北斗數(shù)據(jù)接入中間件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

丁 昊，譚美景，王萬歷，張曉楠

（1.信息工程大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，河南 鄭州 450052；2.65015部隊(duì)，遼寧 大連 116000；3.68011部隊(duì)，甘肅 蘭州 730020）

作為軟件行業(yè)新興的一個(gè)分支，中間件技術(shù)越來越受到廣泛的關(guān)注。中間件的核心思想在于分層，即通過在應(yīng)用層和底層基礎(chǔ)軟件之間增加一層，來屏蔽底層軟件復(fù)雜的細(xì)節(jié)，減少程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

鑒于以往的北斗應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在數(shù)據(jù)的獲取和訪問上通常與特定的北斗硬件設(shè)備綁定在一起。對(duì)于軟件的開發(fā)人員來說，需要根據(jù)特定的北斗硬件設(shè)備開發(fā)北斗定位數(shù)據(jù)的訪問模塊，當(dāng)系統(tǒng)移植到新的硬件平臺(tái)上時(shí)，就必須重新編寫大量的北斗數(shù)據(jù)的訪問代碼。因?yàn)椴煌瑥S商的北斗設(shè)備具有不同的調(diào)用方式，更換不同的廠家的設(shè)備意味著要重新編寫大量的代碼，增加了應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜度和工作量。而對(duì)于軟件的最終用戶來說，已投入使用的軟件系統(tǒng)無法與新的硬件一起工作，從而無法得到硬件升級(jí)和降價(jià)帶來的好處。

基于以上分析，本文提出和設(shè)計(jì)了北斗數(shù)據(jù)接入中間件，通過對(duì)不同廠商北斗硬件設(shè)備的描述和分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的北斗數(shù)據(jù)接入具體實(shí)現(xiàn)層，從而屏蔽了北斗數(shù)據(jù)的接入、通信和傳輸細(xì)節(jié)，以及北斗數(shù)據(jù)接收終端硬件的差異。對(duì)于開發(fā)人員來說減少了開發(fā)難度和工作量，對(duì)于終端用戶來說，也方便了系統(tǒng)的升級(jí)，節(jié)約了用戶的成本。

1 北斗數(shù)據(jù)中間件整體架構(gòu)的分析

1.1 傳統(tǒng)基于北斗開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的方式

對(duì)于通常的基于北斗用戶機(jī)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的用戶來說，典型的研發(fā)環(huán)境如圖1所示。

圖1 北斗應(yīng)用系統(tǒng)典型研發(fā)環(huán)境

在該典型研發(fā)環(huán)境下，北斗用戶機(jī)工作的基本原理是：應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)功能發(fā)送相應(yīng)操作指令，北斗用戶機(jī)接收指令并處理，如果處理結(jié)果不需要返回給應(yīng)用系統(tǒng)，則本次北斗應(yīng)用結(jié)束，否則北斗用戶機(jī)返回處理結(jié)果，應(yīng)用系統(tǒng)接收結(jié)果進(jìn)行業(yè)務(wù)處理完成功能，本次北斗應(yīng)用結(jié)束。

因此，這種開發(fā)方式存在的問題是，針對(duì)不同廠商的北斗用戶機(jī)，開發(fā)人員都要針對(duì)性的開發(fā)一套應(yīng)用系統(tǒng)，一旦用戶機(jī)設(shè)備發(fā)生變化，那么系統(tǒng)也將跟著改變，這種開發(fā)方式存在著很大的弊端。

1.2 北斗數(shù)據(jù)接入中間件的設(shè)計(jì)原則

北斗數(shù)據(jù)接入中間件是要在不同的北斗用戶機(jī)硬件平臺(tái)上運(yùn)行的統(tǒng)一的北斗數(shù)據(jù)訪問接口，其設(shè)計(jì)上不僅要考慮到怎樣向外界的應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的功能接口，還要考慮到不同指揮機(jī)硬件設(shè)備數(shù)據(jù)接口的差異，所以，北斗數(shù)據(jù)接入中間件要堅(jiān)持以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則：

