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Predix Asset Service深度分析

前言

在IIOT领域,面临着保存海量数据的挑战,具体到Asset层面,则要保存物理对象,逻辑对象,复杂的关系,并支持对象间的组合,分类,标签和高效查询。总结来说,可以归纳为如下几种需求:

 

  1. 灵活的建模风格:支持不同业务领域业务对象

  2. 支持自定义属性:可以是简单的字符串,也可以是对象

  3. 支持对象间关系:层次或图关系

  4. 支持对象间组合:如电机由线圈和转子组成

  5. 支持分类:对对象做宏观分类并保存公共属性

  6. 支持标签:方便用户查询

  7. 支持灵活和高性能查询:支持针对属性,针对关系,层次等查询。

  8. 操作历史:操作日志和审计

  9. 业务能力扩展:脚本

架构

Predix架构如下所示:

技术分享

 

  • REST API layer

Client应用可以通过REST API服务获取asset数据。这些接口提供了JSON形式的接口,用户可以通过POST形式传递这些数据。为了使用这些API,应用程序发送HTTPS请求并解析响应。可以使用任何web端开发语言解析。

  • Representation layer

Representation Layer将数据由JSON转换为内部图形式表示,也负责完成相反的过程。

  • Query engine

Query engine允许开发者使用JSON AND Graph Expression(GEL)来获取Asset Data Store中保存的任意对象或对象属性的数据。

  • Audit History Service

提供API用来获取Asset Service库中REST请求的历史信息。

  • Script engine

使用户能够将定制的业务逻辑绑定到Asset Service的REST API上。

  • Cassandra graph database

Assert Service将数据保存于Apache Cassandra Nosql数据库中

数据模型

asset

Asset模型可以理解为物理设备在虚拟世界的映射,Asset不但包含设备本身,也包含该设备如何组织和关联的信息。

classification

对asset进行分类,并保存其公共信息。

custom modeling object

自定义的模型,用来进一步进行描述,如生产商等。

API CategoryDescription
Assets典型的,我们采用层次结构定义asset,由parent asset和一个或多个child asset组成。我们可以将asset与一个classification或任意数目的custom modeling object关联。Asset可以包含任意多个用户自定义属性(custom-defined attribute)。

一个asset也可独立存在于系统中,不与任何的其他建模元素关联。
Classifications

采用树状结构组织,并了一种对asset进行分组和跟踪公共属性的手段。一个classification可以指向多个asset。classification的任意层次上均可以指定attribute。

Custom modeling objects

定制模型对象(custom modeling object)是层次化的,我们可以使用它为asset提供更多的信息。例如,我们可以为asset location,manufactureer等创建单独的对象。一个location可以与多个asset关联,类似的,一个asset也可以关联多个location。

模型示例

技术分享

Fleets Sample JSON

{

"uri":"/fleets/up-1",

"name":"Union Pacific Fleet 1",

"customer":"/customers/union-pacific"

},

Manufacturers Sample JSON

"uri":"/manufacturers/GE",

"name":"General Electric Transportation",

"year_founded":"1892",

"hqLatLng":{

        "lat":41.881138, 

        "lng":-87.640666}

}

Engines Sample Data

{

"uri":"/engines/v12-1",

"type":"7FDL",

"horsepower":"4400",

"stroke":"230",

"bore":"220",

"RPM":"2400",

"manufacturer":"/manufacturers/GE"

}

Locomotives Sample JSON

{

"uri":"/locomotives/1",

"type":"Diesel-electric",

"model":"ES44AC",

"serial_no":"001",

"emission_tier":"0+",

"fleet":"/fleets/up-1",

"manufacturer":"/manufacturers/GE",

"engine":"/engines/v12-1",

"installedOn":"01/12/2005",

"dateIso":"2005-12-01T13:15:31Z",

"hqLatLng":{

"lat":33.914605,

"lng":-117.253374

}

}

从上面的例子可以看出模型是如何组织的。

存储分析

Asset的存储要考虑两个部分,json-schema和json。json-schema是json的校验标准,任何对存储系统的修改都需要使用json-schema校验。更加抽象的思考,json-schema类似于面向对象的类,而json则是类的实现:对象。只是这种实例化是由RESTAPI触发的,且合法性由json-schema保证。

