Niagara是什么？

又是一年春暖花开的三月，外面的桃花，樱花都已经盛开了，是时候出去感受一下春天的气息，迎来万物复苏的景象，生机勃勃的景象，一扫工作上的沉闷心情。上两周参加了Niagara的培训，包括Niagara的TCP培训和开发者培训，这也是工作十几年来最长的一次培训，收货满满，之前接触过Niagara，知道它很强大，但没有具体实操过，只看到别人拖拖拽拽一个复杂的控制逻辑就轻松完成了。在IOT概念满天飞的年代，我觉得Niagara确实是一个很成熟的IOT开发框架，而且这个技术已经十几年了，也就是说现在我们经常谈到的物联网，IOT，其实国外早就做的很成熟，只是现在可能更加强调的是平台化，而Niagara可能更加侧重于设备接入，充当网关，其实Niagara也可以作为平台。下面我将这两周的学习的一些主要内容总结一下，主要是来自老师的培训材料和自己的一些理解，很多东西我也还没有搞太明白，特别是Niagara驱动那块的功能，东西很多，估计需要上手一个真正的驱动才能更好的理解设计原理，管中窥豹，可见一斑，需要深入的学习还是需要亲自参加培训，给我们公司打一个广告，呵呵。

Niagara的架构

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从上面的这张图，我们可以看出Niagara的架构，是不是很全面。

下到底层的运行时框架（Baja），你可以理解为一个Java运行时，里面除了Java运行时提供的功能外，还有Niagara提供的一套类库封装。
上到界面开发Web UI和widget，work bench界面开发，可以基于底层接入的数据设计自己的web界面，Niagara本身提供了一套界面生成框架，配置人员可以拖拖拽拽就能呈现出一个web界面，当然也可以基于Niagara框架来使用HTML5等技术来开发自己的Web页面。除了为用户设计或者配置页面，Niagara也考虑到方便配置工程师实施的效率，提供了配置开发页面，它是基于Niagara workbench来开发widget，方便实施工程师使用。
接入就更全面了，向上可以和企业对接，包括对接企业的关系型数据库，LDAP,Web service，邮箱系统等等。
向下可以支持各种标准协议的设备接入。包括比如Bacnet，OPC,Lonworks，modbus等，也可以接入非标准协议的设备，只要按照Niagara的驱动模型框架来开发驱动，Niagara就可以提供统一的数据模型来为上层应用服务。
-中间这层，我认为是现在IOT平台和Niagara的不同所在。为什么说Niagara更加侧重于设备接入和网关，它能收集到这些数据，比如报警，点值数据，日程等这些信息，但它能做的就是存储，而现在IOT平台更侧重的是对这些数据进行大数据分析，流式计算等分析出有价值的东西提供给用户，Niagara在这方面不是强项，它可以做到分布式的存储，把各个网关层的数据一层一层的收集到一个Supervisor上，仅仅如此。我认为这是Niagara跟IOT平台最大的不同。
另外在这个架构里，我觉得比较有意思的是两个东西，一个是Tag，也就是标签，这个是Niagara提供的，为什么说这个很有意思，因为现在互联网上的东西，都喜欢贴上一个标签，甚至人都会打上各种标签（帅哥，美女，年轻,冷酷....）,物联网的世界更是如此，包括每一个设备，每一个属性，每一条数据都可以打上各种标签，而这些标签Niagara可以提供工具帮你打上，可以使用Niagara提供的标签，也可以使用开源的HayStack标签，也可以自定义标签。有了这些标签，就给上层应用提供了更加方便的检索和分析。
另外一个是BQL，这也是Niagara框架提供的另一个利器，它能帮助你检索到任意的东西，你可以理解为Niagara里面的任意组件，服务，以及用户配置的任何东西，设备，点值，驱动，服务等等，都可以通过BQL搜索到，因此为开发提供了极大的方便。
还有一个很重要的特性，我认为没有体现在这种架构图上的是Niagara的强大的集成能力，这个集成能力我觉得有三个方面，一个是上面提到的设备接入能力和企业服务集成能力，另外一个是整体接入能力，因为Niagara是一个分布式的系统，可以通过一个个的Niagara网关（JACE)来接入一个个的楼宇，然后Niagara提供了一个Supervisor来接入这些JACE,每个JACE网关的数据又可以同步到Supervisor来进行统一管理,Supervisor也可以管理这些网关设备，在Supervisor端的配置也可以下发到每一个网关，也可以实现JACE网关的OTA，相当于有个统一中心控制平台。
作为IOT设备的接入网关，安全肯定也少不了，Niagara在这方面也做了很多的事情，比如模块签名，每个自己开发的模块，需要做签名，Niagara提供了签名证书的管理和签名工具。Niagara也提供了license验证，每个开发的模块都可以使用Niagara提供的license框架来为自己开发的模块设置license。权限管理，Niagara为每一个功能模块和操作都可以设置细粒度的权限控制。
上面是我对Niagara整体架构的理解，还有很多的功能我也不是很了解，以后有时间会继续挖掘，一句话，Niagara作为10几年的成熟框架，你能想到的Niagara都帮你实现了，Niagara没有实现的，它也提供了可扩展的框架让你自己去实现。

