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該模型可以”混合”流行的體系結(jié)構(gòu)樣式(如 DDD、模型驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、事件源和命令查詢(xún)責(zé)任分離CQRS)來(lái)定義一個(gè)可互操作系統(tǒng)系統(tǒng)中對(duì)象管理的簡(jiǎn)單和可伸縮應(yīng)用服務(wù)。這些系統(tǒng)可以跨越物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、商業(yè)、車(chē)輛和城市的子系統(tǒng)。這些服務(wù)可以利用上層本體和信息模型(見(jiàn)第二部分)來(lái)支持系統(tǒng)連接、統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換、事件和查詢(xún)處理、單元和標(biāo)識(shí)符轉(zhuǎn)換以及語(yǔ)義注釋。為了擴(kuò)展規(guī)模, 這些服務(wù)必須是穩(wěn)定, 不變而且獨(dú)立,從邊緣控制器到云服務(wù)器，可以嵌入到任何類(lèi)型的機(jī)器。

該模型可以定義一組對(duì)象管理服務(wù)(類(lèi)似于 IETF 的可擴(kuò)展供應(yīng)協(xié)議(EPP)) , 它們沒(méi)有明確地與特定對(duì)象綁定, 并且可以擴(kuò)展到所有本體類(lèi)中的對(duì)象。雖然對(duì)象管理與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)相似, 但該服務(wù)模型可以代表類(lèi)似于模型驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)編程中的元數(shù)據(jù)抽象。這些服務(wù)可以創(chuàng)建元數(shù)據(jù), 并在運(yùn)行時(shí)解釋該元數(shù)據(jù)。代表本體的元數(shù)據(jù)可以在一個(gè)完全抽象于任何編程環(huán)境的存儲(chǔ)庫(kù)中維護(hù)。底層代碼作為服務(wù)的平臺(tái)(例如 Mendix)可以利用這種服務(wù)模型, 在完全通過(guò)元數(shù)據(jù)解釋執(zhí)行的應(yīng)用程序之間提供固有的互操作性。

雖然服務(wù)和安全模型之間存在著很強(qiáng)的關(guān)系, 但是該系列中的這一部分將側(cè)重于與語(yǔ)義相關(guān)的服務(wù), 這與任何特定的安全模型無(wú)關(guān)。

有效消息載荷的網(wǎng)格

為了創(chuàng)造價(jià)值, 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生成的數(shù)據(jù)越來(lái)越多地在一個(gè)時(shí)間序列內(nèi)進(jìn)行時(shí)間戳標(biāo)注, 并在間隔或狀態(tài)變化時(shí)傳輸。隨著業(yè)務(wù)應(yīng)用程序越來(lái)越以IOT為中心, 并圍繞事件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu), 來(lái)自業(yè)務(wù)事件的數(shù)據(jù)也可以構(gòu)建為一個(gè)時(shí)間序列。查詢(xún)響應(yīng)可以包括基于這些事件更改的設(shè)備和信息對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)。時(shí)間序列和查詢(xún)響應(yīng)數(shù)據(jù)代表了大多數(shù)分布式數(shù)據(jù)交換, 并且最有效地包含在網(wǎng)格(表格)結(jié)構(gòu)中。

一個(gè)網(wǎng)格(類(lèi)似于Haystack網(wǎng)格)可以作為分布式數(shù)據(jù)管理的核心數(shù)據(jù)格式, 可以采用適合于特定通信協(xié)議的同步格式傳輸(圖51)。例如, 一個(gè)網(wǎng)格可以編碼為一個(gè) JSON數(shù)組(二維) , 用于通過(guò) HTTP 消息傳輸。或者它可以編碼為一個(gè)簡(jiǎn)潔的二進(jìn)制對(duì)象識(shí)別(CBOR)數(shù)組, 用于通過(guò) CoAP 傳輸。

由組織機(jī)構(gòu)定義的數(shù)據(jù)交換服務(wù)支持的同步格式各不相同(圖52)。最初主要為服務(wù)器實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的服務(wù)(GS1 EDI 和 IETF EPP)支持 XML, 而那些針對(duì)資源受限設(shè)備的服務(wù)支持更多的壓縮編碼格式(如 JSON 和 CBOR)。網(wǎng)格數(shù)據(jù)可以被編碼到這些格式中的任何一個(gè)。

