振華重工對RESTful協(xié)議的支持與應用

朱 廷，賁道偉

（上海振華重工（集團）股份有限公司智慧集團，上海 200125）

1 引言

伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，Restful作為一種基于分布式架構(gòu)，標準的API越來越普及，它小巧輕便，易于擴展，低耦合，支持各種平臺發(fā)布。為了滿足多種移動應用對碼頭設備的監(jiān)控數(shù)據(jù)的分發(fā)，振華重工設計了標準的服務接口API，使用云平臺微服務和傳統(tǒng)UA REST實現(xiàn)了該服務系統(tǒng)的API，并使用接口測試工具Postman進行了測試[1]。

2 RESTful協(xié)議介紹

2.1 概述

前端和后端程序共同組成了網(wǎng)絡應用程序。當前的發(fā)展趨勢是前端設備層出不窮。因此，必須有一種統(tǒng)一的接口方案，方便不同的前后端設備進行溝通。RESTful API就是目前較為成熟的互聯(lián)網(wǎng)應用程序的API設計理論。REST（Representational State Transfer）表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)換，REST指的是一組架構(gòu)約束條件和原則，支持分布式架構(gòu)[2]。

2.2 RESTful API的優(yōu)點

REST是一種設計風格，REST包括幾個重要的設計原則[3]：①資源可以是視頻、圖像、文本等，抽象所有的物品作為資源；②每一個資源都有用一個URI作為唯一的資源標識符；③每個資源的操作使用統(tǒng)一的接口，使用HTTP協(xié)議，使用HTTP協(xié)議的post、delete、put、get方法進行增、刪、改、查操作；④對資源的操作是無狀態(tài)的并且每一個HTTP請求之間是相互獨立的。

簡單來說，REST是一種使用URL來定位資源，使用HTTP請求描述操作的Web服務規(guī)范?；赗ESTful API的分布式監(jiān)控系統(tǒng)有以下優(yōu)點：①前后端分離，和前端無關；②沒有和操作系統(tǒng)綁定，可以支持多種操作系統(tǒng)，支持多種語言；③完備的軟件支持方案，支持Swagger Editor在線編輯，便于API的共享。

3 基于RESTful的服務平臺

3.1 微服務架構(gòu)

振華設計了基于RESTful的微服務設計，將業(yè)務邏輯劃分為小塊的服務，服務之間是解耦的，服務之間使用消息隊列，RESTful API通信，提供每一小塊服務的程序可以使用容器封裝，分布式管理，可彈性伸縮[4]。微服務架構(gòu)如圖1所示。

圖1 微服務架構(gòu)

3.2 微服務架構(gòu)的優(yōu)點

采用微服務架構(gòu)可以做到臨時使用、單體應用、即開即用，覆蓋碼頭各類場景，并且做到大數(shù)據(jù)量，高可用性，彈性伸縮。微服務還包含如下優(yōu)點[5]：①系統(tǒng)邏輯清晰，每個程序員的職責明確，上手容易；②靈活性高，服務組件積木式搭建，擴容縮容方便；③技術異構(gòu)，一個系統(tǒng)可以使用多種語言；④持續(xù)集成容易，修改一行代碼不用發(fā)布整個系統(tǒng)，無感知更新；⑤高可用，服務可熔斷、降級，局部故障不影響核心功能。

3.3 微服務的缺點

微服務有如此多的優(yōu)點，但同時也存在如下缺點：①服務太多，難以定位故障；②服務太多，運維工作量大；③消息中間件、RESTful API性能不如內(nèi)存復制。由于工程不需要反復變動，整體來看利大于弊。

3.4 UA RESTful的支持

UA RESTful是在ZPMC OPC UA Server基礎上封裝的一套RESTful接口支持，其技術特點主要體現(xiàn)在以下幾點[6]：①安全，采用TCP/IP協(xié)議的固定端口服務，對防火墻友好，同時支持用戶名密碼及證書連接機制，保障安全性；②簡便，集成了實時、歷史及報警功能，以及統(tǒng)一的配置調(diào)試工具，方便工程制作與部署，大大提升現(xiàn)場實施效率；③高效，支持64位架構(gòu)，將單服務采集點數(shù)提升一個數(shù)量級（20萬點），能有效提升單點能力；④通用，采用跨平臺技術，同時給出了Windows/Linux兩套服務軟件，并且采用了容器技術方便運維；⑤靈活，采用新的插件技術，將通訊、日志、模擬數(shù)據(jù)等共用組件公共化，給每個驅(qū)動賦能。

