技术参数与功能说明

产品名称： 工程实训数据收集与API网关分发系统
产品型号： Mosisson-DataGateway-V1.0
生产厂家： 济南陌讯信息科技有限公司

一、系统概述

工程实训数据收集与API网关分发系统是陌讯平台的数据接入与开放服务核心模块，包含统一数据收集平台和API网关服务两大部分。系统支持多种工业协议和接口，具备数据标准化和清洗能力，支持实时和批量数据收集，提供数据质量监控和验证，同时提供统一的API接口管理、安全认证和授权机制，为平台与外部系统的对接提供标准化、安全可靠的数据通道。

二、系统模块详细说明

2.1 统一数据收集平台

2.1.1 数据收集功能

功能概述：

  • 统一数据收集平台
  • 支持多种工业协议和接口
  • 具备数据标准化和清洗能力
  • 支持实时和批量数据收集
  • 提供数据质量监控和验证

核心功能：

（1）多种工业协议支持

主流工业协议：

  • OPC UA（OPC Unified Architecture）
    • OPC UA客户端/服务器
    • 支持订阅与发布
    • 支持数据加密传输
    • 跨平台兼容性
  • Modbus（Modbus TCP/RTU）
    • Modbus TCP协议
    • Modbus RTU协议
    • 主从模式通信
    • 寄存器读写
  • MQTT（消息队列遥测传输）
    • 发布/订阅模式
    • QoS质量等级支持
    • 轻量级通信
    • 适用于物联网场景
  • OPC DA（OPC Data Access）
    • OPC DA客户端
    • 实时数据访问
    • 兼容传统设备
  • BACnet（楼宇自动控制网络）
    • 用于楼宇设备管理
    • BACnet/IP协议
    • 对象与属性模型
  • Profinet/Profibus
    • 西门子工业通信协议
    • 实时数据交换
    • 高速通信
  • EtherNet/IP
    • 基于以太网的工业协议
    • 实时控制与信息传输
    • 罗克韦尔自动化标准
  • DNP3（分布式网络协议）
    • 用于电力系统
    • SCADA系统通信
    • 远程监控
  • IEC 61850
    • 变电站通信标准
    • 智能电网协议
    • 数据建模

通用接口支持：

  • HTTP/HTTPS
    • RESTful API
    • Webhook
    • JSON/XML数据格式
  • WebSocket
    • 实时双向通信
    • 长连接
    • 低延迟
  • 数据库直连
    • MySQL、PostgreSQL、SQL Server
    • Oracle、MongoDB
    • 数据库查询与同步
  • 文件接口
    • CSV、Excel文件导入
    • XML、JSON文件解析
    • FTP/SFTP文件传输
  • 消息队列
    • RabbitMQ
    • Kafka
    • Redis Stream
    • ZeroMQ