應(yīng)用服務(wù)的通用 API 網(wǎng)關(guān)

通用的 API 網(wǎng)關(guān)可以在控制器設(shè)備中實(shí)現(xiàn), 作為連接系統(tǒng)所有入站消息的單一入口, 可以在控制器設(shè)備中實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用 API 網(wǎng)關(guān), 作為連接系統(tǒng)所有入站消息的單一入口點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)可以對(duì)每個(gè)消息進(jìn)行身份驗(yàn)證, 并將去序列化的網(wǎng)格有效負(fù)載轉(zhuǎn)發(fā)到應(yīng)用服務(wù), 這反過(guò)來(lái)又可以調(diào)用由網(wǎng)關(guān)處理生成出站消息的其他服務(wù)。

通過(guò)將一個(gè)普通的 API 作為所有控制器設(shè)備的前端, 可以抽象出不同設(shè)備類(lèi)型和微服務(wù)分區(qū)的復(fù)雜性。然后, 該設(shè)備可以轉(zhuǎn)換為服務(wù)(device-as-a-service) , 并被其他服務(wù)使用。

基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)的類(lèi)型, 網(wǎng)關(guān)可以調(diào)用單獨(dú)的事件和查詢(xún)處理服務(wù)(類(lèi)似于 CQRS 架構(gòu)) , 該服務(wù)可以更新和檢索在”事件存儲(chǔ)”中持久存在的對(duì)象的狀態(tài)(圖53)。

一個(gè)時(shí)間序列的事件存儲(chǔ)

自動(dòng)駕駛的 Teslas、自主的華爾街交易算法、智能家居和同一天訂單滿(mǎn)足服務(wù)有什么共同點(diǎn)？

這些應(yīng)用程序依賴(lài)于一種數(shù)據(jù)的形式, 這些數(shù)據(jù)可以測(cè)量事物隨著時(shí)間的變化, 時(shí)間不僅僅是一個(gè)度量, 而是一個(gè)主軸。這是時(shí)間序列數(shù)據(jù)。它開(kāi)始在我們的世界中發(fā)揮更大的作用, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳感器數(shù)據(jù)流的范圍。事實(shí)上, 時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)(TSDBs)已經(jīng)成為增長(zhǎng)最快的數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)別之一, 可以有效地索引、查詢(xún)、共享和分析。

當(dāng)應(yīng)用于”事件源”的概念時(shí), 可以將 TSDB 視為一個(gè)”事件存儲(chǔ)”, 它將對(duì)象狀態(tài)作為一個(gè)時(shí)間序列中的一系列狀態(tài)變化事件。當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí), 一個(gè)新的事件被追加到事件存儲(chǔ)中, 這是原子本質(zhì)。通過(guò)禁止事件的更改或刪除, 事件存儲(chǔ)可以提供對(duì)對(duì)象進(jìn)行所有更改的可靠審計(jì)日志。

在圖54中, 一個(gè)事件存儲(chǔ)從9 / 18的一個(gè)事件中反映了 Location 對(duì)象(實(shí)例)的創(chuàng)建, 該事件在9 / 18日02:15分分配給新對(duì)象的所有方。該事件還為該對(duì)象指定了一個(gè)標(biāo)識(shí)符和類(lèi), 這是它的主鍵。這個(gè)密鑰包含在隨后的所有事件中, 這些事件通過(guò)給屬性賦值來(lái)改變對(duì)象的狀態(tài)。位置對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)可以從對(duì)象的每個(gè)屬性最新事件派生出來(lái)。

事件可以通過(guò)將一個(gè)布爾值分配給根對(duì)象類(lèi)的”已刪除”屬性, 從而刪除(或刪除)對(duì)象。通過(guò)這種方法, 事件和事件處理可以有效地創(chuàng)建、更新和刪除對(duì)象, 取代對(duì)單獨(dú)命令和命令處理的需求(讀取可以通過(guò)查詢(xún)和查詢(xún)處理來(lái)處理)。

區(qū)塊鏈還是事件存儲(chǔ)