1）符合需求。北斗數(shù)據(jù)接入中間件是提供給指揮監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的，所以最基本的原則是要滿足客戶的需求。

2）可移植性。北斗數(shù)據(jù)接入中間件必須提供統(tǒng)一的編程接口，屏蔽北斗指揮機(jī)硬件平臺(tái)的差異，這樣，指揮監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用才具有極強(qiáng)的可移植性，容易與不同的指揮機(jī)硬件配合使用。

3）穩(wěn)定性。北斗數(shù)據(jù)接入中間件的使用不能影響指揮監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效率，且必須能保證系統(tǒng)正確穩(wěn)定的運(yùn)行。

4）可擴(kuò)充性。北斗數(shù)據(jù)接入中間件建成后會(huì)有一段較長(zhǎng)的使用周期，在周期范圍內(nèi)，應(yīng)用系統(tǒng)的功能不斷增加，應(yīng)用的層次不斷升級(jí)，因此在設(shè)計(jì)上應(yīng)充分考慮升級(jí)、擴(kuò)充的可行性和便利性。

1.3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

北斗數(shù)據(jù)接入中間件在北斗應(yīng)用系統(tǒng)中所處的位置如圖2所示。

圖2 北斗數(shù)據(jù)接入中間件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，應(yīng)用最廣泛的北斗指揮機(jī)硬件平臺(tái)主要為國(guó)星北斗指揮機(jī)和星地恒通北斗指揮機(jī)，而不同的設(shè)備廠商所提供的二次開發(fā)平臺(tái)SDK是不一致的，因此，將這些不同的功能函數(shù)封裝為統(tǒng)一的北斗數(shù)據(jù)訪問接口，從而為上層的應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)。

北斗數(shù)據(jù)接入中間件向下屏蔽了不同廠商的北斗指揮機(jī)硬件平臺(tái)的差異，向上為應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的北斗數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，使開發(fā)人員將注意力集中在系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能上，不必再為系統(tǒng)在不同硬件上的移植而重復(fù)工作，大大降低了開發(fā)成本和復(fù)雜度，也減少了系統(tǒng)維護(hù)的工作量。

2 北斗數(shù)據(jù)接入中間件詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 廠商接口分析

不同廠商提供的北斗功能接口主要區(qū)別在于接口的命名和參數(shù)的傳遞上，完成的主要功能大體相同，主要有以下5個(gè)功能：

1）設(shè)備初始化。該接口一般在系統(tǒng)初始化的時(shí)候調(diào)用，現(xiàn)有的北斗指揮機(jī)硬件都是基于串口通信，通過該接口完成串口的打開，以及一些相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，如：設(shè)置注冊(cè)數(shù)據(jù)收發(fā)的窗口，或者設(shè)置數(shù)據(jù)接收的回調(diào)函數(shù)接口。

2）定位申請(qǐng)。北斗系統(tǒng)其中一項(xiàng)最大的功能就是申請(qǐng)定位數(shù)據(jù)，傳遞包括入站波束號(hào)、定位類別、入站頻度等參數(shù)。系統(tǒng)通過調(diào)用定位申請(qǐng)接口向北斗硬件設(shè)備請(qǐng)求定位數(shù)據(jù)，硬件設(shè)備通過系統(tǒng)回調(diào)函數(shù)或者消息的方式把用戶當(dāng)前位置發(fā)送給用戶系統(tǒng)。

3）通信申請(qǐng)。通信申請(qǐng)是完成北斗用戶機(jī)向其他用戶機(jī)通信的功能，通過向北斗硬件設(shè)備發(fā)送通信申請(qǐng)命令完成通信，主要包括入站波束號(hào)、通信類別、通信信息類型、編碼方式、接收方用戶地址以及通信內(nèi)容等參數(shù)。

4）授時(shí)申請(qǐng)。主要完成標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的獲取。

5）設(shè)備自毀。該接口用于收發(fā)管理模塊的銷毀，釋放資源，通常在程序退出時(shí)調(diào)用。

2.2 北斗數(shù)據(jù)接入中間件接口設(shè)計(jì)

