構建基於 HarmonyOS Next 的分散式工業監控系統

SameX發表於2024-11-16
分散式

本文旨在深入探討華為鴻蒙HarmonyOS Next系統（截止目前API12）的技術細節，基於實際開發實踐進行總結。
主要作為技術分享與交流載體，難免錯漏，歡迎各位同仁提出寶貴意見和問題，以便共同進步。
本文為原創內容，任何形式的轉載必須註明出處及原作者。

工業自動化和智慧製造的發展，正推動著裝置監控和遠端控制系統的普及。在工業場景中，確保裝置實時監控和高效執行對安全和生產效率至關重要。HarmonyOS Next 提供的 Distributed Service Kit (分散式管理服務) 可以為開發者帶來一套高效、可靠的多裝置分散式管理方案。本文將基於 Distributed Service Kit 的核心功能，構建一個工業裝置分散式監控與遠端控制系統，實現對工業裝置的實時狀態監控、資料採集和遠端控制。

1. 需求分析

在工業環境中，裝置的實時監控和遠端控制主要包括以下需求：

  • 裝置狀態監控：確保對裝置狀態的實時監控和異常事件的迅速響應，避免生產事故。
  • 資料採集與傳輸：採集溫度、溼度、功率等裝置執行引數，並以低延時、高可靠性的方式傳輸到監控中心。
  • 遠端控制：在監控中心或指定終端裝置上控制工廠中的裝置，實現裝置的啟動、停止和引數調整。
  • 安全與許可權控制：工業系統中的資料通常涉及敏感資訊，確保資料加密和許可權控制對不同級別使用者的訪問限制是必要的。

2. 系統架構設計

基於 HarmonyOS Next 的分散式管理，我們可以設計一個多層次的工業裝置監控架構。

2.1 架構分層

層級 功能描述
資料採集層 透過 MDNS 服務採集裝置的感測器資料，並對狀態進行定期檢測與記錄。
監控層 使用分散式管理實現裝置的狀態監控與實時資料傳輸，顯示在終端裝置或管理平臺上。
控制層 透過 HTTP 介面進行遠端指令下達，執行控制裝置的具體操作。

2.2 多播資料傳輸方案

  • 多播資料傳輸：為了在工業環境下的多個裝置間實現狀態廣播與資料採集，使用 MDNS 服務和多播協議是一種低延時且高效的解決方案。多播資料傳輸方案尤其適用於區域網環境，可以節省網路頻寬，提高資料同步的實時性。

2.3 安全與許可權控制策略

工業環境中的許可權管理相對複雜，分為多個角色和許可權等級。具體策略如下：

  • 角色劃分：操作員、工程師、管理員各自有不同許可權，確保在緊急情況或操作失誤時能夠限制對關鍵裝置的訪問。
  • 資料加密：傳輸過程中對資料進行加密，防止外部竊取和資料篡改。
  • 身份驗證：透過 Distributed Service Kit 提供的裝置認證機制，在允許訪問前驗證每個裝置的合法性。

3. 實現方案

3.1 多裝置監控

在監控系統中，多裝置監控功能透過分散式裝置發現、狀態監聽和資料傳輸來實現。以下程式碼展示了透過 MDNS 服務發現並監聽各個裝置的狀態：

import { mdns } from '@kit.NetworkKit';
import { http } from '@kit.NetworkKit';

// 建立 MDNS 服務進行裝置發現
let serviceType = "_monitor_device._tcp";
let discoveryService = mdns.createDiscoveryService(getContext(), serviceType);

discoveryService.on('serviceFound', (deviceInfo) => {
    console.log("發現裝置: ", deviceInfo.serviceName);
    // 記錄裝置並監聽狀態
});

// 啟動裝置發現服務
discoveryService.startSearchingMDNS();

上面的程式碼透過 MDNS 服務發現網路中的裝置，並且在 serviceFound 事件中記錄每個發現的裝置。這樣，我們可以實現對裝置的實時監控和快速管理。

3.2 資料採集與傳輸

透過 Distributed Service Kit 中的 HTTP 請求介面，可以實現資料的採集和傳輸。例如在每個裝置上，我們可以部署資料採集的定時任務，將實時資料透過 HTTP 傳輸到主控裝置或監控中心：

// 定時採集裝置資料
function collectDeviceData() {
    httpRequest.request(
        "http://monitoring-center-ip:8080/data",
        {
            method: http.RequestMethod.POST,
            extraData: JSON.stringify({ temperature: 35.5, humidity: 60 }),
        },
        (err, data) => {
            if (!err) {
                console.info("資料傳送成功:", data.result);
            } else {
                console.error("資料傳送失敗:", err);
            }
        }
    );
}

// 設定採集頻率
setInterval(collectDeviceData, 60000);  // 每60秒採集一次資料

此程式碼展示瞭如何在裝置端定時採集併傳送資料。透過這種方式，監控中心能夠實時接收到各裝置的資料，從而在出現異常時及時響應。

3.3 遠端指令控制

遠端指令控制功能在工業監控系統中用於向裝置下達操作指令。我們可以透過 HTTP 介面實現遠端裝置的控制，如裝置啟動、停止等操作。

httpRequest.request(
    "http://device-ip-address:8080/control",
    {
        method: http.RequestMethod.POST,
        extraData: JSON.stringify({ command: "startMachine", parameters: { speed: 100 } }),
    },
    (err, data) => {
        if (!err) {
            console.info("裝置操作成功:", data.result);
        } else {
            console.error("裝置操作失敗:", err);
        }
    }
);

在該示例中，監控中心向指定裝置傳送遠端指令，透過 JSON 資料傳遞控制引數。裝置接收到指令後，根據請求的內容執行對應操作。此功能為工業裝置的遠端管理提供了靈活的支援。

4. 穩定性與安全性最佳化

在工業場景下，裝置的穩定性和資料安全性尤為重要。為此，我們需要在系統中加入一些針對性最佳化措施。

4.1 斷網重連機制

由於工業環境中網路波動可能頻繁，系統應具備自動斷網重連的功能，以確保在網路恢復後裝置能自動恢復連線。例如，可以在 MDNS 服務和 HTTP 請求中加入重試機制，確保資料傳送和狀態監控的穩定性。

4.2 資料冗餘與快取處理

為了提高資料的穩定性，我們可以在監控系統中設定資料冗餘。例如，在採集端使用本地快取儲存未傳送的資料，等網路恢復後再統一傳送，避免資料丟失。

4.3 許可權控制與資料加密

工業資料涉及高敏感性資訊，必須在資料傳輸時加密，以防止外部攻擊。可以使用 AES 或 RSA 加密演算法確保資料傳輸安全。此外，對關鍵操作如裝置啟動、停止設定多重驗證機制，確保系統安全。

5. 總結

藉助 HarmonyOS Next 的 Distributed Service Kit，我們可以在工業環境中實現裝置的實時監控與遠端控制。本文透過分層的架構設計、合理的許可權管理和資料傳輸方案，構建了一個適用於工業場景的分散式裝置監控系統。不僅實現了對裝置狀態的精準控制，還確保了系統的穩定性和安全性。在實際開發中，我們開發者可以根據具體需求進一步最佳化系統，為工業裝置的高效管理與智慧化運維提供強大支援。

HarmonyOS Next 在工業物聯網的應用場景中具有廣泛潛力，透過對分散式管理功能的深度利用，可以構建出更多創新性應用，未來可在更多工業場景中持續探索其價值。

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