基于规则引擎的办公楼宇设备控制系统的设计与实现

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随着物联网技术的不断发展,办公楼宇中越来越多的设备具备了接入网络的能力,形成了由传感器和机电设备组成的大规模设备网络,管理和利用这些设备是一种挑战。为了满足灵活多变的设备控制需求,本文将规则引擎应用到了办公楼宇设备控制系统中。将现有的规则引擎产品直接应用于办公楼宇的设备控制会存在规则配置复杂、性能较差、可用性差和定时规则功能支持度低的问题。针对这些问题,本文改进了开源物联网平台Thingsboard中的规则引擎模块实现了基于规则引擎的设备控制系统DCRules,论文主要工作包括:(1)设计并实现了基于用户更易理解的ECA模型的规则描述模板,提供了直观易操作的可视化点选方式的规则编辑功能,克服了Thingsboard的规则描述模板对普通用户不友好的问题,让用户专心于设备控制规则的描述,无需关心技术细节。(2)设计了ECA规则对应的Rule Chain模型,Rule Chain模型是面向用户的ECA规则转化到可执行代码的中间描述形式,主要构建了ECA中规则原子语句间的逻辑关系,为后续可执行代码的生成打下基础。(3)通过将Rule Chain模型转化为基于Actor模型的可执行代码,实现了规则校验功能。基于表达式求值引擎Aviator实现了规则校验过程中表达式的动态求值,不再依赖用户配置Java Script脚本,降低用户的使用门槛。(4)针对办公楼宇环境中设备上报数据冗余度高的问题,引入了布隆过滤器对设备消息进行过滤,避免来自与触发事件无关设备的消息触发规则校验流程而降低系统效率。设计布隆过滤器的动态扩容和动态重建机制弥补标准布隆过滤器存在的位向量空间利用率低和不支持删除的缺陷。(5)设计并实现了DCRules集群部署方案,提高系统的可用性,并且引入定时任务框架Quartz实现时间驱动的定时任务到消息驱动的规则校验之间的转化,从而实现定时规则功能。通过消息队列Pulsar的共享订阅模型和Quartz的集群管理能力解决集群环境中多个应用实例可能导致的规则重复触发问题。(6)在上述研究工作的基础上,设计实现了DCRules原型系统,并进行了实验测试。测试结果表明,本文的解决方案是有效的,能够满足基于规则的办公楼宇设备控制的需求。
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