需求分析和概念原型——工业互联网云端管理系统
一.项目概述
本课题是关于工业物联网设备监控与管理系统服务端的设计与开发。该系统是一个集分级用户管理，设备情况监控，设备控制与数据转发于一体的多边平台。各级用户拥有不同权限，可以对所属的不同设备进行监控或操作。可以做到对设备情况进行远程诊断，远程重启等操作，减少维修人员到现场的次数，大大减少人力成本，方便设备管理。
二.用例分析
需求分析：
从需求中提取用例一般需要经过以下步骤：①从需求表述中找出用例；②描述用例的开始和结束的状态；③对用例按照子系统或者不同方面进行分类；④进一步逐一分析用例和参与者的交互过程。
本项目分为五级用户：
一级用户：设备生产商
二级用户：总代理商
三级用户：分销商
四级用户：某大集团管理员（比如中石油）
五级用户：某个分厂管理员，及其属下的值班员
（所谓“直系”的概念，是指对用户1而言，其他用户是直接由用户1创建，或者其他用户直接创建了用户1）
1.对于一级用户（设备生产商）来说，拥有最大权限，可以创建任意下级用户。其拥有的设备，一般有三种状态——未分配/已分配给直系下级用户/损坏。一级用户可以查看下级用户的同时，查看分配给下级用户的所有设备，还可以处理来自直系下级用户上报的问题设备。
2.对于二级用户（总代理商），是设备生产商与市场的中间人，用于帮助生产商销售设备。二级用户所拥有的设备有三种状态——未分配/已分配给直系下级用户/损坏。二级用户可以查看下级用户拥有哪些设备，可以向一级用户报告有问题设备，还可以处理直系下级用户上报的问题设备。
3.对于三级用户（分销商），从直系上级用户手中购买设备，可以出售给四级/五级用户。三级用户的设备有三种状态——未出售/已出售/损坏。三级用户可以查看直系下级用户以及下级用户拥有的设备，可以向直系上级用户报告有问题设备，还可以处理直系下级用户上报的问题设备。
4.对于四级用户（某大集团），从直系上级用户手中购买设备，并将设备分配给其属下的多个工厂使用。四级用户可以查看旗下每个工厂拥有哪些设备和设备的状态，可以处理五级用户上报的问题设备，可以向直系上级用户上报问题设备。
5.对于五级用户（某大集团旗下某工厂），从直系上级用户得到设备后，便可以添加设备并使用，并向直系上级报告有问题设备。同时，为了保证设备运行正常，可以创建值班员账号，让值班员实时监测设备状态。当值班员观察到设备状态异常时，会提醒五级用户，之后五级用户可以视情况重启或者关闭设备。另外，对于损坏的设备，值班员可以向五级用户上报。
以下为用例图
三.业务分析
根据前述的用例分析，可以发现，六种用户（包括值班员在内）可以分别看做一个类，设备可以看做一个类。
为了方便显示用户对设备可能进行的操作，特地将这些操作剥离出来，代码实现时，针对设备的操作，应包括在用户类中。
UML类图如下：
四.数据模型
通过以上的分析，可以得出以下几张主要数据表。
1.用户表
实际应用中，每一条用户链，所包含的用户层数可能未必一致。
而数据表中的6种用户角色，实际对应的是6种用户等级（可以把值班员等级看做6），
实际的用户链可能有以下几种：
1.设备生产商->代理商->分销商->大集团->工厂管理->值班员(1->2->3->4->5>6)
2.设备生产商->代理商->分销商->工厂管理->值班员(1->2->4->5->6)
3.设备生产商->大集团->工厂管理->值班员(1->4->5->6)
4.设备生产商->工厂管理->值班员（1->5->6）
| 字段名 | 类型 | 备注 |
|---|---|---|
| id | int | 数据表id，唯一，主键 |
| username | varchar | 用户登录名 |
| password | varchar | 用户登录密码 |
| type | tinyint | 用户类型 |
| nickname | varchar | 用户资料名称 |
| address | varchar | 用户所在地址 |
| create_time | timestamp | 用户创建时间 |
| login_time | timestamp | 用户登录时间 |
| parent_id | int | 创建该用户的上级用户的id |
| .......... | ........ | .............. |
2.执行器表
由于设备在实际使用前，会经过多级用户的手中，因此需要增加相应字段
| 字段名 | 类型 | 备注 |
|---|---|---|
| id | int | 数据表id |
| device_label | varchar | 设备自身标识 |
| nickname | varchar | 设备名称，五级用户添加 |
| discription | varchar | 对执行器特性的描述 |
| add_time | timestamp | 生产商添加设备的时间 |
| status | tinyint | 未分配/异常/已分配/在使用 |
| ownbyUser2 | bit | 是否分配给了二级用户 |
| user2_id | int | 二级用户的id |
| ownbyUser3 | bit | 是否分配给了三级用户 |
| user3_id | int | 三级用户的id |
| ownbyUser4 | bit | 是否分配给了四级用户 |
| user4_id | int | 四级用户的id |
| ownbyUser5 | bit | 是否分配给了五级用户 |
| user5_id | int | 五级用户idw |
| switch_id | int | 执行器连接的网关的id |
| link_port | int | 执行器连接的网关的端口 |
3.网关表
| 字段名 | 类型 | 备注 |
|---|---|---|
| id | int | 数据表id |
| device_label | varchar | 设备自身标识 |
| add_time | timestamp | 生产商添加设备的时间 |
| mac_addr | txt | 网关自身的mac地址 |
| status | tinyint | 未分配/异常/已分配/在使用 |
| ownbyUser2 | bit | 是否分配给了二级用户 |
| user2_id | int | 二级用户的id |
| ownbyUser3 | bit | 是否分配给了三级用户 |
| user3_id | int | 三级用户的id |
| ownbyUser4 | bit | 是否分配给了四级用户 |
| user4_id | int | 四级用户的id |
| ownbyUser5 | bit | 是否分配给了五级用户 |
| user5_id | int | 五级用户id |
4.执行器数据表
与执行器绑定的传感器，会将不同类型的执行器状态参数打包，从网关传到云端服务器，云端服务器可以存储执行器状态参数包，也可以通过解析数据包，向五级用户或者值班员展示设备状态。
| 字段名 | 类型 | 备注 |
|---|---|---|
| id | int | 数据表id |
| data | text | 传感器发送的数据 |
| device_id | int | 执行器的id |
| add_time | timestamp | 数据发送时间 |
五.概念原型
概念原型作为一种虚拟的，理想化的软件产品形式，可以通过用例+数据模型的方式得出概念原型。
该项目的概念原型中，有多级的用户参与，操作对象为设备，设备包括执行器和网关，因此需要有对应的数据模型类，包括用户类，设备类，状态数据类。
工作流程：
一般而言，设备在一级四级用户之间，更多的只是分配，真正使用设备（网关+执行器）的是五级用户。对于一级四级用户，对于设备的操作更多是查看自身所有的设备，自己创建的下级用户，以及下级用户所拥有的设备的情况。五级用户如果打算将设备投入使用，会选择某些设备，给设备添加必要工作信息，并连接云端服务器。云端服务器会在设备首次连接时检验其身份是否合法，之后合法设备可以通过绑定在其上的传感器，向云端发送有关设备状态的数据，云端会保存数据。如果五级用户或者值班员想要查看某台设备的运行状态，云端会解析数据，展示在前台页面。如果云端检测到设备状态异常，会向值班员发送异常状态提醒，值班员可以将异常情况向五级用户上报，五级用户可以通过前台页面向设备下发命令，使其停止、重启或执行其他操作。
