面向IoT物联网的架构设计参考

一起学嵌入式 2023-08-20 07:50

扫描关注一起学嵌入式,一起学习,一起成长

随着云计算、边缘计算与物联网技术愈发成熟,数据的产生与处理已然来到一个新的时代。

数据基础设施正在从云原生(Cloud-Native) 向面向物联网(IoT-Oriented)架构演进。基于此,我们总结了面向物联网 (IoT -Oriented)架构的设计原则和功能特点。

面向物联网架构设计原则

移动计算优先

随着计算芯片持续分化出面向各种计算负载特征的专用协处理器,如 GPU、DPU 等,到苹果公司最新设计的 M1 芯片的 Unified Memory,以及大数据产业链的 Schema on Write 到 Schema on Read、ETL 到 ELT。其中都蕴 含了相同的架构设计思想:减少数据搬移,减少数据拷贝,优先移动计算而非移动数据。

在物联网场景中,移动计算优先设计原则的优势体现在:

  • 在数据量持续快速攀升、计算负载相应指数级增长的情况下,通过移动计算可以分散计算负载,提高整体计算能力;

  •  物联网时代强调决策的实时性。通过移动计算提高决策的效率,可降低端到端系统时延;

  •  端到端高可用的需求日益增长,通过分布式架构将计算移动到数据本地节点中,避免集中计算的单点故障,同时降低了数据传输与数据复制对整体系统的压力,实现整体系统的高可用;

数据流可重用

数据在信息层面的复制成本极低,但数据在搬移和存储层面的成本随着数据量越来越大,变得愈发显著。

新一代数 据基础设施的重要原则已经是:尽可能减少数据搬移、拷贝和重复计算。因此,在全球范围内的新一代数据基础设 施的设计哲学中已经开始看到:数据可重用。

结合物联网产业发展现状及未来趋势,进一步发展出数据流可重用的原则: 

  • 数据流即服务

  • 多用户多场景共享一个数据源

  • 物化数据流作为应用交互接口

全场景可适配

随着协处理器与专用计算芯片的寒武纪大爆发,异构计算环境成为软件设计中不可缺少的考虑因素之一。此外,由 于历史原因,物联网产业中各个企业中的操作系统、服务器硬件设备、传输用网络协议、工业通信协议、存储目标和存储设备等均有很大差异。

基于全球上万家企业,提出全场景可适配原则:

  • 云边端各式处理器各种操作系统均可部署、可协同,异构设备统一接入

  • 从 PLC、工业网关,到 MQTT、TCP、QUIC 等网络协议均可适配;

  • 持久化数据可适配各类存储介质包括新一代的 NVMe 等。 

分布式云原生

随着全行业对低时延的要求越来越高,企业从快速上云到开始重新思考云边协同,再到试图用统一的模型来同时管理云和边,已经经历了三次对如何发挥云计算模型价值的尝试。但业界大多只是知道分布式云的概念,对真正分布式云的开发理念的探索较少。

基于产业发展趋势,定义了分布式云原生的软件开发理念与设计哲学:

  • 去中心化的分布式系统,Peer-to-Peer 的网络拓扑;

  • 用户的感知应当是更快更稳定的云计算,分布式调度复杂度藏于基础软件中; 

  • 各类软件的计算负载、通信负载、存储负载均可在分布式云中自由调度


面向物联网架构设计特点

持续稳定的海量超高并发连接

传统 IT 系统与移动互联网主要由系统与系统,系统与移动终端产生数据连接,万级以上并发连接系统比较少。面向传统 IT 和互联网场景设计的基础架构软件在适应大并发连接系统的建设与维护成本非常高。

物联网场景下数据源主要以智能设备、感知设备为主,终端数量远远大于传统 IT 与互联网场景。如智能家居、车联 网等场景下的平台连接数量普遍超过十万,大型平台可以达到百万级甚至千万级水平。

这就要求面向物联网场景的基础架构软件具备在相对成本较低的情况下适应海量设备同时接入并保持稳定连接的能力。

全链路端到端双向多 QoS 支持

传统 IT 和互联网系统主要通过企业内网、企业专网或宽带移动网络连接。而物联网时代为了适应不同设备密度与连 接成本,需要实现固网与移动网络并存、宽带与窄带混合,从单一网络到分布式跨地域混合网络接入的演进。对于 物联网系统则需要适配各类网络,实现端到端数据打通能力。

由于接入网络复杂度提高,网络稳定性下降,需要物联网系统在传输层与应用层协议中提供相关的保障。如物联网 长连接场景中常用的 MQTT 协议提供了消息质量(QoS)的定义,包括消息最多传递一次、至少传递一次和仅传递一次三种级别,可以在不同业务需求与成本需求中选择消息质量级别。