區(qū)塊鏈和事件存儲(chǔ)都是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制, 它們可以提供分布式環(huán)境中對(duì)象狀態(tài)變化的附加審計(jì)線(xiàn)索。

雖然區(qū)塊鏈正在享受最近的炒作, 但事件存儲(chǔ) / 事件訂閱方法可以提供許多封鎖鏈承諾的好處, 沒(méi)有開(kāi)銷(xiāo)、社區(qū)建設(shè)和成為礦工的風(fēng)險(xiǎn)。

區(qū)塊鏈?zhǔn)腔诜诸?lèi)賬和交易的概念, 這些概念非常適用于金融業(yè)。然而, 這些概念是否非常適合于支持一個(gè)可互操作的設(shè)備系統(tǒng)呢？

“混合”可伸縮的方法可以結(jié)合事件存儲(chǔ)中面向?qū)ο笫录牧６扰c區(qū)塊鏈的反篡改驗(yàn)證結(jié)合起來(lái)。

事件處理服務(wù)

代表時(shí)間序列事件的網(wǎng)格數(shù)據(jù)可以結(jié)構(gòu)化為一種通用格式, 使所有事件消費(fèi)應(yīng)用和在控制器設(shè)備上實(shí)現(xiàn)的域服務(wù)進(jìn)行高效處理。這個(gè)通用事件格式可以支持反映對(duì)象狀態(tài)(屬性值)更改的設(shè)備和業(yè)務(wù)事件。圖55中的頂部網(wǎng)格在這種格式中顯示了人可讀的值, 但實(shí)際值可以反映底部網(wǎng)格所示的機(jī)器可讀標(biāo)識(shí)符。

通用 API 網(wǎng)關(guān)可以調(diào)用事件處理服務(wù)來(lái)處理入站的時(shí)間序列事件, 并可以向連接控制器系統(tǒng)發(fā)布出站事件。

事件處理器可以根據(jù)所有系統(tǒng)進(jìn)程(例如微服務(wù))的規(guī)則對(duì)事件進(jìn)行處理, 這些事件可以發(fā)出新的事件(包括與 OCF post / response 類(lèi)似的確認(rèn)事件)。事件處理器可以將事件發(fā)布到事件存儲(chǔ)中以保持狀態(tài)(類(lèi)似于 Haystack 的寫(xiě)操作)。

一個(gè)基于上層本體的數(shù)據(jù)地圖可以被一個(gè)事件處理器引用, 該處理器接收來(lái)自稀缺資源的傳感器數(shù)據(jù)。然后, 事件處理器可以用數(shù)據(jù)映射實(shí)例中包含的語(yǔ)義來(lái)注釋從傳感器接收到的語(yǔ)義, 以在公共事件格式中填充所有元數(shù)據(jù)(圖56)。

這個(gè)注釋可以包括將特定于聯(lián)營(yíng)集團(tuán)的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為通用事件格式(圖57)。例如, 一個(gè)溫度傳感器可以提交一個(gè)分隔的名稱(chēng) / 值對(duì)的集合, 這些名稱(chēng) / 值對(duì)提供了除了值之外的語(yǔ)義。這些數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換為僅包含值側(cè)的網(wǎng)格, 因?yàn)榫W(wǎng)格列定位對(duì)應(yīng)于特定的數(shù)據(jù)元素。

一個(gè)事件處理器可以參考系統(tǒng)屬性(圖58) , 該上層本體定義了讀 / 寫(xiě)設(shè)置(類(lèi)似 OCF 的只讀屬性)。基于這些設(shè)置, 事件處理器可以監(jiān)視(讀)和(寫(xiě))與控制器相連的組件設(shè)備(傳感器、執(zhí)行器)的運(yùn)行狀態(tài)。

例如, 如果一個(gè)系統(tǒng)屬性可以同時(shí)讀取和寫(xiě)入風(fēng)扇的速度屬性, 那么事件處理器可以從風(fēng)扇中檢索當(dāng)前值(類(lèi)似于 OCF get) , 并根據(jù)時(shí)間序列事件設(shè)置其值(類(lèi)似于 OCF post)。