协议扩展能力：

  • 支持自定义协议适配器开发
  • 提供协议SDK与开发文档
  • 插件式协议管理
  • 热插拔，无需重启系统

（2）数据标准化和清洗能力

数据标准化：

数据格式标准化：

  • 统一时间戳格式（ISO 8601）
  • 统一数值格式与精度
  • 统一编码格式（UTF-8）
  • 统一数据类型定义

数据命名标准化：

  • 设备编号规范化
  • 参数名称规范化
  • 单位统一表示
  • 数据字典管理

数据结构标准化：

  • 统一数据模型定义
  • JSON Schema验证
  • 数据字段映射
  • 嵌套结构扁平化

数据清洗：

数据去重：

  • 基于时间戳去重
  • 基于唯一标识去重
  • 去除完全重复记录
  • 去除实质重复记录

异常值处理：

  • 超出范围值检测
  • 异常值标记或剔除
  • 缺失值填充（前向填充、后向填充、均值填充、插值）
  • 噪声数据平滑

数据转换：

  • 单位转换（如℃转℉）
  • 编码转换
  • 类型转换（字符串转数值）
  • 坐标系转换

数据验证：

  • 格式验证
  • 范围验证
  • 逻辑验证
  • 完整性验证

数据增强：

  • 添加元数据信息
  • 数据分类标签
  • 数据来源标识
  • 数据质量评分

（3）实时和批量数据收集

实时数据收集：

实时采集特点：

  • 数据实时推送或订阅
  • 采集频率：最高1000次/秒
  • 数据延迟：<100ms
  • 支持数据缓冲与防丢失

实时采集场景：

  • 设备运行参数实时监控
  • 设备状态实时更新
  • 告警信息实时推送
  • 实训操作过程实时记录

实时采集方式：

  • 推送方式（设备主动推送）
  • 订阅方式（订阅数据变化）
  • 轮询方式（定时采集）
  • 事件触发方式

实时数据处理：

  • 实时数据流处理
  • 实时数据聚合
  • 实时数据分析
  • 实时告警判断

批量数据收集：

批量采集特点：

  • 定时批量采集
  • 大批量数据导入
  • 历史数据回溯
  • 断点续传

批量采集场景：

  • 历史数据导入
  • 定时数据同步
  • 数据迁移
  • 数据备份

批量采集方式：

  • 定时任务调度
  • 手动触发导入
  • 文件批量导入
  • 数据库批量同步

批量数据处理：

  • 批量数据验证
  • 批量数据清洗
  • 批量数据入库
  • 批量数据统计

混合采集模式：

  • 实时采集关键参数
  • 批量采集统计数据
  • 灵活配置采集策略
  • 优化系统资源使用

（4）数据质量监控和验证

数据质量监控：

监控指标：

  • 完整性： 数据是否缺失
  • 准确性： 数据是否正确
  • 一致性： 数据是否一致
  • 及时性： 数据是否及时
  • 有效性： 数据是否有效
  • 唯一性： 数据是否重复

监控维度：

  • 按数据源监控
  • 按数据类型监控
  • 按时间段监控
  • 按质量规则监控

监控方法：

  • 实时质量监控
  • 定时质量检查
  • 抽样质量审计
  • 全量质量分析

质量评分：

  • 各项指标打分
  • 综合质量得分
  • 质量等级评定（优/良/中/差）
  • 质量趋势分析

数据验证：

验证规则：

  • 数据格式验证
  • 数据范围验证
  • 数据逻辑验证
  • 数据关联验证
  • 数据时效验证

验证流程：

  1. 数据采集后立即验证
  2. 验证不通过的数据标记
  3. 记录验证失败原因
  4. 通知相关人员处理
  5. 重新验证或剔除

验证结果处理：

  • 验证通过：正常入库
  • 验证失败：隔离存储
  • 可疑数据：人工审核
  • 错误数据：告警通知

质量报告：

  • 数据质量日报
  • 数据质量周报
  • 数据质量月报
  • 质量问题分析报告
  • 质量改进建议

质量优化：

  • 识别质量问题根源
  • 优化采集配置
  • 完善验证规则
  • 提升数据源质量

（5）数据收集架构与性能

系统架构：

  • 分布式采集架构
  • 微服务架构设计
  • 负载均衡
  • 高可用部署

性能指标：

  • 支持≥1000个数据源并发采集
  • 单节点采集能力≥10000点/秒
  • 数据处理延迟≤1秒
  • 系统可用性≥99.9%

数据存储：

  • 时序数据库存储（InfluxDB/TimescaleDB）
  • 关系数据库存储（MySQL/PostgreSQL）
  • 文档数据库存储（MongoDB）
  • 分布式存储（HDFS）
  • 数据冷热分离

数据安全：

  • 数据传输加密（TLS/SSL）
  • 数据存储加密
  • 访问权限控制
  • 数据脱敏
  • 审计日志

2.1.2 扩展接口

功能概述：

  • 系统具有扩展接口
  • 可支持二次开发
  • 灵活适应不同业务需求

扩展接口类型：

数据接入扩展接口：

  • 自定义协议适配器接口
  • 数据解析器扩展接口
  • 数据转换器扩展接口
  • 数据验证器扩展接口

数据处理扩展接口：

  • 数据清洗规则扩展
  • 数据计算函数扩展
  • 数据聚合逻辑扩展
  • 数据分析算法扩展

数据输出扩展接口：

  • 自定义数据导出格式
  • 第三方系统对接接口
  • 数据推送接口
  • 报表模板扩展

业务逻辑扩展接口：

  • 业务规则引擎
  • 工作流扩展
  • 告警规则扩展
  • 权限策略扩展

扩展开发支持：

  • 提供SDK与开发文档
  • 提供示例代码
  • 提供开发调试工具
  • 提供技术支持服务

扩展接口特点：

  • 插件化架构，易于扩展
  • 标准化接口，降低开发难度
  • 热插拔，不影响系统运行
  • 版本管理，支持升级

2.2 API网关服务

▲ 2.2.1 API接口管理【重要参数】

功能概述：

  • API服务，提供统一的API接口管理
  • 支持接口安全认证和授权
  • 规范化的接口设计与管理

核心功能：

（1）统一API接口管理

接口管理功能：

  • ✓ API接口注册与管理
  • ✓ API接口文档生成
  • ✓ API接口版本管理
  • ✓ API接口生命周期管理
  • ✓ API接口分类组织

接口类型：

数据查询接口：

  • ✓ 设备信息查询
  • ✓ 设备状态查询
  • ✓ 运行数据查询
  • ✓ 历史数据查询
  • ✓ 统计数据查询

数据写入接口：

  • ✓ 设备控制指令
  • ✓ 参数配置下发
  • ✓ 数据上报接口
  • ✓ 事件上报接口

业务操作接口：

  • ✓ 用户管理接口
  • ✓ 课程管理接口
  • ✓ 成绩管理接口
  • ✓ 资源管理接口
  • ✓ 实训管理接口

系统管理接口：

  • ✓ 权限管理接口
  • ✓ 日志查询接口
  • ✓ 配置管理接口
  • ✓ 监控接口

接口设计规范：

RESTful API设计：

  • 资源导向设计
  • HTTP动词使用（GET/POST/PUT/DELETE）
  • 统一资源标识符（URI）
  • HTTP状态码规范使用
  • 请求与响应格式标准化（JSON）

