关于ThingsBoard开源物联网平台介绍

ThingsBoard开源物联网平台详解

随着物联网技术的飞速发展，企业和个人开发者对于物联网平台的需求日益增长。ThingsBoard作为一个全栈开源物联网平台，以其灵活的架构设计、丰富的功能集以及广泛的社区支持，成为了众多物联网解决方案中的佼佼者。本文旨在详细介绍ThingsBoard的功能特性、应用场景以及如何使用该平台来构建物联网应用。

一、ThingsBoard概述

ThingsBoard是一款用于连接、监控和管理物联网设备的开源平台。它提供了完整的端到端解决方案，包括设备管理、数据采集、消息队列、规则引擎、数据存储与可视化等核心功能。平台支持多种常见的物联网协议（如MQTT、CoAP、HTTP等），并且可以轻松扩展以支持自定义协议。ThingsBoard的目标是帮助企业及个人开发者快速构建安全、可靠且可扩展的物联网应用。

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二、ThingsBoard的主要功能

1. 设备管理

   • 注册与认证：ThingsBoard允许通过多种方式注册设备，并为每个设备分配唯一的凭证，确保只有授权的设备才能接入平台。
   • 远程配置：平台支持对设备进行远程配置，例如更新固件或调整工作参数。
   • 健康监测：通过收集设备运行状态信息，ThingsBoard可以帮助管理员及时发现并解决潜在的问题。

2. 数据采集

   • 多协议支持：ThingsBoard兼容各种物联网通信协议，使得不同类型的设备能够无缝接入。
   • 数据处理：平台内置了复杂的数据处理能力，包括过滤、聚合、转换等操作。
   • 消息队列：利用消息队列技术，保证了海量设备数据的高效传输。

3. 规则引擎

   • 自动化工作流：通过定义规则链，可以实现基于事件触发的自动化流程。
   • 脚本执行：支持使用JavaScript编写脚本来处理数据，增加了系统的灵活性。

4. 数据存储与可视化

   • 持久化存储：ThingsBoard可以将采集到的数据存储至数据库中，便于后续分析。
   • 仪表板：提供了灵活的仪表板编辑器，允许用户根据需求自定义数据展示方式。
   • 报警通知：当数据超出预设阈值时，系统能够自动发送报警信息给指定接收人。

5. 安全性

   • 身份验证与授权：通过OAuth2、JWT等方式确保了用户的访问安全。
   • 加密通信：支持TLS/SSL加密连接，保护了数据传输过程中的安全。
   • 审计日志：记录所有的操作行为，有助于追踪问题根源。

三、Thingsboard架构

Thingsboard有两种架构形式，微服务架构和 Monolithic 架构，两个架构的基本功能一致，该文档主要介绍 Monolithic 架构，架构图如下：

Device端： 数据采集，需要支持MQTT或HTTP等协议
通讯通道： 数据采集监听
规则引擎： 对数据进行过滤，处理核心业务规则服务侧 API 和 GW
用  户  端： 用户和应用

1. 设备连接

支持MQTT、CoAP、HTTP(S) 等协议，通过以上协议设备可以连接到信息网络，比如4G、5G。

2. 引擎规则

TingsBoard Rule Engine 处理来自设备的信息，并触发称为插件的可配置模块。

3. 核心服务

• TingsBoard包含一组允许管理管理以下实体的核心服务：
• 设备及其凭据
• 规则链及规则节点
• 租户 Tenants，客户 Customers 和平台的关系是：平台 =>租户 =>客户
• 小部件和仪表盘
• 警报和事件
• 规则能够调用此API的某个子集。例如，规则可以为某些设备创建报警

4. 服务端API网关

每个 ThingsBoard 服务器都为注册用户提供 REST API。system telemetry 服务允许使用REST API 和 websocket 管理属性并获取时间序列数据。系统 RPC 服务提供 REST API 以自定义命令推送到设备。

测量数据处理：

RPC 过程:

根据发起者，Thinsboard RPC 功能可以分为两种类型：设备发起的 RPC 调用和服务器发起的 RPC 调用。为了使用更熟悉的名称，我们将源自设备的 RPC 调用命名为客户端 RPC 调用，将源自服务器的 RPC 调用命名为服务器端 RPC 调用。

