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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（1）～（6）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（7）～（10）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。