接口命名规范：

  • 清晰的接口路径
  • 动词+名词组合
  • 版本号标识（/api/v1/）
  • 统一命名风格

接口参数规范：

  • 参数命名规范（驼峰或下划线）
  • 参数类型定义
  • 必填与可选参数标识
  • 参数默认值
  • 参数验证规则

接口响应规范：

  • 统一响应格式
  • 成功/失败标识
  • 错误码与错误信息
  • 数据字段规范
  • 分页数据格式

接口文档：

文档内容：

  • ✓ 接口功能描述
  • ✓ 接口地址与方法
  • ✓ 请求参数说明
  • ✓ 请求示例
  • ✓ 响应参数说明
  • ✓ 响应示例
  • ✓ 错误码说明
  • ✓ 调用限制说明

文档生成：

  • 基于注解自动生成文档
  • Swagger/OpenAPI规范
  • 在线文档展示
  • 支持在线调试
  • 文档导出（HTML/PDF）

文档管理：

  • 文档版本管理
  • 文档变更记录
  • 文档搜索
  • 文档权限控制

（2）接口安全认证和授权

认证方式：

API Key认证：

  • ✓ 分配唯一API Key
  • ✓ 请求头或参数携带Key
  • ✓ 服务器端验证Key有效性
  • ✓ 简单易用，适用于内部系统

Token认证（JWT）：

  • ✓ 用户登录获取Token
  • ✓ Token包含用户信息与权限
  • ✓ 请求携带Token
  • ✓ 服务器验证Token签名与有效期
  • ✓ 无状态，易于扩展

OAuth 2.0：

  • ✓ 授权码模式
  • ✓ 隐式授权模式
  • ✓ 密码模式
  • ✓ 客户端凭证模式
  • ✓ 适用于第三方应用

数字签名：

  • ✓ 请求参数签名
  • ✓ 防止篡改
  • ✓ 验证请求来源
  • ✓ 高安全性

授权机制：

基于角色的访问控制（RBAC）：

  • 定义角色（管理员/教师/学生等）
  • 为角色分配权限
  • 用户关联角色
  • 根据角色判断接口访问权限

基于资源的访问控制：

  • 细粒度权限控制
  • 针对具体资源授权
  • 支持资源所有者权限
  • 支持资源委托授权

API权限配置：

  • ✓ 接口访问权限设置
  • ✓ 支持白名单/黑名单
  • ✓ 支持IP限制
  • ✓ 支持时间段限制
  • ✓ 支持调用频率限制

安全策略：

HTTPS加密传输：

  • 强制使用HTTPS
  • TLS 1.2+协议
  • 数据传输加密
  • 防止中间人攻击

请求签名验证：

  • 参数+时间戳+密钥签名
  • 防止重放攻击
  • 防止参数篡改

请求限流（Rate Limiting）：

  • 限制单IP调用频率
  • 限制单用户调用频率
  • 限制单接口调用频率
  • 防止API滥用与攻击

IP白名单：

  • 配置允许访问的IP
  • IP范围配置
  • 动态IP白名单管理

防重放攻击：

  • 时间戳验证
  • Nonce随机数
  • 请求去重

数据脱敏：

  • 敏感数据脱敏返回
  • 手机号脱敏
  • 身份证号脱敏
  • 密码不返回

审计日志：

  • ✓ 记录所有API调用
  • ✓ 记录调用者信息
  • ✓ 记录请求参数
  • ✓ 记录响应结果
  • ✓ 记录调用时间
  • ✓ 支持日志查询与分析

