Redis技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)工商業(yè)燃?xì)鉄o(wú)線抄表平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
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0 引 言
燃?xì)庠诔鞘薪ㄔO(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，用戶種類和數(shù)量迅猛增長(zhǎng)，用氣結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化。要實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)獾暮侠砝茫?燃?xì)獾挠?jì)量收費(fèi)管理工作非常重要 [1]。燃?xì)獗碛脩舸笾路譃楣I(yè)用戶與居民用戶兩種，由于兩種燃?xì)獗淼氖褂铆h(huán)境不同， 因而抄表方式也存在很大的差異，但大體可分為兩種，即人工抄表和自動(dòng)抄表。人工抄表耗時(shí)大，成本高，存在入戶不及時(shí)、錯(cuò)抄、漏抄的可能，因此自動(dòng)抄表大勢(shì)所趨 [2]。隨著無(wú)線通信行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的無(wú)線技術(shù)被應(yīng)用到電力、水力和燃?xì)獾?a href="/tags/無(wú)線抄表" target="_blank">無(wú)線抄表系統(tǒng)中。
目前在民用燃?xì)獬硐到y(tǒng)中的無(wú)線采集方案多由無(wú)線燃?xì)獗?、集中器、手持機(jī)及后臺(tái)抄表系統(tǒng)組成。無(wú)線燃?xì)獗聿捎肔oRa 或 ZigBee 無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)，將各住戶家中的燃?xì)鈹?shù)據(jù)定時(shí)上送到集中器，在集中器上安裝 GPRS 通信模塊，定時(shí)遠(yuǎn)傳給后臺(tái)抄表系統(tǒng)中。當(dāng)抄表遇到故障時(shí)可根據(jù)后臺(tái)抄表系統(tǒng)的提示定位到具體用戶，再派專業(yè)的技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)手持機(jī)重抄或檢查故障。這種抄表方式有效解決了燃?xì)夤灸壳笆褂脝渭兓韼?lái)的數(shù)據(jù)收集不及時(shí)、入戶難、無(wú)法了解移表、拆表和竊盜氣現(xiàn)象及難于保障安全監(jiān)測(cè)等問(wèn)題，相比傳統(tǒng)的RS 485 集中自動(dòng)抄表方式解決了布線困難的問(wèn)題，非常適合部分年代久遠(yuǎn)小區(qū)的改造。
但工業(yè)用戶不宜采取以上方式。對(duì)于民用無(wú)線抄表，小區(qū)住戶集中，集中器的安裝較方便，一般一個(gè)采集器可通過(guò)LoRa 無(wú)線連接至少 200 臺(tái)燃?xì)獗恚阌诩胁杉芾聿p少通過(guò)GPRS 上送數(shù)據(jù)的流量?？蓪?duì)于各工業(yè)用燃?xì)庥脩魜?lái)說(shuō)， 不具備地理上的集中優(yōu)勢(shì)，用戶分散排布，無(wú)法集中安裝燃?xì)獗?。?duì)于這種散落分布的工業(yè)燃?xì)庥脩?，可在燃?xì)饣砩霞友bGPRS 通信模塊，使每個(gè)分散的工業(yè)用戶作為獨(dú)立個(gè)體直接上傳數(shù)據(jù)到后臺(tái)系統(tǒng)中，避免因地理位置分散，給抄表人員帶來(lái)的極大不便，同時(shí)也節(jié)省了大量人力、物力和財(cái)力。
1 思想架構(gòu)
1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
在工業(yè)燃?xì)馄つけ砘砩现苯蛹友b GPRS通信模塊后， 從燃?xì)獗砩献x取的數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)或定時(shí)上傳到后臺(tái)抄表平臺(tái)系統(tǒng)中。抄表平臺(tái)采用 B/S架構(gòu)，任意聯(lián)網(wǎng)的瀏覽器只要具有一定的權(quán)限都可進(jìn)行訪問(wèn)操作。底層燃?xì)獗硗ㄟ^(guò)GPRS方式通信， 采用 TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，應(yīng)用層協(xié)議為《工業(yè)預(yù)付費(fèi)遠(yuǎn)程表通訊協(xié)議》。后臺(tái)軟件系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集服務(wù)前置端，客戶操作服務(wù)端兩大類。系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1所示。
