系统架构设计师备考第55天——数据库设计融合物联网层次架构案例分析

一、数据库设计与类的设计融合

核心要点

1. 类与数据模型的关系

   • 类对应实体，类属性映射数据表字段，类关系（继承/组合/关联）决定表间关系设计。
   • 正确识别类间关系是数据模型关键，需通过业务场景分析提炼核心实体及其交互。

2. 建模的艺术性

   • 无唯一“正确”模型，但存在“好模型”标准：
     ✅ 全生命周期成本最小化（开发+维护+演化成本）
     ✅ 可扩展性（适应业务变化，如字段增减、关系调整）
     ❌ 避免仅聚焦开发成本，忽视长期维护代价。

3. 设计方法论

   • 迭代识别法：通过用例驱动识别候选类 → 筛选核心类 → 定义类关系 → 映射数据表结构。
   • 模式复用：采用设计模式（如工厂模式）解耦业务逻辑与数据访问逻辑。

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二、数据库设计与XML设计融合

XML文档分类与存储策略

类型	特点	适用场景	存储方式
数据为中心	结构规则、内容同质	电商订单、传感器数据	数据库存储（字段拆分）
文档为中心	结构不规则、内容混合	产品说明书、邮件内容	文件存储（BLOB/CLOB）

XML存储方案对比

• 文件存储

  • 缺点：无法查询内部数据、管理困难、性能低下（全文检索效率低）。
  • 适用：内容无需结构化查询的文档（如合同存档）。

• 数据库存储

  • 优点：支持结构化查询、事务管理、并发控制（如Oracle XML DB）。
  • 挑战：XML嵌套结构需映射为关系表（通过XMLSchema定义约束）。

XML作为数据库的局限

• 适用场景：小数据量、低并发需求（如配置管理）。
• 不适用场景：高并发交易系统（缺事务隔离、索引优化弱）。
• XML数据库定义：持久化XML文档集合，需符合Schema校验，支持XQuery查询。

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三、物联网层次架构设计

四层核心架构

1. 感知层

   • 终端设备（传感器/RFID）采集数据 → 边缘计算初步处理。
   • 设计重点：低功耗通信（ZigBee/LoRa）、设备轻量化协议（MQTT-SN）。

2. 网络层

   • 数据传输通道（4G/5G/NB-IoT） → 网关协议转换（MQTT→HTTP）。
   • 安全挑战：设备认证（DTLS）、数据加密（TLS 1.3）。

3. 平台层

   • 设备管理（接入控制）、数据存储（时序数据库InfluxDB）、分析引擎（Spark Streaming）。
   • 关键技术：规则引擎（动态响应设备事件）、API网关（开放能力）。

4. 应用层

   • 行业解决方案（如智能家居、工业监控） → 提供用户交互界面。
   • 案例：电子小票系统通过RFID自动生成消费记录。

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四、层次式架构案例分析

案例1：PetShop电商系统

• 分层设计：
  表现层：ASP.NET MVC动态生成页面
  业务层：订单处理工作流（状态机模式）
  数据层：工厂模式封装SQL Server/Oracle差异
• 亮点：
  • UIP（用户界面处理）模式统一Web/WinForm交互逻辑
  • 连接池管理降低数据库开销

案例2：电子小票服务系统

• 物联网架构落地：
  • 感知层：POS机扫码/RFID标签
  • 平台层：Kafka消峰处理交易流水
  • 应用层：大数据分析消费行为（关联Lambda架构）
• 价值：减少纸质小票成本，实现精准营销。

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考点聚焦与真题示例

1. 高频考点

   • 类图到数据库表的映射规则（如继承→单表/多表策略）
   • XML存储选型依据（结构化程度 vs 查询需求）
   • 物联网层次职责划分（感知层≠数据传输）

2. 典型试题

   Q: 某系统需存储不规则医疗报告（含图文混合），请选择存储方案并说明原因。
   A: 选择文件存储（如MongoDB GridFS），因内容结构松散且无需深度查询，数据库存储会导致字段冗余。

3. 论文写作提示

   • 结合项目说明分层架构如何解决性能瓶颈（如数据库连接池优化）。
   • 对比XML与JSON在数据交换中的优劣（考题趋势）。