3.5 RESTful API的具體實現(xiàn)

RESTful API架構(gòu)如圖2所示，Redis主要用于存放各個碼頭設備的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)及報警數(shù)據(jù)；History DB主要用于存放各個碼頭設備的歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)及報警數(shù)據(jù)；Mongo DB主要用于存放各個碼頭設備的傳感器數(shù)據(jù)；平臺對外提供Restful API，供Web GUI或其他服務調(diào)用；碼頭設備的數(shù)據(jù)通過MQTT協(xié)議上傳至智能平臺的MQTT Server中。

圖2 RESTful API架構(gòu)

3.6 RESTful API的設計

以RESTful為標準，定制了一系列API標準，包括實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、實時故障、歷史故障；支持訂閱功能、統(tǒng)一登陸、在線狀態(tài)查詢等一系列功能。

以實時數(shù)據(jù)為例，我們用BrowsePort，BrowseMachine查詢所有碼頭和機器列表，用BrowseItem查詢所有數(shù)據(jù)列表，ReadItem讀取數(shù)據(jù)項。RESTful API示例見表1。

表1 RESTful API示例

4 基于RESTful的應用

4.1 ZPMC WEB CMS

新一代ZPMC WEB CMS平臺整合了邊緣數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)流處理、故障告警、歷史數(shù)據(jù)存儲等全流程數(shù)據(jù)層功能，為Web應用提供豐富的RESTful數(shù)據(jù)接口，包括數(shù)據(jù)點的讀寫、訂閱，以及數(shù)據(jù)點定義的在線更新接口。

通過MQTT協(xié)議，平臺支持百毫秒級的實時數(shù)據(jù)采集，在上層Web應用內(nèi)實時呈現(xiàn)。同時支持靈活的故障表達式定義，無需工程配置，直接在用戶瀏覽器即可進行故障點定義和更新。經(jīng)過Kafka消息分發(fā)，流處理功能提供額外的數(shù)據(jù)處理、分析能力；歷史功能則通過歷史數(shù)據(jù)庫存儲、備份完整數(shù)據(jù)，保證任意數(shù)據(jù)可追溯。

運用云原生開發(fā)理念，借助Kubernetes生產(chǎn)級容器編排系統(tǒng)，使得平臺具備彈性伸縮，故障自愈能力。同時集成Prometheus監(jiān)控系統(tǒng)及EFK日志系統(tǒng)，實時監(jiān)控系統(tǒng)各組件運行狀態(tài)，出現(xiàn)節(jié)點故障、負載過大等異常情況時，運維人員可以快速發(fā)現(xiàn)并定位問題，保證系統(tǒng)在線。平臺可以適應各類公有云及私有云環(huán)境，對于大數(shù)據(jù)量，融合多碼頭數(shù)據(jù)等業(yè)務場景擁有巨大的潛力。

4.2 ZPMC SCADA

ZPMC作為振華重工歷經(jīng)十多年研發(fā)和應用產(chǎn)品，支持OPC、UA數(shù)據(jù)協(xié)議，在最新的RESTful協(xié)議提供之后，加入了對RESTful API的支持，我們采用輪詢的方式，對原來的接口做出了修改封裝，在不改變原邏輯的情況下，無縫銜接了新的RESTful接口[7，8]。

4.3 分布式監(jiān)控的具體實現(xiàn)

如 圖3所 示，RESTful服 務 支 持 跨 平 臺，可 以在Windows和Linux上 運 行，提 供 了OPC、Alarm、UA等服務，客戶端支持網(wǎng)站、傳統(tǒng)PC客戶端和微服務。

圖3 分布式監(jiān)控架構(gòu)

5 結(jié)束語

本文提出了基于RESTful API的微服務云平臺的應用，作為UA接口插件的RESTful API的第三方支持，基于RESTful的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，跨系統(tǒng)、跨平臺進行軟件監(jiān)控。致力于解決碼頭用戶的智能監(jiān)控需求，提供更多便捷的數(shù)據(jù)監(jiān)控接口，穩(wěn)定的架構(gòu)，大數(shù)據(jù)、大容量的數(shù)據(jù)支持，為振華的硬件服務保駕護航。