1. 工程代碼及結(jié)構(gòu)分析

文檔更新日期：2023-02-20 11:21:00

ThingsBoard 是什么

ThingsBoard 是一個備受矚目的開源物聯(lián)網(wǎng)平臺，其優(yōu)秀的性能和高效的性能得到了廣大開發(fā)者的認可。ThingsBoard 用于數(shù)據(jù)收集、處理、可視化和設(shè)備管理的開源物聯(lián)網(wǎng)平臺。它通過行業(yè)標準的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 - MQTT、CoAP 和 HTTP 實現(xiàn)設(shè)備連接，并支持云和本地部署。Thingsboard 具有可伸縮性、容錯性和性能優(yōu)越的特點。

功能列舉：

• 設(shè)備管理，資產(chǎn)和客戶并定義他們之間的關(guān)系。
• 基于設(shè)備和資產(chǎn)收集數(shù)據(jù)并進行可視化。
• 采集遙測數(shù)據(jù)并進行相關(guān)的事件處理進行警報響應(yīng)。
• 基于遠程 RPC 調(diào)用進行設(shè)備控制。
• 基于生命周期事件、REST API 事件、RPC 請求構(gòu)建工作流。
• 基于動態(tài)設(shè)計和響應(yīng)儀表板向你的客戶提供設(shè)備或資產(chǎn)的遙測數(shù)據(jù)。
• 基于規(guī)則鏈自定義特定功能。
• 發(fā)布設(shè)備數(shù)據(jù)至第三方系統(tǒng)。

了解更多功能請參見 ThingsBoard 功能列表 。

ThingsBoard 功能

功能模塊結(jié)構(gòu)劃分

其他目錄結(jié)構(gòu)劃分

說明：aplication，rule-engine 和 transport 是需要重點關(guān)注的內(nèi)容。已著重加粗表示。

編程語言和第三方
ThingsBoard 后端是用 Java 編寫的但是我們也有一些基于 Node.js 的微服務(wù)。
ThingsBoard 前端是基于 Angular JS 框架的 SPA。
有關(guān)使用的第三方組件的更多詳細信息請參見整體和微服務(wù)頁面。

協(xié)議 Apache 2.0 License。

架構(gòu)說明

ThingsBoard 設(shè)計原則:

• 高擴展: 使用領(lǐng)先開源技術(shù)構(gòu)建的可水平擴展平臺。
• 高容錯：無單點故障集群中的每個節(jié)點都是相同的。
• 高性能：單個服務(wù)器節(jié)點可以根據(jù)用例處理幾十甚至數(shù)十萬個設(shè)備，集群可以處理數(shù)百萬臺設(shè)備。
• 高靈活：開發(fā)新功能可以方便的使用自定義部件、規(guī)則引擎等。
• 持久化：數(shù)據(jù)永久保存

重要概念：

設(shè)備接入：MQTT、CoAP、HTTP
規(guī)則引擎：配置設(shè)備消息的處理流程
核心服務(wù)：設(shè)備認證、規(guī)則和插件、租戶和客戶、小組件和儀表盤、告警和事件
服務(wù)端 API 網(wǎng)關(guān)：REST API、websockets
Actor 模型：主要用于并發(fā)
集群模式：Zookeeper 用于服務(wù)發(fā)現(xiàn)，一致性哈希保證消息的擴展性和可用性。
安全：SSL用于 HTTP 和 MQTT
設(shè)備認證：Token 和 X.509
第三方工具：AKKA【Actor】、Zookeeper、gRPC、Cassandra

單體技術(shù)架構(gòu)說明

目前一共包含 Transports，UI，core 和 Rule-Engine 四部分內(nèi)容。

1. Core 服務(wù)

ThingsBoard Core 負責處理 REST API 調(diào)用和 WebSocket 訂閱。它還負責存儲有關(guān)活動設(shè)備會話和監(jiān)視設(shè)備連接狀態(tài)的最新信息。ThingsBoard 核心使用角色系統(tǒng)實現(xiàn)主要實體的角色: 租戶和設(shè)備。平臺節(jié)點可以加入集群，其中每個節(jié)點負責傳入消息的某些分區(qū)。