北斗數(shù)據(jù)接入中間件是專為指揮監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)據(jù)訪問接口，其作用主要是提供指揮監(jiān)控業(yè)務(wù)過程中的功能函數(shù)。為了滿足實(shí)際的應(yīng)用需求，根據(jù)前一節(jié)的分析，北斗數(shù)據(jù)接入中間件應(yīng)具備以下幾個(gè)方面的功能：北斗設(shè)備打開、用戶信息請(qǐng)求、定位請(qǐng)求、通信請(qǐng)求、查詢請(qǐng)求、北斗設(shè)備關(guān)閉、設(shè)備自銷毀。

兩家北斗系統(tǒng)硬件供應(yīng)廠商雖然在提供的二次開發(fā)接口上有很大差別，例如：國(guó)星公司的定位申請(qǐng)、通信申請(qǐng)以及授時(shí)服務(wù)都是調(diào)用同一接口，通過傳遞參數(shù)的類型來判斷不同的申請(qǐng)命令，完成相應(yīng)的功能。而星地恒通公司提供的接口則是按照具體的業(yè)務(wù)功能來劃分。而且兩家公司的回調(diào)方式也是有很大區(qū)別的，因此，如何設(shè)計(jì)一套統(tǒng)一的接口針向上為系統(tǒng)應(yīng)用層屏蔽底層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，向下對(duì)各家平臺(tái)都能提供支持和擴(kuò)展是中間件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

類的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 北斗數(shù)據(jù)接入中間件接口設(shè)計(jì)

中間件的接口定義主要包括兩部分，即命令發(fā)送接口（IC＿BDRequest）與業(yè)務(wù)邏輯功能回調(diào)接口（IC＿BDRespond）。其中命令發(fā)送接口由中間件層實(shí)現(xiàn)，而業(yè)務(wù)邏輯功能回調(diào)接口具體實(shí)現(xiàn)是在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，因?yàn)椴煌臉I(yè)務(wù)系統(tǒng)針對(duì)不同業(yè)務(wù)完成的功能不一樣，因此，業(yè)務(wù)邏輯回調(diào)接口由業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，中間件通過業(yè)務(wù)邏輯功能回調(diào)接口通知系統(tǒng)完成相應(yīng)功能。

2.2.1 IC＿BDRequst接口

IC＿BDRequest接口中定義了8個(gè)函數(shù)，圖3中上方的4個(gè)結(jié)構(gòu)體是請(qǐng)求接口用到的4個(gè)打包參數(shù)，接口定義函數(shù)描述如下：

openDevice函數(shù)是設(shè)備打開函數(shù)，完成北斗硬件系統(tǒng)的打開以及初始化工作，傳遞的參數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)備信息tagDevinfo，其中，port表示連接串口號(hào)；baud表示傳輸波特率；config表示設(shè)備配置信息（也可用于擴(kuò)展傳遞其他類型的信息，比如接入其他種類的設(shè)備或者模擬器之類）。

respondCall函數(shù)是注冊(cè)回調(diào)對(duì)象，前面已經(jīng)講過回調(diào)對(duì)象接口是由業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)初始化的時(shí)候，調(diào)用該函數(shù)注冊(cè)對(duì)象。

requestICinfo函數(shù)是查詢當(dāng)前用戶機(jī)的IC卡信息。

requestPosinfo函數(shù)是申請(qǐng)定位函數(shù)，申請(qǐng)當(dāng)前用戶的位置，其中定位申請(qǐng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為tagDwsq。結(jié)構(gòu)中urgency表示是否緊急定位；infoType表示信息類別，0表示有高程，1表示無測(cè)高；hbH表示海拔高度；antennaH表示天線高度；freq表示入站頻度，單位為s，0時(shí)為單次入站，否則為連續(xù)定位。