随着业务模式的不断丰富,物联网业务从单向的设备数据采集,逐渐演化成设备与系统、设备与设备、设备与人的 双向交互。从 ToC 的智能家居场景的用户与智能设备的互动,到产业互联网中工业生产设备的数据采集与远程控 制、车路协同中的车辆驾驶系统与路边感知设备的互联互动,都需要物联网基础软件有能力打通数据的双向通道。

超低延时的有状态流式处理与分析

从业务需求看:大量关键业务,如车路协同、工业生产监控等,对数据处理与系统响应的时效性要求非常高,且设
备数据往往是有状态的。

从数据类型看:不同于传统 IT 与互联网系统中大部分数据以时间离散型的业务查询与交易数据为主,物联网数据由 主要由设备产生,以时间连续数据流为主的数据类型占比逐渐增加。这就需要物联网系统与软件提供更强的流数据 的处理能力。

数据流虚拟化与 Schema 级多租户

企业级物联网平台系统中,大量原始流数据会被不同业务系统实时消费与分析,为不同业务目的提供数据价值。不同业务应用视角不同,对流数据的读取分析方式也不同。目前大量企业采用数据复制的方式为不同业务视角提供数 据模型与分析模型,造成组织内数据激增。而且数据复制过程需要损耗大量时间,对于实时性要求高的物联网场景 往往无法提供有时效性的分析结果。

在同时考虑原始数据重用性和时效性方面,基于数据流虚拟化以及 Schema 级的多租户方案就显得异常重要。Schema 级的多租户为不同业务视角定义流数据模型,保证了不同业务对数据需求的分离;同时采用虚拟流的方式 避免了原始数据的复制,保证了业务的时效性的同时也降低了原始数据的复制存储成本。

原文:https://www.emqx.com

文章来源于网络,版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。



扫码,拉你进高质量嵌入式交流群


关注我【一起学嵌入式】,一起学习,一起成长。


觉得文章不错,点击“分享”、“”、“在看” 呗!