包接口展示：

• appaction.main.java.org.thingsboard.server ThingsboardServerApplication.java(啟動類)
• install 服務(wù)開啟相關(guān)配置、異常和調(diào)用
• exception 響應(yīng)錯誤及錯誤邏輯處理
• controller 頁面展示必要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口
• service 為 controller 提供支持
• config 為同源策略、swagger、webSocket、消息及安全配置注冊 spring bean

2. Transports components

ThingsBoard 提供基于 MQTT、 HTTP、 CoAP 和 LwM2M 的 api，可用于設(shè)備應(yīng)用程序/固件。每個協(xié)議 api 都由一個單獨的服務(wù)器組件提供，并且是 ThingsBoard “傳輸層”的一部分。MQTT 傳輸還提供了網(wǎng)關(guān) api，供代表多個連接設(shè)備和/或傳感器的網(wǎng)關(guān)使用。

一旦傳輸從設(shè)備接收到消息，它將被解析并推送到持久消息隊列。只有在消息隊列確認了相應(yīng)的消息之后，消息傳遞才會被設(shè)備確認。

3. Rule-Engine component

ThingsBoard 規(guī)則引擎是系統(tǒng)的核心，負責用用戶定義的邏輯和流程處理傳入的消息。使用了 Actor System 來實現(xiàn)主要實體的參與者: 規(guī)則鏈和規(guī)則節(jié)點。規(guī)則引擎節(jié)點可以加入集群，其中每個節(jié)點負責傳入消息的某些分區(qū)。

Rule Engine 訂閱來自隊列的傳入數(shù)據(jù)提要，并且只在處理消息后才確認該消息。有多種策略可用于控制訂單或消息處理以及消息確認標準。詳情請參閱提交策略和處理策略。

規(guī)則引擎可以在兩種模式下運行: 共享和隔離。在共享模式下，規(guī)則引擎處理屬于多個承租者的消息。在隔離模式下，規(guī)則引擎可能被配置為僅處理特定承租者的消息。

4. Web UI 服務(wù)

ThingsBoard 提供了一個使用 Express.js 框架編寫的輕量級組件來承載靜態(tài) web ui 內(nèi)容。這些組件是完全無狀態(tài)的，沒有多少可用的配置。靜態(tài)網(wǎng)頁界面包含捆綁。一旦加載完成，應(yīng)用程序就開始使用 ThingsBoard Core 提供的 REST API 和 websocket API。

微服務(wù)架構(gòu)說明

自 ThingsBoard v2.2 以來，該平臺支持微服務(wù)部署模式。這里會說明包括高級圖、各種服務(wù)之間的數(shù)據(jù)流描述以及所做的一些架構(gòu)選擇。

thingsboard 微服務(wù)構(gòu)架詳情：https://thingsboard.io/docs/reference/msa/

1. Transport 微服務(wù)

ThingsBoard 提供基于 MQTT、 HTTP 和 CoAP 的 api，可用于設(shè)備應(yīng)用程序/固件。每個協(xié)議 api 都由一個單獨的服務(wù)器組件提供，并且是 ThingsBoard 傳輸層的一部分。

2. Node 微服務(wù)

節(jié)點是一個用 Java 編寫的核心服務(wù)，負責處理:

• REST API 調(diào)用;
• 關(guān)于實體遙測和屬性更改的 WebSocket 訂閱;
• 通過規(guī)則引擎處理消息;
• 監(jiān)視設(shè)備連接狀態(tài)(活動/非活動)。

注意: ThingsBoard v2.5 調(diào)度將規(guī)則引擎移動到單獨的微服務(wù)。

ThingsBoard 節(jié)點使用 Actor System 來實現(xiàn)租戶、設(shè)備、規(guī)則鏈和規(guī)則節(jié)點參與者。平臺節(jié)點可以加入集群，其中每個節(jié)點相等。服務(wù)發(fā)現(xiàn)是通過 Zookeeper 完成的。節(jié)點使用基于實體 id 的一致哈希算法在彼此之間路由消息。因此，同一實體的消息在同一 ThingsBoard 節(jié)點上處理。平臺使用 gRPC 在 ThingsBoard 節(jié)點之間發(fā)送消息。