（3）API网关功能

路由与转发：

  • 请求路由到后端服务
  • 支持负载均衡
  • 支持服务发现
  • 支持灰度发布

协议转换：

  • HTTP转gRPC
  • REST转SOAP
  • 协议适配

请求/响应转换：

  • 请求参数转换
  • 响应格式转换
  • 数据格式适配

服务编排：

  • 组合多个后端服务
  • 聚合服务响应
  • 服务链路管理

熔断与降级：

  • 服务熔断保护
  • 服务降级策略
  • 快速失败
  • 提高系统稳定性

缓存：

  • 接口响应缓存
  • 减轻后端压力
  • 提高响应速度
  • 支持缓存过期策略

监控与统计：

  • API调用量统计
  • 响应时间统计
  • 成功率统计
  • 错误统计
  • 流量监控

（4）API接口清单（示例）

用户管理接口：

  • GET /api/v1/users – 获取用户列表
  • GET /api/v1/users/{id} – 获取用户详情
  • POST /api/v1/users – 创建用户
  • PUT /api/v1/users/{id} – 更新用户信息
  • DELETE /api/v1/users/{id} – 删除用户

课程管理接口：

  • GET /api/v1/courses – 获取课程列表
  • GET /api/v1/courses/{id} – 获取课程详情
  • POST /api/v1/courses – 创建课程
  • PUT /api/v1/courses/{id} – 更新课程
  • DELETE /api/v1/courses/{id} – 删除课程

成绩管理接口：

  • GET /api/v1/scores – 获取成绩列表
  • GET /api/v1/scores/{id} – 获取成绩详情
  • POST /api/v1/scores – 录入成绩
  • PUT /api/v1/scores/{id} – 更新成绩

设备管理接口：

  • GET /api/v1/devices – 获取设备列表
  • GET /api/v1/devices/{id} – 获取设备详情
  • GET /api/v1/devices/{id}/status – 获取设备状态
  • GET /api/v1/devices/{id}/data – 获取设备数据
  • POST /api/v1/devices/{id}/control – 设备控制

数据查询接口：

  • GET /api/v1/data/realtime – 获取实时数据
  • GET /api/v1/data/history – 获取历史数据
  • GET /api/v1/data/statistics – 获取统计数据

功能截图说明：

  • API接口管理主界面
  • API接口文档展示页面
  • API调用统计报表
  • API权限配置界面
  • API调试工具界面

三、系统技术特点

3.1 协议支持广泛

  • 支持主流工业协议（OPC UA、Modbus、MQTT等）
  • 支持通用接口（HTTP、WebSocket、数据库等）
  • 支持自定义协议扩展
  • 一站式接入各类数据源

3.2 数据质量保障

  • 完善的数据清洗与标准化
  • 实时数据质量监控
  • 多重数据验证机制
  • 确保数据准确可靠

3.3 实时性能优异

  • 高并发数据采集能力（≥10000点/秒）
  • 低延迟数据传输（≤100ms）
  • 实时数据流处理
  • 满足工业实时要求

3.4 安全可靠

  • 多种认证方式支持
  • 细粒度权限控制
  • HTTPS加密传输
  • 完善的审计日志

3.5 开放易集成

  • 标准RESTful API设计
  • 完善的接口文档
  • 在线调试工具
  • 降低集成难度

四、应用场景

场景1：教务系统对接

通过API接口与学校教务系统对接，自动同步学生、教师、班级、课程等信息，实现数据互通，避免重复录入，提高数据准确性。

场景2：设备数据采集

通过OPC UA、Modbus等工业协议采集数控机床、工业机器人等设备的运行数据，实时监控设备状态，为设备管理与分析提供数据支撑。

场景3：第三方平台集成

通过API网关向第三方平台（如企业管理系统、实习管理平台等）提供数据接口，实现平台间数据共享与业务协同。

场景4：移动应用对接

为移动APP提供API接口，学生和教师可通过手机APP查看课程、提交作业、查看成绩等，提升用户体验。

场景5：数据大屏展示

通过API接口为数据大屏提供实时数据，展示实训基地整体运行情况，辅助管理决策。

五、系统优势总结

5.1 一站式数据接入

  • 支持多种协议与接口
  • 统一数据收集平台
  • 简化数据接入流程
  • 降低集成成本

5.2 高质量数据保障

  • 数据标准化处理
  • 数据清洗与验证
  • 数据质量监控
  • 确保数据可用性

5.3 安全可控

  • 多层次安全防护
  • 细粒度权限管理
  • 全程数据加密
  • 完善的审计追溯

5.4 开放生态

  • 标准化API接口
  • 完善的文档与工具
  • 支持二次开发
  • 易于系统集成

5.5 高性能高可用

  • 分布式架构
  • 高并发处理能力
  • 负载均衡
  • 高可用部署

六、技术支持与服务

接入支持服务

  • 协议对接技术支持
  • 接口集成技术指导
  • 现场调试支持
  • 问题快速响应

培训服务

  • 系统使用培训
  • 接口开发培训
  • 最佳实践分享
  • 在线文档与视频教程

定制开发服务

  • 自定义协议适配
  • 自定义接口开发
  • 业务逻辑定制
  • 系统深度集成

运维保障服务

  • 7×24小时技术支持
  • 远程运维服务
  • 系统升级服务
  • 性能优化服务

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