整體崩潰，導緻業務完全中斷的(de)情況。

l  易維護性

平台每個(gè)業務服務的(de)代碼均隻專注于(yú)完成該單個(gè)業務範疇的(de)事情，因此業務服務項目代碼數量将減少至IDE可以(yǐ)快速加載的(de)大(dà)小，這(zhè)樣可以(yǐ)提高了(le／liǎo)代碼的(de)可讀性，進而(ér)可以(yǐ)提高研發人(rén)員日常的(de)生産效率，同時(shí)也(yě)解決了(le／liǎo)後期系統不(bù)斷叠代演進中複雜度增加以(yǐ)後更易于(yú)修改和(hé / huò)更替，有效保護系統資産，極大(dà)的(de)延續平台生命力。

l  原生基于(yú)“雲”的(de)系統架構設計

基于(yú)微服務架構設計風格，平台能構建出(chū)來(lái)原生對于(yú)“雲”具備超高友好度的(de)系統，與常用容器工具如Docker能夠很方便地(dì / de)結合，構建持續發布系統與IaaS、PaaS平台對接，使其能夠方便的(de)部署于(yú)各類“雲”上(shàng)，如公用雲、私有雲以(yǐ)及混合雲。

l  優化跨團隊溝通

按實踐微服務架構設計風格，研發團隊勢必會按照新的(de)原則來(lái)進行劃分，由之(zhī)前的(de)按照技能、職能劃分的(de)方式變爲(wéi / wèi)按照業務（單個(gè)業務服務）來(lái)進行劃分，團隊裏将有各個(gè)方向技能的(de)研發人(rén)員，溝通效率上(shàng)來(lái)說(shuō)要(yào / yāo)優于(yú)之(zhī)前按照技能進行劃分的(de)組織架構，并且可以(yǐ)同時(shí)實現并行開發多個(gè)完整的(de)業務服務。

l  語言無關性

研發人(rén)員可以(yǐ)選用自己最爲(wéi / wèi)熟悉的(de)語言（JAVAC++Python等）和(hé / huò)框架來(lái)完成他(tā)們的(de)微服務項目，平台在(zài)未來(lái)在(zài)面對新技術或新框架的(de)選用時(shí)，能夠更好地(dì / de)進行快速響應，不(bù)受語言技術的(de)限制。

組網架構圖