基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的移動(dòng)警務(wù)終端資源調(diào)度系統(tǒng)

徐樂(lè) 姜西斌 劉光耀 公安部第一研究所

引言

近年來(lái)，移動(dòng)警務(wù)終端形態(tài)變得豐富多樣，傳統(tǒng)的移動(dòng)警務(wù)終端逐步擴(kuò)展，執(zhí)法記錄儀、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、可佩戴類設(shè)備、車載類設(shè)備層出不窮，數(shù)據(jù)資源也擴(kuò)展為語(yǔ)音、視頻、圖像、數(shù)據(jù)等，民警對(duì)于移動(dòng)執(zhí)法辦公的需求越來(lái)越迫切，視頻回傳、圖像回傳、讓數(shù)據(jù)多跑路，民警少跑腿的需求越加顯著。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)等，其管控端均依賴于Web平臺(tái)，指揮調(diào)度人員需在監(jiān)控室查看前方民警的實(shí)際情況，限制了指揮作戰(zhàn)能力。

各設(shè)備間相互孤立、調(diào)度困難、資源浪費(fèi)成為移動(dòng)警務(wù)工作的一大瓶頸，因此，在多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端迅猛發(fā)展、5G通信網(wǎng)絡(luò)普及的雙重驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)警務(wù)的資源調(diào)度成為了必然結(jié)果[1]。

一、系統(tǒng)架構(gòu)

（一）系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的移動(dòng)警務(wù)終端資源調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了資源回傳和遠(yuǎn)程調(diào)度功能。一方面，系統(tǒng)可將多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端采集的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)高效的回傳至民警的移動(dòng)警務(wù)終端，使民警真正具有“千里眼”“順風(fēng)耳”，可實(shí)時(shí)查看圖像、文本等信息；另一方面，民警可通過(guò)移動(dòng)警務(wù)終端，隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程調(diào)度有采集功能的多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端，使民警辦公更靈活、更便捷，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)。

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要包括采集側(cè)、用戶側(cè)、資源調(diào)度系統(tǒng)三個(gè)部分。

1.采集側(cè)

采集側(cè)即為多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端，運(yùn)行于聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)，用于接收由資源調(diào)度系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的用戶側(cè)控制信令，采集并推送視頻流、圖像信息、文本消息、音頻流等，終端類型如AR智能眼鏡、警務(wù)機(jī)器人、攝像頭、智能手環(huán)、執(zhí)法記錄儀、可穿戴設(shè)備、無(wú)人機(jī)、移動(dòng)警務(wù)終端等。

2.用戶側(cè)

用戶側(cè)即為移動(dòng)警務(wù)終端，運(yùn)行于聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)，一方面用于民警查看采集側(cè)推送的各種數(shù)據(jù)消息及預(yù)警信息，另一方面可遠(yuǎn)程發(fā)送控制信令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度的功能，主要包括統(tǒng)一認(rèn)證、應(yīng)用保活、密碼保護(hù)等，終端類型如移動(dòng)警務(wù)手機(jī)。

3.資源調(diào)度系統(tǒng)

資源調(diào)度系統(tǒng)即為系統(tǒng)的核心部分，基于Jetlinks物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)，為采集側(cè)和用戶側(cè)提供消息路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。主要包括設(shè)備接入網(wǎng)關(guān)、系統(tǒng)管理、事件總線三個(gè)功能模塊。

（1）設(shè)備接入網(wǎng)關(guān)：負(fù)責(zé)系統(tǒng)側(cè)統(tǒng)一的設(shè)備接入，包含網(wǎng)絡(luò)組件、協(xié)議解析等。設(shè)備接入時(shí)，由網(wǎng)絡(luò)組件接收請(qǐng)求報(bào)文，由協(xié)議解析將報(bào)文映射為系統(tǒng)統(tǒng)一的消息類型，然后推送到事件總線。