無(wú)線燃?xì)獗砻扛粢恍r(shí)會(huì)采樣保存一個(gè)點(diǎn)，每天通過(guò)GPRS 定時(shí)上線一次，上線后將 24 個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)直接寫入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。但這種頻繁的I/O 操作較耗時(shí)，抓取每個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)成功寫入數(shù)據(jù)庫(kù)大約需要 3 s 的時(shí)間。隨著在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上線設(shè)備數(shù)量增多，數(shù)據(jù)的延遲時(shí)間將增加，導(dǎo)致每個(gè)燃?xì)獗淼木S持在線時(shí)間加長(zhǎng)，增加了燃?xì)獗淼墓?，減少了電池的使用時(shí)間。頻繁更換電池不僅增加了使用成本，也為用戶帶來(lái)了不必要的麻煩，此時(shí)考慮將數(shù)據(jù)采集服務(wù)器部分的數(shù)據(jù)庫(kù)交互部分與采集部分獨(dú)立開來(lái)，以分擔(dān)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，Redis 技術(shù)因此被引入。
1.2 Redis簡(jiǎn)介及特性
Redis（Remote Dictionary Server）基于遠(yuǎn)程字典服務(wù)， 是非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（Not Only SQL，NoSQL）產(chǎn)品之一，它支持網(wǎng)絡(luò)、key-value 模型等存儲(chǔ)系統(tǒng)， 可用作數(shù)據(jù)庫(kù)、高速緩存和消息隊(duì)列代理 [3]。Redis 的出現(xiàn)，很大程度補(bǔ)償了memcached key/value 存儲(chǔ)的不足，在部分場(chǎng)合可對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)起到很好的補(bǔ)充作用。其支持的存儲(chǔ) value 類型包括 string（字符串），list（鏈表），set（無(wú)序集合），zset（sorted set 有序集合）和 hash，也可將 Redis 看成一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)服務(wù)器。這些數(shù)據(jù)類型都支持 push/pop，add/remove 及交集、并集和差集運(yùn)算，Redis 支持各種不同方式的排序。數(shù)據(jù)緩存在內(nèi)存中， 可周期性地把更新的數(shù)據(jù)寫入磁盤或把修改操作寫入追加的記錄文件，并實(shí)現(xiàn) master-slave（主從）同步。它提供了 Java， C/C++，C#，PHP，JavaScript，Perl，Object-C，Python， Ruby，Erlang 等客戶端，使用方便。
Redis 是基于 C/C++ 開發(fā)的一款 K-V 數(shù)據(jù)庫(kù)，特點(diǎn)是運(yùn)行快，使用類 Telnet 協(xié)議 [4]。
Redis 具有如下特性 ：
（1）性能高。Redis 讀的速度是 110 000 次 /s，寫的速度是 81 000 次 /s ；
（2）豐富的數(shù)據(jù)類型。Redis 支持二進(jìn)制案例的 Strings，Lists，Hashes，Sets 及 Ordered Sets 數(shù)據(jù)類型操作 ；
（3）Redis 的所有操作都是原子性的，同時(shí) Redis 還支持對(duì)幾個(gè)操作全并后的原子性執(zhí)行 ；
（4）豐富的特性。Redis 還支持 publish/subscribe（發(fā)布訂閱模式），通知，key 過(guò)期等。
1.3 Redis的使用
安裝好 Redis 數(shù)據(jù)服務(wù)器，確定好通道名稱，采用發(fā)布 / 訂閱方式，即數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過(guò) Redis 的發(fā)布方式將采集的數(shù)據(jù)發(fā)布到 Redis 數(shù)據(jù)服務(wù)器中，任務(wù)完成即返回?？蛻鬢eb 訪問(wèn)服務(wù)器通過(guò)訂閱方式將接收到的發(fā)布數(shù)據(jù)批量寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)采集，有效分擔(dān)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的工作，實(shí)現(xiàn)了分布式架構(gòu)。在當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)大環(huán)境下，Redis 技術(shù)突顯了分布式架構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
2 實(shí)現(xiàn)方法