 

由于工业领域需要面对海量对象,海量关系及多种结构的数据对象(blob value,,picture, log)等,传统的SQL数据库必然无法满足这些需求,且对于JSON来说,最适合应用key-value数据库类型,当然该数据库需要提供良好的性能及可扩展性。

 

经过近些年的发展,cassandra与hbase在不同领域内的应用出现了分化,hbase纪玉hadoop,支持mapreduce,更加适合于大数据计算的场景;而cassandra除了在范围查询性能落后与hbase之外,在易用性,可扩展性,健壮性(无管理节点),以及在大多数的性能应用场景上对hbase存在优势,因此考虑使用cassandra作为asset的存储。

 

具体的,使用cassandra要满足如下的要求:

 

  • 良好的横向扩展性

  • 良好的可维护性

  • 高性能

  • 支持历史记录存储

  • 能够扩展关系存储及查询

可扩展性

Predix提供了Javascript语言支持更多的自定义应用。

 

JS支持是JDK自带的功能,而Predix将此功能应用在REST API上,能够在REST API的执行前后运行JS脚本,实现功能的扩展。其中REST API既可以是资源的CRUD API,也可以是自定义API。其执行逻辑为:开始--->(JS代码)--->REST API--->(JS代码)-->系统通知

 

也即JS代码可以选择在REST API执行前后执行,如果JS代码在REST API执行前,则可用于输入数据校验等,如果在REST API执行后,则可进行通知发送等应用。为了更加灵活的使用JS代码,JS代码中可以引用已经定义的工具方法(Predix提供),也可以调用其他REST API接口。

 

JS代码执行时工业云应用必备的部分,如SCADA系统和Thingwrox均提供了JS代码执行功能。但Thingwrox的JS执行依附于Thing本身(自定义方法)及订阅,而Predix则基于对已有REST API的封装(当然也支持自定义的REST API),总的来说Thingwrox实现的功能,predix也能实现。

 

例如:

        1. 调用系统方法(predix和thingwrox均提供了系统方法)

        2. 调用asset的属性(均可,thingwrox可以在脚本中通过this.引用)

        3. 调用asset的方法(thingwrox可以,predix不明)

        4. 调用其他asset的属性(predix通过restapi查询)

        5. 调用其他asset的方法(可以实现,只要是REST API形式暴露)

        6. 执行结果返回(predix可以通过消息队列返回数据)

        

关键技术

JSON-SCHEMA

http://json-schema.org/,

 

用以描述JSON的数据结构并做验证,JSON-SCHEMA是静态JSON描述,本身不具有任何约束力,需要在实现中加以限制:如执行新增操作时必须验证SCHEMA。

 

CASSANDRA

CASSANDRA是一个key-value数据库,具有高性能,高可靠性,去中心化等特性,并支持GRAPH扩展。

 

http://www.cnblogs.com/loveis715/p/5299495.html 

GEL

如果数据只能存储而不能查询,那就没有任何意义。predix定义了GEL语言用于查询Asset数据,该查询语言是灵活的,支持分页,过滤,正则表达式及关系查询。Asset服务就是要存储所有的模型数据,因此不能针对具体需求做针对性的开发。

 

在Asset  Service中,专门存在查询引擎(Graph Expression Lanauge Query Engine)完成这一功能,这也是工业云平台开发中所必须的。

 

业界比对

这里主要与Thingwrox做比对,Thingworx更是一个物联网平台,而Predix是工业云平台,定位不同,决定了这两个平台在设计上的取舍不同。

 

从建模进行比较,Thingworx弱化了多租户概念,并且基于对类-对象的抽象,给出了Thing-ThingTemplate-ThingShape的模型,能够对每一物理/逻辑实体进行建模。如一个泵,或者是以datasource;而Predix更偏重与处理工业领域的物理实体映射,并不试图建立一个包含一切的建模环境,这种取舍,在工业领域是可以理解的。


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