其中協(xié)議解析支持自定義協(xié)議和系統(tǒng)默認(rèn)協(xié)議，規(guī)定了消息解析規(guī)則，可將設(shè)備發(fā)送至系統(tǒng)的消息解析為系統(tǒng)統(tǒng)一Topic，也可將系統(tǒng)下發(fā)給設(shè)備的消息解析為設(shè)備支持的格式類型。

（2）系統(tǒng)管理：從用戶管理、終端管理、安全管理、授權(quán)管理等多維度實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全管控，確保雙向業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全擺渡、可追溯、可審計(jì)，特別是將關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送至民警終端時(shí)，確保民警、終端均安全可靠，均在后臺(tái)授權(quán)管理，同時(shí)數(shù)據(jù)需經(jīng)過(guò)脫敏處理，采用加水印、加解密、簽名驗(yàn)簽、分級(jí)顯示、黑白名單等方法，避免數(shù)據(jù)被惡意篡改或泄露。

（3）事件總線：基于Topic和事件驅(qū)動(dòng)，負(fù)責(zé)進(jìn)程內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。事件總線是一個(gè)基于發(fā)布/訂閱模式的事件傳遞組件，通過(guò)解耦發(fā)布者和訂閱者之間的調(diào)用，降低設(shè)備接入網(wǎng)關(guān)與后續(xù)業(yè)務(wù)邏輯之間的耦合，發(fā)布者將數(shù)據(jù)經(jīng)設(shè)備接入網(wǎng)關(guān)發(fā)送至事件總線，由事件總線轉(zhuǎn)發(fā)/廣播至已訂閱該Topic的訂閱者[2]。

（二）關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)基于Jetlinks物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)，采用Java8、Springboot、Webflux、Netty、Vert.x等開發(fā)，是一個(gè)全響應(yīng)式的資源調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)響應(yīng)式編程、事件總線、多協(xié)議適配等技術(shù)解決了關(guān)鍵難題。

1.響應(yīng)式編程

系統(tǒng)中會(huì)有很多耗時(shí)任務(wù)，比如網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求（甚至是跨網(wǎng)請(qǐng)求）、復(fù)雜計(jì)算、接口異常引起的超時(shí)等，導(dǎo)致接口響應(yīng)延遲，如果采用傳統(tǒng)函數(shù)編程模式，等待任務(wù)執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行，則會(huì)造成系統(tǒng)阻塞，嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能，采用傳統(tǒng)的異步編程模式，則只能解決單一的事務(wù)異步處理，對(duì)于復(fù)雜的多事務(wù)異步組合型回調(diào)問(wèn)題無(wú)法處理，因此系統(tǒng)采用響應(yīng)式編程框架，可以協(xié)調(diào)多個(gè)異步任務(wù)，解決耗時(shí)任務(wù)造成的系統(tǒng)阻塞問(wèn)題[3]。

系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)層到持久層全部封裝為非阻塞、響應(yīng)式調(diào)用，先構(gòu)造一個(gè)流以及處理流中數(shù)據(jù)的邏輯，當(dāng)流中產(chǎn)生了數(shù)據(jù)（發(fā)布、訂閱），才會(huì)執(zhí)行構(gòu)造好的邏輯，具有如下四個(gè)特性。

系統(tǒng)選用主流的Reactor作為響應(yīng)式編程框架，Reactor提供了強(qiáng)大的API，簡(jiǎn)化了對(duì)數(shù)據(jù)各種處理方式的復(fù)雜度，通過(guò)訂閱和發(fā)布數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高了系統(tǒng)的計(jì)算速度和響應(yīng)速度。但開發(fā)過(guò)程中，響應(yīng)式編程也有缺點(diǎn)，調(diào)試不易，異常棧難跟蹤，對(duì)開發(fā)人員有更高的要求，因此可以在有網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、計(jì)算量大、耗時(shí)較長(zhǎng)的方法上使用該編程模式。