一起学嵌入式 公众号【一起学嵌入式】,RTOS、Linux编程、C/C++,以及经验分享、行业资讯、物联网等技术知
评论
  • 艾迈斯欧司朗全新“样片申请”小程序,逾160种LED、传感器、多芯片组合等产品样片一触即达。轻松3步完成申请,境内免费包邮到家!本期热荐性能显著提升的OSLON® Optimal,GF CSSRML.24ams OSRAM 基于最新芯片技术推出全新LED产品OSLON® Optimal系列,实现了显著的性能升级。该系列提供五种不同颜色的光源选项,包括Hyper Red(660 nm,PDN)、Red(640 nm)、Deep Blue(450 nm,PDN)、Far Red(730 nm)及Ho
    艾迈斯欧司朗 2024-11-29 16:55 163浏览
  • 《高速PCB设计经验规则应用实践》+PCB绘制学习与验证读书首先看目录,我感兴趣的是这一节;作者在书中列举了一条经典规则,然后进行详细分析,通过公式推导图表列举说明了传统的这一规则是受到电容加工特点影响的,在使用了MLCC陶瓷电容后这一条规则已经不再实用了。图书还列举了高速PCB设计需要的专业工具和仿真软件,当然由于篇幅所限,只是介绍了一点点设计步骤;我最感兴趣的部分还是元件布局的经验规则,在这里列举如下:在这里,演示一下,我根据书本知识进行电机驱动的布局:这也算知行合一吧。对于布局书中有一句:
    wuyu2009 2024-11-30 20:30 91浏览
  • 国产光耦合器因其在电子系统中的重要作用而受到认可,可提供可靠的电气隔离并保护敏感电路免受高压干扰。然而,随着行业向5G和高频数据传输等高速应用迈进,对其性能和寿命的担忧已成为焦点。本文深入探讨了国产光耦合器在高频环境中面临的挑战,并探索了克服这些限制的创新方法。高频性能:一个持续关注的问题信号传输中的挑战国产光耦合器传统上利用LED和光电晶体管进行信号隔离。虽然这些组件对于标准应用有效,但在高频下面临挑战。随着工作频率的增加,信号延迟和数据保真度降低很常见,限制了它们在电信和高速计算等领域的有效
    腾恩科技-彭工 2024-11-29 16:11 106浏览
  • 光伏逆变器是一种高效的能量转换设备,它能够将光伏太阳能板(PV)产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络,还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。光耦合器,以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性,在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性,而且由于其低功耗的
    晶台光耦 2024-12-02 10:40 73浏览
  • 国产光耦合器正以其创新性和多样性引领行业发展。凭借强大的研发能力,国内制造商推出了适应汽车、电信等领域独特需求的专业化光耦合器,为各行业的技术进步提供了重要支持。本文将重点探讨国产光耦合器的技术创新与产品多样性,以及它们在推动产业升级中的重要作用。国产光耦合器创新的作用满足现代需求的创新模式新设计正在满足不断变化的市场需求。例如,高速光耦合器满足了电信和数据处理系统中快速信号传输的需求。同时,栅极驱动光耦合器支持电动汽车(EV)和工业电机驱动器等大功率应用中的精确高效控制。先进材料和设计将碳化硅
    克里雅半导体科技 2024-11-29 16:18 163浏览
  • RDDI-DAP错误通常与调试接口相关,特别是在使用CMSIS-DAP协议进行嵌入式系统开发时。以下是一些可能的原因和解决方法: 1. 硬件连接问题:     检查调试器(如ST-Link)与目标板之间的连接是否牢固。     确保所有必要的引脚都已正确连接,没有松动或短路。 2. 电源问题:     确保目标板和调试器都有足够的电源供应。     检查电源电压是否符合目标板的规格要求。 3. 固件问题: &n
    丙丁先生 2024-12-01 17:37 62浏览
  • By Toradex胡珊逢简介嵌入式领域的部分应用对安全、可靠、实时性有切实的需求,在诸多实现该需求的方案中,QNX 是经行业验证的选择。在 QNX SDP 8.0 上 BlackBerry 推出了 QNX Everywhere 项目,个人用户可以出于非商业目的免费使用 QNX 操作系统。得益于 Toradex 和 QNX 的良好合作伙伴关系,用户能够在 Apalis iMX8QM 和 Verdin iMX8MP 模块上轻松测试和评估 QNX 8 系统。下面将基于 Apalis iMX8QM 介
    hai.qin_651820742 2024-11-29 15:29 151浏览
  • 光耦合器作为关键技术组件,在确保安全性、可靠性和效率方面发挥着不可或缺的作用。无论是混合动力和电动汽车(HEV),还是军事和航空航天系统,它们都以卓越的性能支持高要求的应用环境,成为现代复杂系统中的隐形功臣。在迈向更环保技术和先进系统的过程中,光耦合器的重要性愈加凸显。1.混合动力和电动汽车中的光耦合器电池管理:保护动力源在电动汽车中,电池管理系统(BMS)是最佳充电、放电和性能监控背后的大脑。光耦合器在这里充当守门人,将高压电池组与敏感的低压电路隔离开来。这不仅可以防止潜在的损坏,还可以提高乘
    腾恩科技-彭工 2024-11-29 16:12 119浏览
  • 戴上XR眼镜去“追龙”是种什么体验?2024年11月30日,由上海自然博物馆(上海科技馆分馆)与三湘印象联合出品、三湘印象旗下观印象艺术发展有限公司(下简称“观印象”)承制的《又见恐龙》XR嘉年华在上海自然博物馆重磅开幕。该体验项目将于12月1日正式对公众开放,持续至2025年3月30日。双向奔赴,恐龙IP撞上元宇宙不久前,上海市经济和信息化委员会等部门联合印发了《上海市超高清视听产业发展行动方案》,特别提到“支持博物馆、主题乐园等场所推动超高清视听技术应用,丰富线下文旅消费体验”。作为上海自然
    电子与消费 2024-11-30 22:03 76浏览
  • 学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&
    youyeye 2024-11-30 14:30 67浏览
  • 最近几年,新能源汽车愈发受到消费者的青睐,其销量也是一路走高。据中汽协公布的数据显示,2024年10月,新能源汽车产销分别完成146.3万辆和143万辆,同比分别增长48%和49.6%。而结合各家新能源车企所公布的销量数据来看,比亚迪再度夺得了销冠宝座,其10月新能源汽车销量达到了502657辆,同比增长66.53%。众所周知,比亚迪是新能源汽车领域的重要参与者,其一举一动向来为外界所关注。日前,比亚迪汽车旗下品牌方程豹汽车推出了新车方程豹豹8,该款车型一上市就迅速吸引了消费者的目光,成为SUV
    刘旷 2024-12-02 09:32 71浏览
  • 在电子技术快速发展的今天,KLV15002光耦固态继电器以高性能和强可靠性完美解决行业需求。该光继电器旨在提供无与伦比的电气隔离和无缝切换,是现代系统的终极选择。无论是在电信、工业自动化还是测试环境中,KLV15002光耦合器固态继电器都完美融合了效率和耐用性,可满足当今苛刻的应用需求。为什么选择KLV15002光耦合器固态继电器?不妥协的电压隔离从本质上讲,KLV15002优先考虑安全性。输入到输出隔离达到3750Vrms(后缀为V的型号为5000Vrms),确保即使在高压情况下,敏感的低功耗
    克里雅半导体科技 2024-11-29 16:15 122浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