基于RESTful 面向資源的站內(nèi)管控平臺設(shè)計

朱 斌，林 帆

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，南京 210014）

1 引言

衛(wèi)星地球站監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對地球站內(nèi)所有設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)、數(shù)據(jù)、告警等進(jìn)行監(jiān)控，針對監(jiān)控設(shè)備的接口、協(xié)議、狀態(tài)、數(shù)據(jù)類型的異構(gòu)問題，通過設(shè)計的統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、可讀的模型進(jìn)行資源表征，站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)與設(shè)備接口、上層應(yīng)用接口之間實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，其北向接口服務(wù)而采用遵循RESTful Web Service 設(shè)計規(guī)范，是面向?qū)ο蠡蛘呱蠈佑脩籼峁┩陚涞男畔⒔换ソ涌?，通過HTTP 協(xié)議訪問URI 接口（API）來完成數(shù)據(jù)請求和響應(yīng)，來提高系統(tǒng)的分布性能、集群性能和松耦合性能。

2 RESTful 概述

2.1 RESTful Web Service

REST（Representational State Transfer）是指資源的表現(xiàn)層狀態(tài)轉(zhuǎn)化。而“資源”就是能夠通過特定URI（統(tǒng)一資源定位符）進(jìn)行訪問的實(shí)體，它可以是一段文本、一張圖片、一首歌曲、一種服務(wù)。以不同的URI 形式來表示系統(tǒng)中的同一個資源，通過請求響應(yīng)方法，從而減少對服務(wù)端、客戶端的限制，提高接口服務(wù)的松耦合性。

RESTful Web Service 是目前流行的遵循REST 設(shè)計規(guī)范，面向資源的輕量級Web 服務(wù)。具體來說，客戶端和服務(wù)器的交互按照HTTP 協(xié)議定義的4中動詞：GET 用來獲取資源，POST 用來新建資源，PUT 用來更新資源，DELETE 用來刪除資源，對系統(tǒng)的資源進(jìn)行增刪改查操作。

2.2 基于REST 規(guī)范的接口

基于REST 規(guī)范的接口服務(wù)就是將系統(tǒng)中所有訪問的實(shí)體都抽象成資源，并賦予其唯一的資源標(biāo)識符，通過制定統(tǒng)一的RESTful API 接口規(guī)范對外界提供各種資源服務(wù)。

該接口規(guī)范主要有以下4個特征：資源的可標(biāo)識性、無狀態(tài)性、連通性和接口統(tǒng)一性?？蓸?biāo)識性指一個應(yīng)用將其訪問的實(shí)體集中有價值的部分作為資源，通過URI 的形式表征出來。無狀態(tài)性指每個HTTP 請求都是無狀態(tài)且獨(dú)立的，由于不需要保存當(dāng)前會話狀態(tài)，因此在系統(tǒng)集群時不會受會話復(fù)制的約束，從而可以提高系統(tǒng)的伸縮性。連通性是指要求資源通過它們的表征方式彼此相連。接口統(tǒng)一性是指對資源的操作都通過HTTP 接口協(xié)議定義的4個方法來實(shí)現(xiàn)，通過詳細(xì)接口服務(wù)的設(shè)計、開發(fā)和描述，而且在系統(tǒng)集成時便于服務(wù)的發(fā)現(xiàn)和自動匹配。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

3.1 體系結(jié)構(gòu)

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 功能要求

（1）資源模型管理模塊。針對監(jiān)控設(shè)備的接口、協(xié)議、狀態(tài)、數(shù)據(jù)類型的異構(gòu)問題，通過設(shè)計的統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、可讀的模型進(jìn)行資源表征，科學(xué)合理表示待測參數(shù)并豐富數(shù)據(jù)字典，可以通過模型數(shù)據(jù)集合，對各類設(shè)備進(jìn)行XML 形式抽象建模。

（2）異構(gòu)接口數(shù)據(jù)適配。管控設(shè)備的下層數(shù)據(jù)采集接口類型豐富多樣，涵蓋UDP、串口、SNMP 等，數(shù)據(jù)適配主要自動適配不同接口種類，封裝成統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的業(yè)務(wù)資源，用k-v 鍵值錄到資源模型庫Map 中，使集成平臺可以使用統(tǒng)一資源標(biāo)識符實(shí)現(xiàn)對異構(gòu)資源的讀寫操作，功能如圖2所示。