服务器端RPC调用可以分为单向和双向：

• 单向RPC： 请求没有发送确认就发送到设备，并且显然不提供设备的任何响应。仅当在可配置的超时时间内没有与目标设备的活动连接时，RPC调用才会失败。

• 双向RPC： 请求被发送到设备，并期望在特定的超时时间内接收到来自设备的响应。服务器端请求将被阻止，直到目标设备回复该请求为止。

规则引擎:

规则： 过滤器，处理器，Action
插件： 处理消息,服务侧API请求,WebSocket和应用,持久化和查询事件,插件间RPC通信

遥测插件-系统插件，负责处理与设备属性和遥测有关的各种请求。

RPC 插件-允许使用 REST API 对设备执行 RPC 调用。RPC 调用将使用支持的网络协议传递到设备。
设备消息传递插件-允许分配给相同客户交换事件的设备。
发送邮件插件-允许发送电子邮件。您可以指定邮件服务器属性。有关更多详细信息，请参见插件文档。
Kafka插件-允许将遥测消息推送到Apache Kafka。有关更多详细信息，请参见插件文档。
RabbitMQ插件-允许将遥测消息推送到RabbitMQ。有关更多详细信息，请参见插件文档。
REST API呼叫插件-允许使用REST API将遥测消息推送到外部服务器。有关更多详细信息，请参见插件文档。时间RPC插件-允许从设备发送RPC请求以获取当前服务器端时间戳。

IoT网关:

在所有的物联网中，IOT 网关是非常重要的一环，大部分（60%-80%）设备都属于哑终端设备（不支持 IP），这些设备都需要通过网关才能够接入到云平台。因此 Thingsboard 支持通过 IOT 网关进入到平台，下面是 IOT 网关的整体架构图。

（其中最新版本的采用Python语言进行编写，建议可以自定义接收端口后，发送到ThingsBoard）

目前网关支持：

• MQTT扩展，用于控制，配置和收集使用现有协议连接到外部MQTT代理的IoT设备的数据。
• OPC-UA扩展，用于从连接到OPC-UA服务器的IoT设备收集数据。
• Sigfox扩展，用于从连接到Sigfox Backend的IoT设备收集数据。
• Modbus扩展，用于从通过Modbus协议连接的物联网设备收集数据。

四、ThingsBoard的应用场景

数字能源

数字能源综合管理平台是电力能耗运维管理的智能解决方案，广泛适用于政府、园区、高校等事业单位。平台基于物联网技术，对电力能耗、电器设备运行参数等数据进行实时采集、分析，帮助企业发现异常能耗、发掘节能潜力，结合用户用电习惯智能分派节能目标，实现对能源的精细化管理，达到提节能降耗、降本增效的目的。 

消防智能预警监测系统

消防智能预警监测系统是依托于物联网、大数据、人工智能，区块链等技术，结合电流指纹算法，对各类消防终端监测设备采集数据的分析与运用。实现”70+“款设备接入、“30+“业务场景覆盖、”500+“项目落地。广泛运用于城市运营、社区管理、文旅、高校、园区、商业综合体、九小场所等行业。致力于帮忙客户实现消防的智能化改造、提升智能化管理水平、降低监管压力、守护人民生命财产安全。 

五、搭建与使用ThingsBoard

要开始使用ThingsBoard，首先需要在其官方网站下载相应的安装包。ThingsBoard支持多种部署方式，包括Docker容器、Kubernetes集群以及直接安装在Linux服务器上。对于初学者而言，推荐使用Docker快速启动一个开发环境。安装完成后，可以通过浏览器访问ThingsBoard的管理界面，创建账户并开始探索其各项功能。

六、结语

随着物联网技术的不断进步，像ThingsBoard这样的开源平台正发挥着越来越重要的作用。它们不仅降低了物联网应用开发的门槛，还促进了技术的创新与发展。对于希望涉足物联网领域的开发者来说，掌握一个强大而灵活的平台如ThingsBoard，无疑将为他们的项目带来无限可能。在未来，随着更多先进技术的应用，ThingsBoard将继续引领物联网平台的发展趋势。