【系统架构师-案例题-Web应用系统架构设计】22年（4）基于边缘计算的智能门禁系统

文章目录一、完整题目【说明】【问题1】5分【问题2】14分【问题3】6分二、完整参考答案【问题1】【问题2】1~6协议选择7~10模块补充【问题3】三、完整解析【问题1解析】【问题2解析】协议选型逻辑模块补充逻辑【问题3解析】四、题目归类一、完整题目【说明】某公司拟开发一套基于边缘计算的智能门禁系统用于如园区、新零售、工业现场等存在来访、被访业务的场景。来访者在来访前可以通过线上提前预约的方式将自己的个人信息记录在后台被访者在系统中通过此请求后来访者在到访时可以直接通过“刷脸”的方式通过门禁无需做其他验证。此外系统的管理员可对正在运行的门禁设备进行管理。基于项目需求该公司组建项目组召开了项目讨论会。会上张工根据业务需求并结合边缘计算的思想提出本系统可由访客注册模块、模型训练模块、端侧识别模块与设备调度平台模块等四项功能组成。李工从技术层面提出该系统可使用 Flask 框架与 SSM 框架为基础来开发后台服务器将开发好的系统通过 Docker 进行部署并使用 MQTT 协议对 Docker 进行管理。【问题1】5分MQTT 协议在工业物联网中得到广泛的应用请用300字以内的文字简要说明 MQTT 协议。【问题2】14分在会议上张工对功能模块进行了更进一步的说明访客注册模块用于来访者提交申请与被访者确认申请主要处理提交来访申请、来访申请审核业务同时保存访客数据为训练模块准备训练数据集模型训练模块使用访客数据进行模型训练为端侧设备的识别业务提供模型基础端侧识别模块在边缘门禁设备上运行使用训练好的模型来识别来访人员与云端服务协作完成访客来访的完整业务设备调度平台模块用于对边缘门禁设备进行管理管理人员能够使用平台对边缘设备进行调度管理与状态监控实现云端协同。图5-1给出了基于边缘计算的智能门禁系统架构图请结合 HTTP 协议和 MQTT 协议的特点为图5-1中16处选择合适的协议并结合张工关于功能模块的描述补充完善图5-1中710处的空白。【问题3】6分请用300字以内的文字从数据通信、数据安全和系统性能等方面简要分析在传统云计算模型中引入边缘计算模型的优势。二、完整参考答案【问题1】MQTT消息队列遥测传输协议是基于发布/订阅Publish/Subscribe模式的轻量级消息协议工作在TCP/IP协议栈之上专为硬件性能有限、网络环境差的远程设备设计。核心特性订阅者仅接收订阅的主题数据避免无效数据传输协议轻量、简单、开放、易实现低开销、低带宽占用。适用场景物联网、工业物联网、移动应用等可在受限环境下提供实时可靠的消息服务是物联网通信的主流标准协议。【问题2】1~6协议选择编号协议选型依据(1)HTTP调度管理前端是Web管理端HTTP是Web交互的标准协议适合请求-响应式的管理操作(2)MQTT边缘设备与云平台的设备管理、状态上报MQTT的发布/订阅模式适合物联网设备长连接、低功耗通信(3)HTTP门禁识别前端与边缘设备的本地交互HTTP适合端侧的请求-响应式识别交互(4)HTTP边缘设备与云平台的模型、业务数据交互HTTP适合大文件、结构化数据的传输(5)HTTP小程序前端与云平台的预约、审核交互HTTP是小程序与后端通信的标准协议(6)HTTP模型训练模块与访客注册模块的业务数据交互HTTP适合服务间的接口调用7~10模块补充编号模块名称选型依据(7)端侧识别边缘设备应用容器中运行的人脸识别模块对应题目中“端侧识别模块在边缘门禁设备上运行”(8)模型训练为端侧识别提供模型支持对应题目中“模型训练模块使用访客数据进行模型训练”(9)设备调度平台对应题目中“设备调度平台模块用于对边缘门禁设备进行管理”包含边缘设备管理、应用管理、消息上报(10)访客注册对应题目中“访客注册模块用于来访者提交申请与被访者确认申请”为模型训练提供数据集【问题3】数据通信边缘设备对原始数据本地预处理仅上传处理后的少量有效数据大幅减少网络带宽占用降低通信延迟缓解海量数据传输的带宽压力。数据安全敏感数据如人脸信息本地化存储与比对减少原始数据在公网的传输降低数据泄露、被攻击的风险单点故障不会导致整个系统瘫痪。系统性能将部分计算任务下沉到边缘设备就近处理业务如本地人脸识别省去数据上传与云端交互环节显著提升系统响应速度降低云端算力压力支持高并发场景。三、完整解析【问题1解析】MQTT是物联网通信的核心协议其设计核心是适配受限环境发布/订阅模式解耦了消息生产者与消费者适合多设备、多主题的物联网场景轻量特性最小报文仅2字节使其能在低带宽、高延迟的网络中稳定运行本系统中用于边缘门禁设备与云平台的长连接管理、状态上报完美适配物联网设备的通信需求。【问题2解析】协议选型逻辑HTTP协议基于请求-响应模式适合Web端、小程序、服务间的一次性交互是互联网的标准协议适合需要高可靠性、结构化数据传输的场景MQTT协议基于发布/订阅模式适合物联网设备的长连接、低功耗、实时通信适合设备状态上报、远程调度等场景本架构中仅边缘设备与云平台的设备管理链路2使用MQTT其余业务交互均使用HTTP符合物联网系统的通信设计规范。模块补充逻辑完全对应题目中张工提出的四大功能模块访客注册模块10处理预约、审核提供训练数据模型训练模块8训练人脸识别模型为端侧提供支持端侧识别模块7边缘设备本地运行完成刷脸验证设备调度平台模块9管理员管理边缘设备实现云端协同。【问题3解析】边缘计算是对传统云计算的补充核心价值是算力下沉传统云计算将所有数据上传到中心云处理存在延迟高、带宽压力大、数据安全风险高的问题边缘计算将计算任务部署在网络边缘如门禁设备实现“数据就近处理”完美适配本系统的人脸识别、设备管理等低延迟、高安全需求三者优势相互补充共同提升系统的整体性能、安全性与可扩展性是物联网智能系统的主流架构设计思路。四、题目归类本题属于软考系统架构设计师考试中Web应用系统架构设计类案例分析题核心考点覆盖物联网通信协议MQTT/HTTP选型边缘计算系统架构设计边缘计算与传统云计算的对比优势是物联网、智能硬件系统架构设计的经典高频考点。