注意: ThingsBoard 的作者們考慮在未來的版本中從 gRPC 遷移到 Kafka，以便在 ThingsBoard 節(jié)點之間交換消息。其主要思想是犧牲小的性能/延遲代價，以換取 Kafka 用戶組提供的持久可靠的消息傳遞和自動負載平衡。

3. Web UI 微服務(wù)

提供了一個使用 Express.js 框架編寫的輕量級組件來承載靜態(tài) web ui 內(nèi)容。這些組件是完全無狀態(tài)的，沒有多少可用的配置。

4. JavaScript Executor 微服務(wù)

ThingsBoard 規(guī)則引擎允許用戶指定自定義的 JavaScript 函數(shù)來解析、過濾和轉(zhuǎn)換消息。由于這些函數(shù)是用戶定義的，因此我們需要在獨立的上下文中執(zhí)行它們，以避免影響主處理。提供了一個使用 Node.js 編寫的輕量級組件，遠程執(zhí)行用戶定義的 JavaScript 函數(shù)，將它們與核心規(guī)則引擎組件隔離開來。

依賴中間件說明

單體架構(gòu)依賴中間件說明

消息隊列

ThingsBoard 支持多種消息隊列實現(xiàn): Kafka、 RabbitMQ、 AWS SQS、 Azure 服務(wù)總線和 Google Pub/Sub。未來 thingsborad 還會將名單進行擴充。

數(shù)據(jù)庫

ThingsBoard 使用數(shù)據(jù)庫存儲實體(設(shè)備、資產(chǎn)、客戶、儀表板等)和遙測數(shù)據(jù)(屬性、時間/傳感器讀數(shù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、事件)。平臺目前支持三種數(shù)據(jù)庫選項:

• NoSQL (不推薦)-存儲所有實體和遙測數(shù)據(jù)在 NoSQL 數(shù)據(jù)庫。ThingsBoard 的作者建議使用 Cassandra，這是目前唯一一個 ThingsBoard 支持的 NoSQL 數(shù)據(jù)庫。
• 混合(PostgreSQL + Cassandra)-在 PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫中存儲所有實體，在 Cassandra 數(shù)據(jù)庫中存儲時間序列數(shù)據(jù)。
• 混合(PostgreSQL + Timescale)-在 PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫中存儲所有實體，在 Timescale 數(shù)據(jù)庫中存儲時間序列數(shù)據(jù)。

Redis

Redis 用于緩存資產(chǎn)、實體視圖、設(shè)備、設(shè)備憑證、設(shè)備會話和實體關(guān)系。

微服務(wù)架構(gòu)依賴中間件說明

在單體架構(gòu)需要的中間件的基礎(chǔ)上，還要有以下補充。

kafka

ThingsBoard 使用 Kafka 持久保存從 HTTP / MQTT / CoAP 傳輸站傳入的遙測數(shù)據(jù)，直到它被規(guī)則引擎處理為止。ThingsBoard 還在微服務(wù)之間使用 Kafka 進行一些 API 調(diào)用。

Zookeeper

Zookeeper 可實現(xiàn)高度可靠的分布式協(xié)調(diào)。使用 Zookeeper 來處理從單個實體（設(shè)備、資產(chǎn)、租戶）到特定 ThingsBoard 服務(wù)器的請求處理，并確保只有一個服務(wù)器在單個時間點處理來自特定設(shè)備的數(shù)據(jù)。Zookeeper 使用一致性哈希算法確定每個使用者應(yīng)訂閱的分區(qū)列表。如單體架構(gòu)中使用了 kafka 則會成為必選組件。

LoadBalancer 組件

在微服務(wù)架構(gòu)中，官方建議使用 HAProxy，您也可以用一些其他 LoadBalancer。