在 DynamoDB 中监控设备状态更新

此使用案例讨论使用 DynamoDB 来监控 DynamoDB 中的设备状态更新（或设备状态更改）。

应用场景

在 IoT 使用案例（例如智能工厂）中，许多设备需要由操作员监控，它们会定期将其状态或日志发送到监控系统。当设备出现问题时，该设备的状态会从正常更改为警告。根据设备中异常行为的严重程度和类型，日志级别或状态会有所不同。然后，系统会指派一名操作员检查设备，如果需要，操作员可以将问题上报给主管。

此系统的一些典型访问模式包括：

为设备创建日志条目
获取特定设备状态的所有日志，首先显示最新的日志
获取给定操作员在两个日期之间的所有日志
获取向给定主管上报的所有日志
获取向给定主管上报的带有特定设备状态的所有日志
获取特定日期向给定主管上报的带有特定设备状态的所有日志

实体关系图

这是我们将用于监控设备状态更新的实体关系图（ERD）。

访问模式

这些是我们将考虑用于监控设备状态更新的访问模式。

createLogEntryForSpecificDevice
getLogsForSpecificDevice
getWarningLogsForSpecificDevice
getLogsForOperatorBetweenTwoDates
getEscalatedLogsForSupervisor
getEscalatedLogsWithSpecificStatusForSupervisor
getEscalatedLogsWithSpecificStatusForSupervisorForDate

架构设计的演变

步骤 1：解决访问模式 1（createLogEntryForSpecificDevice）和 2（getLogsForSpecificDevice）

设备跟踪系统的扩展单位将是各个设备。在该系统中，deviceID 唯一地标识设备。这使得 deviceID 成为分区键的出色候选者。每个设备都会定期（比如每五分钟左右）向跟踪系统发送信息。这种排序使日期成为逻辑排序标准，因此成为排序键。本案例中的示例数据如下所示：

要获取特定设备的日志条目，我们可以使用分区键 DeviceID="d#12345" 执行查询操作。

步骤 2：解决访问模式 3（getWarningLogsForSpecificDevice）

由于 State 是一个非键属性，因此，使用当前架构解决访问模式 3 将需要一个筛选表达式。在 DynamoDB 中，筛选表达式是在使用键条件表达式读取数据之后应用的。例如，如果我们要获取 d#12345 的警告日志，那么分区键为 DeviceID="d#12345" 的查询操作将从上表中读取四个项目，然后筛选出一个具有警告状态的项目。这种方法在规模较大时效率不高。如果所排除的项目的比率较低或查询不频繁执行，则筛选表达式可能是一种排除所查询的项目的好方法。但是，对于从表中检索到许多项目并且大多数项目被筛选掉的情况，我们可以继续改进我们的表设计，使其运行效率更高。

让我们通过使用复合排序键来更改处理这种访问模式的方式。您可以从 DeviceStateLog_3.json 导入示例数据，其中排序键更改为 State#Date。此排序键是属性 State、# 和 Date 的组合。在本例中，# 用作分隔符。数据现在如下所示：

使用复合排序键 State#Date 获取的设备 d#12345 的状态更新数据。

要仅获取设备的警告日志，则使用此架构可以使查询更具针对性。查询的键条件使用分区键 DeviceID="d#12345" 和排序键 State#Date begins_with “WARNING”。此查询将只读取具有警告状态的相关三个项目。

步骤 3：解决访问模式 4（getLogsForOperatorBetweenTwoDates）

您可以导入 DeviceStateLog_4.json，其中 Operator 属性已添加到带有示例数据的 DeviceStateLog 表中。

DeviceStateLog 表设计，带有 Operator 属性，用于获取操作员在特定日期之间的日志。

由于 Operator 当前不是分区键，因此无法基于 OperatorID 对该表执行直接键/值查找。我们需要在 OperatorID 上创建一个具有全局二级索引的新项目集合。访问模式需要基于日期的查找，因此 Date 是全局二级索引（GSI）的排序键属性。这就是 GSI 现在的样子：

此 GSI 设计以 OperatorID 和 Date 作为分区键和排序键，来获取特定操作员的日志。

对于访问模式 4（getLogsForOperatorBetweenTwoDates），您可以在 2020-04-11T05:58:00 和 2020-04-24T14:50:00 之间使用分区键 OperatorID=Liz 和排序键 Date 来查询此 GSI。

使用 OperatorID 和 Date 对 GSI 进行查询，来获取操作员在两个日期之间的日志。

步骤 4：解决访问模式 5（getEscalatedLogsForSupervisor）、6（getEscalatedLogsWithSpecificStatusForSupervisor）和 7（getEscalatedLogsWithSpecificStatusForSupervisorForDate）

我们将使用稀疏索引来解决这些访问模式。

原定设置情况下，全局二级索引是稀疏索引，因此，只有基表中包含索引的主键属性的项目才会实际出现在索引中。这是排除与正在建模的访问模式无关的项目的另一种方法。

您可以导入 DeviceStateLog_6.json，其中 EscalatedTo 属性已添加到带有示例数据的 DeviceStateLog 表中。如前所述，并非所有日志都会上报给主管。

现在可以创建一个新的 GSI，其中 EscalatedTo 是分区键，State#Date 是排序键。请注意，只有同时具有 EscalatedTo 和 State#Date 属性的项目才会出现在索引中。

此 GSI 设计旨在获取所有具有 EscalatedTo 和 State#Date 属性的项目。

其余的访问模式汇总如下：

下表总结了所有访问模式以及架构设计如何解决访问模式：

访问模式	基表/GSI/LSI	操作	分区键值	排序键值	其他条件/筛选条件
createLogEntryForSpecificDevice	基表	PutItem	DeviceID=deviceId	State#Date=state#date
getLogsForSpecificDevice	基表	Query	DeviceID=deviceId	State#Date begins_with "state1#"	ScanIndexForward = False
getWarningLogsForSpecificDevice	基表	Query	DeviceID=deviceId	State#Date begins_with "WARNING"
getLogsForOperatorBetweenTwoDates	GSI-1	查询	Operator=operatorName	date1 和 date2 之间的日期
getEscalatedLogsForSupervisor	GSI-2	查询	EscalatedTo=supervisorName
getEscalatedLogsWithSpecificStatusForSupervisor	GSI-2	查询	EscalatedTo=supervisorName	State#Date begins_with "state1#"
getEscalatedLogsWithSpecificStatusForSupervisorForDate	GSI-2	查询	EscalatedTo=supervisorName	State#Date begins_with "state1#date1"