Niagara主要功能

Niagara的主要功能包括

设备集成，可以发现各种标准协议的点，比如bacnet，opc，modbus等
创建点，Niagara可以创建点，有四种类型Numeric，String，Boolean和Enum四种，这些点可以是实际的物理点，也可以是虚点。
逻辑控制，可以在发现到的点的基础上，做各种控制逻辑，Niagara提供了很多的组件也可以自己开发组件，每种组件都可以自由的拖拽到wiresheet上做各种控制逻辑。
报警扩展，可以为点设置报警规则，并通过alarmclass来设置报警存储。
点历史扩展，可以为每个点值存储历史，并可以设置历史的存储机制。
linkmark，可以为实际的物理点和虚点建立linkmark。
PX sheet页面，可以创建PX Sheet页面，通过Niagara提供的界面元素，包括图片，Schematic图，label，Charts等来绑定点值来设计UI，并可以通过浏览器查看。
数据同步，Niagara supervisor可以将Jace里的数据同步到Supervisor上，包括报警，点历史等，Supervisor也可以管理Jace。

Niagara是一个开发的框架，所有的功能都可以在原有的基础上做扩展，也可以基于Niagara提供的功能来实现自己的组件。

Niagara模块开发

Niagara里的模块开发，主要有两类，一类是普通的组件，也可以是服务组件。另一类是驱动模块，这个下面再讲。服务和普通组件开发方式基本一样，唯一的差别就是服务组件一般派生于BAbstractService，这个抽象类里面实现了一些服务相关的方法，就相当于我们在些windows service时需要实现的一些方法，比如onStart,onStop等等，其他和基本组件基本相似。开发流程如下：

Untitled Diagram (3).png

第一步，使用Niagara workbench里的工具新建一个空白的模块模板，这一步完成了一个模块的基本框架，以及Gradle打包和编译的脚本。
第二步，开发自己的模块，为模块指定palette item，palette item包括模块的属性和Action。这些item可以在模块的palette里进行设置，使用的方式是Annotation注解方式声明。
第三步，使用Gradle插件slotmatic来为上一步定义的palette item自动生成java代码。
第四步，开发自己的module，这一步就跟正常的java代码开发没什么两样，需要掌握Java编程技术，也需要了解Baja里的一些功能库，在开发过程中，也可以使用logger来打印调试信息。
第五步，模块签名，使用Niagara提供的签名工具来为自己开发的模块使用自签证书或者CA证书签名。
第六步，发布模块，通过workbench工具来将模块安装到JACE中。

Niagara模块异步编程

这块也是在Niagara开发中一个比较重要的知识点，Niagara有一个主线程，任何比较耗时的操作应该放在工作线程中，这个任何语言的开发模式都很类似。因为Niagara是基于Java框架，因此可以使用Java中的线程和线程池来实现异步。Niagara也提供了两种比较容易实现的方式，一个是Job，另一个是异步Action，使用workerthread来实现异步。Job方式可以对Job进行管理，比如取消，查看进度等。异步Action不能管理异步线程。

BSimpleJob

BSimpleJob 提供了一个基本的Job实现，包括

对后台线程进行管理，包括取消，查看进度等
需要实现run方法，需要考虑
1）包括当Job失败是抛出异常
2）run成功执行，调用success方法
3）调用progress() or heartbeat()来上报进度

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public class BDiscoveryJob extends BSimpleJob
{
    public BDiscoveryJob() { }
    public void run(Context cx) throws Exception{
        log().start(“Starting discovery"); ...
        progress(50);
        ...
        log().success(“Discovery complete”); 
    }
    
    /**
     * Callback when the user cancels this active job.
     */
    public void doCancel(Context cx){ 
        // Overridden here to set the canceled flag
        canceled = true;
        super.doCancel(cx);
    }
}

异步Action

使用async flag来标志Action，使得控制引擎使用异步方式执行此Action。使用异步Action需要完成以下步骤，

使用Async flag来标志Action
BComponent的post方法将次Action封装在worker里执行，并return null

  public IFuture post(Action action, BValue argument, Context cx){
     getWorker().postAsync(new Invocation(this, action, argument, cx));
     return null;
}

在Bwork的子类里提供一个queue来post work并且在后台处理队列的work

@Override
public Worker getWorker() {
    if(null == worker){      
        queue = new CoalesceQueue(1000);       
        worker = new Worker(queue); 
    }
    return worker;
}
public void postAsync(Runnable r){    
    if (!isRunning() || queue == null){       
        throw new NotRunningException();    
    }  
    queue.enqueue(r);
}
private CoalesceQueue queue;
private Worker worker;

Niagara驱动开发

在Niagara中有两种驱动开发方法，一种是Niagara基本驱动开发，另一种是NDriver开发。这两种开发模式原理是相通的，只是NDriver提供了一套开发框架，为开发者减少了重复的工作量，开发者可以在此框架上开发驱动，更多的精力可以集中在驱动协议和消息的解析上面，其他交给开发框架来完成，有点类似于windows驱动开发，有原生的驱动开发，需要了解很多windows驱动开发技术，调用原生的API，但后来有WDK这种SDK，开发就变成了调用SDK来实现,相比起来就能简单一些。

Niagara驱动开发介绍

在做设备系统集成时，有各种驱动协议，modubus，bacnet，opc DA/UA等，各种上位机系统，比如门禁，防盗，能源等各种已有系统，如果上层应用都需要和这些不同子系统打交到，那对应用层就是灾难性的并且很难已维护。如何集成各种子系统并为上层应用提供统一的数据模型，这就是Niagara驱动做的事情。Niagara提供了一个驱动开发框架，按照这个开发框架和数据模型，按照这个框架来实现各种协议的驱动，就能为上层应用提供统一的数据模型。

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下面就是一个Niagara驱动开发后的层次结构：

n driver.PNG

这里面的每个节点都是对应Niagara驱动开发的一个类，需要在每个类里面实现驱动的逻辑。这块功能现在体会还不是很深，以后有机会写一个自己的驱动，再补上一个完整的实例来理解这块内容。