2.事件總線

對(duì)于錯(cuò)綜復(fù)雜的資源調(diào)度系統(tǒng)，掛載幾十個(gè)甚至上百個(gè)移動(dòng)警務(wù)終端（采集側(cè)和用戶側(cè)），設(shè)備產(chǎn)生的事件種類繁雜、格式多樣、交互任務(wù)繁重，需要能準(zhǔn)確的將數(shù)據(jù)路由到接收端。因此，該系統(tǒng)采用事件總線作為數(shù)據(jù)交互媒介，有效降低了代碼的耦合度，準(zhǔn)確將采集側(cè)的數(shù)據(jù)擺渡到用戶側(cè)，將用戶側(cè)指令下發(fā)到采集端。

事件總線是基于觀察者模式構(gòu)建的，觀察者模式是指當(dāng)一個(gè)對(duì)象（被觀察者）的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，所有依賴于它的對(duì)象（觀察者）都將得到通知并自動(dòng)更新。事件總線包含主題、發(fā)布者、訂閱者三部分，發(fā)布者將消息發(fā)送到事件總線后，無(wú)需關(guān)注由誰(shuí)消費(fèi)該事件，事件總線會(huì)發(fā)送廣播，將消息發(fā)送給已訂閱該消息的訂閱者，訂閱者也無(wú)需關(guān)心由誰(shuí)發(fā)布的該事件，發(fā)布者和訂閱者均只需關(guān)注消息本身，避免發(fā)布者和訂閱者直接通信，從而使代碼更加簡(jiǎn)潔。

該系統(tǒng)中，發(fā)布者（采集側(cè)或用戶側(cè)）推送消息到事件總線，并自動(dòng)根據(jù)終端類型指定編碼器進(jìn)行序列化，系統(tǒng)接收到發(fā)布者發(fā)送的消息后，根據(jù)協(xié)議解析消息，并將消息轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的Topic 發(fā)送到事件總線，訂閱者從事件總線中訂閱該Topic，并按照指定的解碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和接收，發(fā)布者也可通過(guò)系統(tǒng)確定有多少訂閱者多訂閱了此Topic。

3.多協(xié)議適配

多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端設(shè)備協(xié)議多樣化，單一的公有協(xié)議接入無(wú)法滿足多形態(tài)需求，私有協(xié)議無(wú)法接入或者接入困難，嚴(yán)重限制了多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端在警務(wù)工作中的擴(kuò)展和使用。因此，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多協(xié)議適配，以滿足采集側(cè)不同警用裝備、不同格式數(shù)據(jù)的接入[4]。

該系統(tǒng)支持多協(xié)議、多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端的接入，在基礎(chǔ)通信協(xié)議TCP、UDP、HTTP、WEBSOCKET、MQTT等基礎(chǔ)上，能夠根據(jù)消息頭的不同，識(shí)別建立連接的多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端的協(xié)議類別，進(jìn)行正確的編解碼，滿足低延時(shí)、高可靠、長(zhǎng)連接、大吞吐、有序性、結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、可廣播等多種不同通信場(chǎng)景的需求。

協(xié)議轉(zhuǎn)換流程分五步進(jìn)行：

（1）創(chuàng)建并發(fā)布產(chǎn)品。對(duì)于同一類型的移動(dòng)警務(wù)終端，均歸屬于同一產(chǎn)品，同一產(chǎn)品則采用相同的通信協(xié)議。

（2）定義設(shè)備。在已發(fā)布的產(chǎn)品下，錄入/創(chuàng)建待接入的設(shè)備，并根據(jù)設(shè)備以及設(shè)備接入文檔（報(bào)文說(shuō)明），定義設(shè)備的三種資源描述模型，并激活設(shè)備。

如表2所示，系統(tǒng)將設(shè)備從屬性、功能、事件三方面抽象為資源描述模型，分別對(duì)應(yīng)三種消息類型。采用這三種資源描述模型來(lái)對(duì)資源進(jìn)行歸類，可屏蔽設(shè)備的異構(gòu)性，對(duì)應(yīng)用提供統(tǒng)一的服務(wù)接口。