（3）動態(tài)資源監(jiān)視服務(wù)。綜合監(jiān)視服務(wù)是實(shí)時對底層提供的天線設(shè)備、饋電設(shè)備、通信設(shè)備、輔助設(shè)備等數(shù)據(jù)、狀態(tài)、告警信息進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)相應(yīng)個性化配置，系統(tǒng)自動對關(guān)鍵參數(shù)的變化情況進(jìn)行記錄，并存儲在數(shù)據(jù)庫中。

（4）安全日志管理。安全管理服務(wù)對用戶的設(shè)備控制動作、故障事件進(jìn)行自動監(jiān)控及消息推送，并存入數(shù)據(jù)庫中，形式化輸出事件信息。該模塊貫穿整個系統(tǒng)的功能模塊，它具有攔截和過濾功能。對于用戶的任何操作，都要進(jìn)行權(quán)限管理、數(shù)據(jù)安全、操作日志等操作判定。

圖2 底層適配服務(wù)

（5）數(shù)據(jù)視圖服務(wù)。綜合展示服務(wù)是以可視化拓?fù)鋱D元形式，對用戶提供的數(shù)據(jù)、狀態(tài)、告警、報表、日志等展示，展示的具體形式包括圖形、列表、文字等形式，該數(shù)據(jù)視圖展示服務(wù)也向用戶提供個性化定制，使得內(nèi)容更加豐富直觀。

（6）北向服務(wù)接口。對外提供北向接口服務(wù)，并遵循RESTful Web Service 設(shè)計規(guī)范，是面向資源的輕量級Web 服務(wù)，使用戶關(guān)心應(yīng)用層的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，通過HTTP 協(xié)議訪問URI 接口（API）來完成數(shù)據(jù)請求和響應(yīng)。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 資源模型庫管理

衛(wèi)星管控系統(tǒng)所管轄的設(shè)備種類和數(shù)量龐大，且在后續(xù)推廣應(yīng)用中會持續(xù)進(jìn)行擴(kuò)充變更，所以首先應(yīng)對資源模型的元信息進(jìn)行數(shù)據(jù)建模?；赬ML 化的對象資源數(shù)據(jù)模型能夠保證數(shù)據(jù)模型的可擴(kuò)展能力，相對于關(guān)系型數(shù)據(jù)存儲模式，通過XML 存儲數(shù)據(jù)具有通俗易懂的標(biāo)注型數(shù)據(jù)格式、層次分明的數(shù)據(jù)格式、靈活的數(shù)據(jù)存儲方式、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的兼容等優(yōu)勢。描述一個整站全類資源（對象）需要包含對象的屬性、行為和方法等信息，如以下代碼：

表1 整站資源對象描述

根據(jù)以上代碼，可以建立root、type、device 三個類對其進(jìn)行序列化操作：

表2 資源對象序列化

其次，站內(nèi)每個資源（對象）的參數(shù)也要建立統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)模型庫，主要包括狀態(tài)參數(shù)ID、參數(shù)名、參數(shù)值、閾值等參數(shù)信息。需要注意的是，該數(shù)據(jù)模型需要包含用戶操作和關(guān)心的參數(shù)描述信息，如下表所示。同時，數(shù)據(jù)適配層也要對其他狀態(tài)信息、變化信息的建立統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)模型。

表3 參數(shù)模型

4.2 數(shù)據(jù)適配層

管控系統(tǒng)在設(shè)備和用戶之間需采集處理不同廠商的異構(gòu)數(shù)據(jù)接口，本文設(shè)計了基于任務(wù)的數(shù)據(jù)采集適配服務(wù)，不僅要生成系統(tǒng)的“讀”接口，還可給用戶生成“寫”接口?？筛鶕?jù)以下原則進(jìn)行數(shù)據(jù)適配工作：

（1）對于相同類型的設(shè)備，以單例模式創(chuàng)建處理可啟動/停止的任務(wù)，本文采用基于Quartz 的調(diào)度任務(wù)，負(fù)責(zé)采集設(shè)備的原始數(shù)據(jù)信息。

（2）對于設(shè)備狀態(tài)信息，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型，將異構(gòu)的原始接口（含UDP、串口、SNMP 協(xié)議等）信息建立統(tǒng)一格式的可見數(shù)據(jù)。

（3）對于設(shè)備設(shè)置參數(shù)，可以接受json/XML 等RESTful 規(guī)范的明文設(shè)置信息，并以及時響應(yīng)json/XML 格式的信息。

（4）將采集和適配的信息進(jìn)行分類存儲，包含狀態(tài)信息、參數(shù)信息、故障信息、拓?fù)湫畔⒌取?/p>

（5）對于原始接口的屬性修改、數(shù)量擴(kuò)展等動態(tài)改變，要進(jìn)行實(shí)時的更新匹配。

（6）對于設(shè)備的設(shè)置信息，需要提供寫接口，并要求對每個寫接口進(jìn)行相應(yīng)的RESTful 規(guī)范響應(yīng)信息。