基于發(fā)布/訂閱的系統(tǒng)連接

事件存儲(chǔ)可以作為”服務(wù)注冊(cè)表”, 存儲(chǔ)定義系統(tǒng)連接和連接系統(tǒng)屬性的事件。以上層本體為模型的系統(tǒng)連接可以表示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訂閱(類(lèi)似于 Haystack 的”watch”)。當(dāng)一個(gè)設(shè)備用另一個(gè)設(shè)備啟動(dòng)系統(tǒng)連接(EPP 會(huì)話(huà))時(shí), 該設(shè)備可以響應(yīng)其系統(tǒng)屬性。設(shè)備可以交換包含系統(tǒng)之間共同屬性的事件和查詢(xún)。這些屬性代表系統(tǒng)進(jìn)程的內(nèi)部輸入 / 輸出。

例如, 控制器的 HVAC 系統(tǒng)可以連接到另一個(gè)控制器的氣流控制系統(tǒng)。這兩個(gè)系統(tǒng)都可以引用在一個(gè)公共本體中定義的”風(fēng)扇”設(shè)備的”速度”屬性。 HVAC系統(tǒng)的一個(gè)過(guò)程(域微服務(wù))可以產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間序列事件, 當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)(如氣溫變化)時(shí), 可以改變風(fēng)扇速度。系統(tǒng)控制器的事件處理器可以將此事件發(fā)布到 Airflow 控制系統(tǒng)控制器, 該控制器調(diào)用其事件處理器來(lái)改變連接風(fēng)扇電機(jī)的速度。

數(shù)字雙胞胎的狀態(tài)管理

從設(shè)計(jì)到預(yù)測(cè)分析,”數(shù)字雙胞胎”的使用正變得越來(lái)越普遍。這個(gè)概念非常簡(jiǎn)單——基本上, 雙胞胎指的是一個(gè)實(shí)際物理資產(chǎn)的動(dòng)態(tài)軟件模型(數(shù)字實(shí)例化)。該模型能夠?qū)崟r(shí)公開(kāi)設(shè)備及其連接系統(tǒng)的內(nèi)部工作, 并與其進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。數(shù)字雙胞胎可以整合感官和上下文信息, 使各組織能夠從資產(chǎn)信息中受益。最終的結(jié)果是有可能創(chuàng)造更高的資產(chǎn)業(yè)績(jī), 并使制造商能夠管理服務(wù)設(shè)備。

一個(gè)由對(duì)象管理服務(wù)組成的共同服務(wù)模型可以通過(guò)支持同步和發(fā)布狀態(tài)變化來(lái)管理數(shù)字雙胞胎的狀態(tài)(類(lèi)似于 Eclipse Ditto)。

查詢(xún)處理服務(wù)

網(wǎng)格數(shù)據(jù)可以表示查詢(xún)請(qǐng)求和響應(yīng)。查詢(xún)請(qǐng)求可以結(jié)構(gòu)化為一種通用格式, 使得應(yīng)用程序服務(wù)可以在控制器設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。

通用 API 網(wǎng)關(guān)，可以調(diào)用查詢(xún)處理服務(wù)來(lái)處理在公共查詢(xún)格式中的入站查詢(xún)請(qǐng)求(圖60)。查詢(xún)處理器可以從符合查詢(xún)條件的事件存儲(chǔ)中檢索相關(guān)對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài), 并將出站查詢(xún)響應(yīng)返回到請(qǐng)求服務(wù)。

查詢(xún)處理器可以在上層本體中引用詞匯條款(圖61) , 為全局應(yīng)用程序提供多國(guó)家語(yǔ)言支持。通用查詢(xún)格式可以包含一個(gè)元素, 該元素指定查詢(xún)響應(yīng)中所包含數(shù)據(jù)的人類(lèi)語(yǔ)言。例如, 如果圖61中所示查詢(xún)指定了”西班牙語(yǔ)”語(yǔ)言, 則在響應(yīng)網(wǎng)格中返回的樓層名稱(chēng)將以西班牙語(yǔ)而不是英文出現(xiàn)。

用于標(biāo)識(shí)符轉(zhuǎn)換的服務(wù)

應(yīng)用程序服務(wù)可以在上層本體中引用屬性和單元(圖62) , 以轉(zhuǎn)換包含在時(shí)間序列事件中的備用標(biāo)識(shí)符。