（3）接收?qǐng)?bào)文，協(xié)議映射。設(shè)備向系統(tǒng)發(fā)送報(bào)文信息，系統(tǒng)收到終端上報(bào)的報(bào)文，使用創(chuàng)建產(chǎn)品時(shí)約定的協(xié)議包，將報(bào)文解析為系統(tǒng)統(tǒng)一的消息。

（4）發(fā)送至事件總線。將已解析的消息轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的Topic，發(fā)送到事件總線。

需注意，針對(duì)不同的協(xié)議包、不同的消息類型，系統(tǒng)分別定義了不同URI接口和參數(shù)類供第三方調(diào)用和擴(kuò)展，終端需依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)URI和擴(kuò)展參數(shù)類發(fā)送報(bào)文，從而便于消息向Topic映射。

（5）消費(fèi)已訂閱事件。消息訂閱者可通過(guò)從事件總線訂閱消息來(lái)處理這些消息。

二、應(yīng)用示例

（一）通用應(yīng)用架構(gòu)

鑒于民警工作場(chǎng)景的復(fù)雜多樣、地域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的限制、業(yè)務(wù)場(chǎng)景的限制等，多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端多以聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)兩種網(wǎng)絡(luò)形式接入，兩種網(wǎng)絡(luò)的通用應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示。

在業(yè)務(wù)流程上，資源調(diào)度系統(tǒng)由資源調(diào)度服務(wù)器、流媒體播放平臺(tái)兩部分組成，依托前端數(shù)據(jù)采集單元、前端數(shù)據(jù)匯聚單元、及后方的移動(dòng)警務(wù)終端實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)采集單元，即多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端，用于采集音視頻流、圖像、文本消息等。

數(shù)據(jù)匯聚單元，多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端對(duì)應(yīng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如視頻網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)匯聚服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、代理轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器等。

網(wǎng)絡(luò)接入控制單元，即網(wǎng)絡(luò)接入控制器，部署在聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)，是移動(dòng)警務(wù)邊界安全的重要實(shí)現(xiàn)機(jī)制，支持?jǐn)U展直連終端接入到移動(dòng)警務(wù)信息網(wǎng)的接入控制器設(shè)備，支持橋接中繼設(shè)備接入到移動(dòng)警務(wù)信息網(wǎng)的接入控制器設(shè)備，部署于橋接中繼設(shè)備中的接入控制模塊，實(shí)現(xiàn)多形態(tài)設(shè)備安全地接入到移動(dòng)警務(wù)平臺(tái)。

資源調(diào)度服務(wù)器，部署在聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)圖像、文本、信令等短消息的數(shù)據(jù)擺渡、遠(yuǎn)程調(diào)度等主要功能。

流媒體播放平臺(tái)，部署在聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)音視頻等流媒體信息的數(shù)據(jù)擺渡，當(dāng)收到客戶端發(fā)起的視頻播放請(qǐng)求后，將流媒體信息根據(jù)客戶端需要的分辨率，推送到移動(dòng)警務(wù)終端，實(shí)現(xiàn)視頻轉(zhuǎn)發(fā)播放功能。

移動(dòng)警務(wù)終端，即民警使用的移動(dòng)警務(wù)手機(jī)，用于遠(yuǎn)程控制多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端，并接收其發(fā)布的數(shù)據(jù)流，實(shí)時(shí)展現(xiàn)在客戶端，便于民警協(xié)同作戰(zhàn)。

（二）多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端從聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)接入

終端從聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)接入，系統(tǒng)面向應(yīng)用提供服務(wù)接入能力。下面通過(guò)AR智能眼鏡資源調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行舉例說(shuō)明，系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

AR智能眼鏡運(yùn)行在聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)，已符合安全接入規(guī)范，無(wú)需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入控制器接入。

AR智能眼鏡是常見的警用穿戴設(shè)備，AR眼鏡端集成了高清攝像頭（單目或雙目）、麥克風(fēng)、耳機(jī)、微型顯示屏等，通過(guò)OTG與移動(dòng)警務(wù)終端連接，眼鏡后臺(tái)有管理服務(wù)器和流媒體服務(wù)器，指揮調(diào)度人員可登錄WEB網(wǎng)頁(yè)端，對(duì)AR智能眼鏡端發(fā)起呼叫請(qǐng)求，建立連接后，民警眼鏡端的視頻可實(shí)時(shí)回傳至后臺(tái)網(wǎng)頁(yè)端，并可與后臺(tái)指揮人員實(shí)時(shí)通話，發(fā)送文字、圖片等。