4.3 動態(tài)綜合監(jiān)視服務(wù)

數(shù)據(jù)適配通常只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的歸納入庫，而綜合監(jiān)視服務(wù)是根據(jù)設(shè)定的規(guī)則或用戶需求等輸入，對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測、歷史分析、告警監(jiān)視等分類提供服務(wù)，本文總結(jié)了以下服務(wù)：

（1）設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控管理。與底層適配模塊進(jìn)行監(jiān)控管理信息交互，對適配數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測、管理、告警等數(shù)據(jù)監(jiān)測服務(wù)，及時納入服務(wù)層內(nèi)存緩存和數(shù)據(jù)庫。

（2）關(guān)鍵狀態(tài)變化監(jiān)測。根據(jù)相應(yīng)配置，系統(tǒng)可對關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定閾值，自動記錄變化情況，并存儲在數(shù)據(jù)庫中。

（3）歷史數(shù)據(jù)分析。軟件對監(jiān)測的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行演變分析，形式化輸出統(tǒng)計信息；軟件對控制進(jìn)行監(jiān)控，并存入數(shù)據(jù)庫中，形式化輸出事件信息；軟件對故障事件進(jìn)行監(jiān)控，并存入數(shù)據(jù)庫中，形式化輸出事件信息。

（4）預(yù)案計劃管理。用戶可以從某個預(yù)案中選擇性編輯、刪除設(shè)備某個參數(shù)，并保存該預(yù)案。用戶可以選擇性下發(fā)設(shè)備當(dāng)前參數(shù)，或者批量下發(fā)預(yù)案中保存的設(shè)備參數(shù)。

（5）推送消息服務(wù)。對用戶提供定制的數(shù)據(jù)、狀態(tài)、告警、報表、日志等json/XML 格式規(guī)范的消息。

4.4 服務(wù)層接口設(shè)計

后端服務(wù)中控制器使用RESTful 接口實(shí)現(xiàn)API 與用戶的資源訪問處理，其使用HTTPs 協(xié)議。用戶請求的url 使用同一個url而用請求方式，包括GET（SELECT），POST（CREATE），PUT（UPDATE），PATCH（UPDATE），DELETE（DELETE），形 成一個統(tǒng)一的接口，其中交互數(shù)據(jù)格式為輕量級數(shù)據(jù)，則格式采用JSON 格式化，若為重量級數(shù)據(jù)，格式采用XML 格式化。

（1）配置管理接口

表4 配置管理API分類1

（2）狀態(tài)信息接口

表5 配置管理API分類2

（3）告警信息接口

表6 配置管理API分類3

（4）設(shè)備參數(shù)接口

表7 配置管理API分類4

（5）操作控制接口

表8 配置管理API分類5

（6）歷史數(shù)據(jù)分析接口

表9 配置管理API分類6

（7）規(guī)劃預(yù)案管理接口

表10 配置管理API分類7

基于RESTful 規(guī)范的管控系統(tǒng)在北向的任務(wù)配置下發(fā)和設(shè)備狀態(tài)上報處理上，采用RESTful Service 服務(wù)API 接口。針對面向活動和面向資源的不同，采用不同的協(xié)議進(jìn)行任務(wù)下發(fā)和狀態(tài)獲取。實(shí)現(xiàn)站控內(nèi)部、設(shè)備級、上級管控之間的接口交互的標(biāo)準(zhǔn)化，將各種分散的異構(gòu)資源映射到邏輯參照體系上，并通過定義統(tǒng)一的資源元模型和數(shù)據(jù)存取接口屏蔽各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)格式差異，使得站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)與設(shè)備接口、上層應(yīng)用接口之間實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。

5 結(jié)束語

基于RESTful Web 規(guī)范的衛(wèi)星站監(jiān)控軟件按照通用的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計，底層為協(xié)議適配層，中間層為綜合監(jiān)視服務(wù)層，頂層為用戶表示層，另外還有貫穿系統(tǒng)全局的安全管理層，有連接本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的外部接口和系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的外部接口功能。通過北向接口服務(wù)，構(gòu)建各個類型的功能服務(wù)的擴(kuò)展及構(gòu)建，使得不同系統(tǒng)生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間能夠進(jìn)行異步數(shù)據(jù)通信服務(wù)，提高了WEB 系統(tǒng)前端后臺分離度、異構(gòu)數(shù)據(jù)通信的時間、空間的多維松耦合。