例如, 事件處理器可以調(diào)用一個(gè)服務(wù)來(lái)轉(zhuǎn)換由屬性標(biāo)識(shí)符限定的替代單元標(biāo)識(shí)符(如 “degF”)。該服務(wù)可以引用該單元對(duì)象, 該對(duì)象包含帶有交替標(biāo)識(shí)符(“degF”)的標(biāo)識(shí)屬性(“ISO 代碼”)。該服務(wù)可將事件中單位標(biāo)識(shí)符的值轉(zhuǎn)換為單元對(duì)象的主標(biāo)識(shí)符(例如 0 華氏度)。

另一個(gè)例子是, 轉(zhuǎn)換服務(wù)可以在 RFID 傳感器生成的時(shí)間序列事件中轉(zhuǎn)換用于識(shí)別”對(duì)象”和”值”元素的替代標(biāo)識(shí)符。圖63中的”價(jià)值”元素包含一個(gè)可交替的位置識(shí)別號(hào)(“0123456789012″) , 該標(biāo)識(shí)符符合 GS1的 EPCIS 標(biāo)準(zhǔn)(例如”urn: epc: id: sgln”)。轉(zhuǎn)換服務(wù)可以引用位置對(duì)象, 其中包含帶有備用標(biāo)識(shí)符(“012345…”)的標(biāo)識(shí)屬性(“GLN”)。該服務(wù)可將事件中的”Value”元素轉(zhuǎn)換為 Location 對(duì)象的主標(biāo)識(shí)符(“3100 Main…”)。

單位轉(zhuǎn)換服務(wù)

應(yīng)用程序服務(wù)可以參考以上層本體為模型的測(cè)量單位, 以轉(zhuǎn)換包含在時(shí)間序列事件中的”Unit”和”Value”元素。

例如, 一個(gè)事件處理器可以通過(guò)引用相關(guān)單元對(duì)象的”轉(zhuǎn)換因子”和”偏移”屬性值, 從而將圖64中的溫度值(“77.4”)從華氏轉(zhuǎn)換為攝氏。

領(lǐng)域特定本體的領(lǐng)域微服務(wù)

雖然應(yīng)用程序服務(wù)的目的是穩(wěn)定和不變的, 但隨著流程和規(guī)則的演變, 可以動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)域微服務(wù), 以有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所有者(當(dāng)事方)的目標(biāo)。

每個(gè)系統(tǒng)都可以包含一個(gè)微服務(wù)集合(過(guò)程和規(guī)則的封裝) , 其中引用了特定領(lǐng)域本體中的屬性(例如, 醫(yī)療、零售、智能建筑等)。這些狹義的、合作的微服務(wù)可以根據(jù)規(guī)則消耗時(shí)間序列事件, 并從它們的行動(dòng)中產(chǎn)生時(shí)間序列事件。

事件處理器可以為復(fù)雜事件處理協(xié)調(diào)域微服務(wù)的執(zhí)行。

圖65提供了一個(gè)域微服務(wù)的例子, 該服務(wù)可以引用在特定領(lǐng)域本體中建模的場(chǎng)景定義, 以根據(jù)觸發(fā)事件(如時(shí)間變化)改變位置的”場(chǎng)景”。

另一個(gè)域微服務(wù)可以引用以公共業(yè)務(wù)本體為模型的業(yè)務(wù)信息對(duì)象, 以生成事件來(lái)定義基于故障設(shè)備觸發(fā)事件的替換順序(圖66)。同樣的控制器可以改變連接元件(圖論)設(shè)備(如傳感器和執(zhí)行器)的狀態(tài), 也可以用來(lái)改變信息對(duì)象(如訂單)與連接業(yè)務(wù)系統(tǒng)的狀態(tài)。

一個(gè)共同的服務(wù)模型和共同的本體論可以形成一個(gè)”公共對(duì)象管理框架”, 支持系統(tǒng)的語(yǔ)義互操作、對(duì)等對(duì)等系統(tǒng)。這個(gè)框架可以分解數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù), 消除復(fù)雜的系統(tǒng)集成, 并且只使用元數(shù)據(jù)來(lái)統(tǒng)一信息空間。