本次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器軟件平臺(tái)用 Java 語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，TCP/IP 部分采用開源的 Mina 框架實(shí)現(xiàn)了多線程的整合調(diào)度，再配合 Redis 技術(shù)，采用 JSON 格式發(fā)布 / 訂閱的消息，規(guī)范統(tǒng)一。
連接 Redis 服務(wù)器代碼如下：
Public static void ConnectRedis（）
{
if（jedisPool!=null）
{
jedisPool.destroy（）；
jedisPool=null ；
}
Jed isPoolCon f ig m Jed isPoolCon f ig = new
JedisPoolConfig（）；
// 最大空閑連接數(shù)，默認(rèn) 8 個(gè)
mJedisPoolConfig.setMaxIdle（8）；
// 可用連接實(shí)例的最大數(shù)目，默認(rèn)值為 8
// 如果賦值為 -1，則表示不限制
mJedisPoolConfig.setMaxTotal（GloableData.
RedisConnectCount）；
// 等待可用連接的最大時(shí)間，單位 ms，默
認(rèn)值為 -1，表示永不超時(shí)。如果超過(guò)等待時(shí)間，則直接拋出
JedisConnectionException
mJedisPoolConfig.setMaxWaitMillis（10000）；
// 在 borrow 1 個(gè) jedis 實(shí)例時(shí)， 是否提前進(jìn)行
validate 操作 ；如果為 true，則得到的 jedis 實(shí)例均是可用的 ；
mJedisPoolConfig.setTestOnBorrow（true）；
mJedisPoolConfig.setBlockWhenExhausted
（true）；
mJedisPoolConfig.setTestOnReturn（true）；
mJedisPoolConfig.setTimeBetweenEvictionRuns
Millis（30000）；
jedisPool=newJedisPool（mJedisPoolConfig，
GloableData.RedisAddress， GloableData.RedisPort）；
}
將發(fā)布的數(shù)據(jù)發(fā)送到 Redis 服務(wù)器上的代碼如下；
Public static void PublishDataTORedis（String strData）
{
Jedisjedis = null ；
try
{
jedis = jedisPool.getResource（）；
String strChannel=GloableData.RedisChannelName ；
jedis.publish（strChannel， strData）；
nRedisCount++ ；
}
catch（Exception e）
{
logger.info（"Redis 發(fā)送異常：{}"，Common.
getStackTree（e））；
jedisPool.returnBrokenResource（jedis）；
// 歸還異常的 jedis 對(duì)象
}
finally
{
// 返還到連接池
close（jedis）；
}
}
從上述代碼中可以看出 Redis 的使用非常簡(jiǎn)便，大大縮短了開發(fā)周期并有效分擔(dān)了數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的工作負(fù)荷。采用 Redis 技術(shù)后，每個(gè)燃?xì)獗淼牟杉瘯r(shí)間縮短到 500 ms以內(nèi)，燃?xì)獗泶_認(rèn)服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后立刻下線，有效節(jié)省了電池電量，收到了良好的效果。
3 結(jié) 語(yǔ)
無(wú)線燃?xì)獬砑夹g(shù)已被廣泛用于各燃?xì)夤?，?shù)據(jù)上送到平臺(tái)后，可擴(kuò)展的業(yè)務(wù)，如統(tǒng)計(jì)查詢、對(duì)比分析、線上線下預(yù)付費(fèi)等，均可利用互聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行，使用戶有更好的體驗(yàn)和更靈活的操作方式。
本文提到的 Redis 技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到無(wú)錫燃?xì)夤緦?duì)部分工商業(yè)燃?xì)庥脩舻母脑祉?xiàng)目中，采用華潤(rùn)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃?xì)庥脩魯?shù)據(jù)的讀取和統(tǒng)計(jì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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