requestCommunication函數(shù)是申請(qǐng)通信函數(shù)，向其他用戶機(jī)發(fā)送通信內(nèi)容，如果當(dāng)前是用戶指揮機(jī)也可以向下轄機(jī)廣播通信內(nèi)容。通信申請(qǐng)參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為tagTxsq。其中，posthaste表示是否為特快通信；bcd表示是否為BCD編碼方式；bResponse表示是否應(yīng)答，0為否，1為是；srcID表示發(fā)送信息源的卡號(hào)；destID表示目標(biāo)機(jī)的卡號(hào)，如果使用的是指揮卡，且該地址為通播地址，則為廣播，下轄用戶均可收到；content表示電文內(nèi)容。

requstQuery函數(shù)是申請(qǐng)查詢函數(shù)，查詢目標(biāo)機(jī)的位置或者通信信息等內(nèi)容。查詢申請(qǐng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為tagQuery。其中，destID表示被查詢的目標(biāo)機(jī)的卡號(hào)；type表示查詢類別，0為定位，1為通信；para定位查詢時(shí)表示“定位次數(shù)”，00為1次，01為2次，02為3次，通信查詢時(shí)表示“查詢方式”，00為最新查詢，01為按發(fā)送方地址查詢，02為回執(zhí)。

2.2.2 IC＿BDRespond接口

IC＿BDRespond的接口定義主要針對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求來定制，比如本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要針對(duì)北斗用戶機(jī)的信息獲取，北斗定位申請(qǐng)以及北斗通信3個(gè)業(yè)務(wù)功能有需求，因此設(shè)計(jì)3個(gè)函數(shù)完成相應(yīng)的功能。

respondICinfo函數(shù)響應(yīng)查詢IC卡信息請(qǐng)求，返回參數(shù)中用戶IC卡信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為tagICinfo。其中，localID表示本機(jī)IC卡卡號(hào)；broadcastID表示通播地址；freq表示入站頻度；userNum表示下轄機(jī)個(gè)數(shù)；userIDs表示下轄機(jī)卡號(hào)。

respondPosinfo函數(shù)響應(yīng)查詢用戶的位置信息，返回參數(shù)中定位信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為tagPosinfo。其中，bQuery表示是否被查詢；id表示定位信息的卡號(hào)；lTime表示定位時(shí)間；dL表示經(jīng)度；dB表示緯度；iH表示高程。

respondCommuinfo函數(shù)響應(yīng)用戶通信的信息，當(dāng)有用戶向本機(jī)通信時(shí)會(huì)被調(diào)用，返回參數(shù)中通信信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為tagCommuinfo。其中，bQuery表示是否被查詢；sendID表示發(fā)送方卡號(hào)；inceptID表示接收方卡號(hào)；lTime表示通信時(shí)間；bBCD表示是否為BCD編碼方式；len表示通信內(nèi)容長(zhǎng)度；szContent表示通信內(nèi)容。

3 北斗數(shù)據(jù)接入中間件交互流程

北斗數(shù)據(jù)接入中間件的工作流程如圖4所示。

圖4 北斗數(shù)據(jù)接入中間件工作流程

在確定北斗指揮機(jī)硬件類型的基礎(chǔ)上，將相關(guān)參數(shù)傳入北斗數(shù)據(jù)接入中間件對(duì)其進(jìn)行初始化，同時(shí)系統(tǒng)調(diào)用中間件接口IC＿BDRequest中的respondCall函數(shù)設(shè)置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)邏輯回調(diào)對(duì)象，該對(duì)象實(shí)現(xiàn)了IC＿BDRespond接口。當(dāng)需要完成某一業(yè)務(wù)功能時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用中間件的IC＿BDRequest的接口，并發(fā)送相應(yīng)的命令請(qǐng)求數(shù)據(jù)，經(jīng)過北斗系統(tǒng)處理后，中間件調(diào)用IC＿BDRespond接口，接收響應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，并完成IC＿BDRespond的功能。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文主要綜合分析了幾家北斗指揮機(jī)的數(shù)據(jù)接口的描述，提出并設(shè)計(jì)了北斗數(shù)據(jù)接入中間件的接口結(jié)構(gòu)以及存儲(chǔ)傳遞的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基本包容了北斗指揮機(jī)數(shù)據(jù)接口的描述，功能全面且易于使用。

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