AR智能眼鏡作為數(shù)據(jù)采集單元，僅有采集功能，民警實(shí)際應(yīng)用中，后臺(tái)指揮人員或者協(xié)作人員，不能局限于WEB端管理，還需要在移動(dòng)警務(wù)終端實(shí)時(shí)獲取前方民警眼鏡端的視頻內(nèi)容，便于協(xié)作開展工作，因此需要本系統(tǒng)作為調(diào)度系統(tǒng)，將AR眼鏡端的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳至后方民警的移動(dòng)警務(wù)終端。

民警可通過(guò)AR智能眼鏡，遠(yuǎn)距離無(wú)感采集需識(shí)別的相關(guān)信息，經(jīng)過(guò)眼鏡端簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理后，再將采集信息通過(guò)流媒體服務(wù)器傳送至資源調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)約定的推送策略，推送至已上線并訂閱該主題的移動(dòng)警務(wù)終端。同時(shí)，AR智能眼鏡端采集的音視頻流，也可依次通過(guò)流媒體服務(wù)器、流媒體播放平臺(tái)發(fā)送至移動(dòng)警務(wù)終端。民警也可通過(guò)移動(dòng)警務(wù)終端遠(yuǎn)程操控AR眼鏡。

（三）多形態(tài)移動(dòng)警務(wù)終端從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)接入

終端從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)接入，系統(tǒng)面向應(yīng)用提供服務(wù)接入能力。下面通過(guò)門禁系統(tǒng)進(jìn)行舉例說(shuō)明。監(jiān)控?cái)z像頭、邊緣計(jì)算終端、數(shù)據(jù)匯聚服務(wù)器等均位于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

不同于從聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)接入的移動(dòng)警務(wù)終端，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)的系統(tǒng)終端不具備身份管理、認(rèn)證、接入、管控、數(shù)據(jù)訪問(wèn)等安全管控機(jī)制，均需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入控制器接入聯(lián)網(wǎng)服務(wù)子平臺(tái)[5]。

門禁系統(tǒng)部署在受控區(qū)域的大門位置，能有效核查受控區(qū)域狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在門口出現(xiàn)的情況并立即通知工作人員，確保受控區(qū)域安全，提升受控區(qū)域的安全防范系數(shù)。

監(jiān)控?cái)z像頭持續(xù)采集受控區(qū)域附近的相關(guān)信息，實(shí)時(shí)將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)匯聚服務(wù)器，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入控制器轉(zhuǎn)發(fā)至資源調(diào)度系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)預(yù)警信息，立即向客戶端APP推送告警。同時(shí)，攝像頭端采集的視頻流可依次通過(guò)數(shù)據(jù)匯聚服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)接入控制器、流媒體播放平臺(tái)發(fā)送至移動(dòng)警務(wù)終端。民警也可通過(guò)移動(dòng)警務(wù)終端遠(yuǎn)程操控監(jiān)控?cái)z像頭。

三、結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)作為一項(xiàng)基礎(chǔ)慧警系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)警務(wù)終端采集側(cè)和用戶側(cè)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、遠(yuǎn)程調(diào)度，優(yōu)化作戰(zhàn)方式，提升作戰(zhàn)效率，實(shí)現(xiàn)勤務(wù)模式的便捷和高效。針對(duì)不同警種的業(yè)務(wù)場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求，第三方開發(fā)者可在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展豐富的應(yīng)用模式，將資源調(diào)度能力應(yīng)用到更廣泛的業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，如門禁系統(tǒng)、車載系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)、會(huì)議安保系統(tǒng)等，為公安移動(dòng)信息化建設(shè)提供有力支撐。