北斗數據接入中間件的設計與實現

丁 昊，譚美景，王萬歷，張曉楠

（1.信息工程大學 測繪學院，河南 鄭州 450052；2.65015部隊，遼寧 大連 116000；3.68011部隊，甘肅 蘭州 730020）

作為軟件行業新興的一個分支，中間件技術越來越受到廣泛的關注。中間件的核心思想在于分層，即通過在應用層和底層基礎軟件之間增加一層，來屏蔽底層軟件復雜的細節，減少程序設計的復雜性。

鑒于以往的北斗應用系統的設計，在數據的獲取和訪問上通常與特定的北斗硬件設備綁定在一起。對于軟件的開發人員來說，需要根據特定的北斗硬件設備開發北斗定位數據的訪問模塊，當系統移植到新的硬件平臺上時，就必須重新編寫大量的北斗數據的訪問代碼。因為不同廠商的北斗設備具有不同的調用方式，更換不同的廠家的設備意味著要重新編寫大量的代碼，增加了應用系統開發的復雜度和工作量。而對于軟件的最終用戶來說，已投入使用的軟件系統無法與新的硬件一起工作，從而無法得到硬件升級和降價帶來的好處。

基于以上分析，本文提出和設計了北斗數據接入中間件，通過對不同廠商北斗硬件設備的描述和分析，設計了一個通用的北斗數據接入具體實現層，從而屏蔽了北斗數據的接入、通信和傳輸細節，以及北斗數據接收終端硬件的差異。對于開發人員來說減少了開發難度和工作量，對于終端用戶來說，也方便了系統的升級，節約了用戶的成本。

1 北斗數據中間件整體架構的分析

1.1 傳統基于北斗開發應用系統的方式

對于通常的基于北斗用戶機開發應用系統的用戶來說，典型的研發環境如圖1所示。

圖1 北斗應用系統典型研發環境

在該典型研發環境下，北斗用戶機工作的基本原理是：應用系統根據功能發送相應操作指令，北斗用戶機接收指令并處理，如果處理結果不需要返回給應用系統，則本次北斗應用結束，否則北斗用戶機返回處理結果，應用系統接收結果進行業務處理完成功能，本次北斗應用結束。

因此，這種開發方式存在的問題是，針對不同廠商的北斗用戶機，開發人員都要針對性的開發一套應用系統，一旦用戶機設備發生變化，那么系統也將跟著改變，這種開發方式存在著很大的弊端。

1.2 北斗數據接入中間件的設計原則

北斗數據接入中間件是要在不同的北斗用戶機硬件平臺上運行的統一的北斗數據訪問接口，其設計上不僅要考慮到怎樣向外界的應用系統提供統一的功能接口，還要考慮到不同指揮機硬件設備數據接口的差異，所以，北斗數據接入中間件要堅持以下幾個設計原則：

1）符合需求。北斗數據接入中間件是提供給指揮監控系統開發應用的，所以最基本的原則是要滿足客戶的需求。

2）可移植性。北斗數據接入中間件必須提供統一的編程接口，屏蔽北斗指揮機硬件平臺的差異，這樣，指揮監控系統的應用才具有極強的可移植性，容易與不同的指揮機硬件配合使用。

3）穩定性。北斗數據接入中間件的使用不能影響指揮監控系統的運行效率，且必須能保證系統正確穩定的運行。

4）可擴充性。北斗數據接入中間件建成后會有一段較長的使用周期，在周期范圍內，應用系統的功能不斷增加，應用的層次不斷升級，因此在設計上應充分考慮升級、擴充的可行性和便利性。

1.3 整體結構設計

北斗數據接入中間件在北斗應用系統中所處的位置如圖2所示。

圖2 北斗數據接入中間件整體結構設計

目前，應用最廣泛的北斗指揮機硬件平臺主要為國星北斗指揮機和星地恒通北斗指揮機，而不同的設備廠商所提供的二次開發平臺SDK是不一致的，因此，將這些不同的功能函數封裝為統一的北斗數據訪問接口，從而為上層的應用系統提供服務。

北斗數據接入中間件向下屏蔽了不同廠商的北斗指揮機硬件平臺的差異，向上為應用系統提供統一的北斗數據訪問服務，使開發人員將注意力集中在系統的業務功能上，不必再為系統在不同硬件上的移植而重復工作，大大降低了開發成本和復雜度，也減少了系統維護的工作量。

2 北斗數據接入中間件詳細設計

2.1 廠商接口分析

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

1）設備初始化。該接口一般在系統初始化的時候調用，現有的北斗指揮機硬件都是基于串口通信，通過該接口完成串口的打開，以及一些相關參數的設置，如：設置注冊數據收發的窗口，或者設置數據接收的回調函數接口。

2）定位申請。北斗系統其中一項最大的功能就是申請定位數據，傳遞包括入站波束號、定位類別、入站頻度等參數。系統通過調用定位申請接口向北斗硬件設備請求定位數據，硬件設備通過系統回調函數或者消息的方式把用戶當前位置發送給用戶系統。

3）通信申請。通信申請是完成北斗用戶機向其他用戶機通信的功能，通過向北斗硬件設備發送通信申請命令完成通信，主要包括入站波束號、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容等參數。

4）授時申請。主要完成標準時間的獲取。

5）設備自毀。該接口用于收發管理模塊的銷毀，釋放資源，通常在程序退出時調用。

2.2 北斗數據接入中間件接口設計

北斗數據接入中間件是專為指揮監控系統開發的數據訪問接口，其作用主要是提供指揮監控業務過程中的功能函數。為了滿足實際的應用需求，根據前一節的分析，北斗數據接入中間件應具備以下幾個方面的功能：北斗設備打開、用戶信息請求、定位請求、通信請求、查詢請求、北斗設備關閉、設備自銷毀。

兩家北斗系統硬件供應廠商雖然在提供的二次開發接口上有很大差別，例如：國星公司的定位申請、通信申請以及授時服務都是調用同一接口，通過傳遞參數的類型來判斷不同的申請命令，完成相應的功能。而星地恒通公司提供的接口則是按照具體的業務功能來劃分。而且兩家公司的回調方式也是有很大區別的，因此，如何設計一套統一的接口針向上為系統應用層屏蔽底層的實現細節，向下對各家平臺都能提供支持和擴展是中間件設計的關鍵。

類的設計結構圖如圖3所示。

圖3 北斗數據接入中間件接口設計

中間件的接口定義主要包括兩部分，即命令發送接口（IC＿BDRequest）與業務邏輯功能回調接口（IC＿BDRespond）。其中命令發送接口由中間件層實現，而業務邏輯功能回調接口具體實現是在業務系統中，因為不同的業務系統針對不同業務完成的功能不一樣，因此，業務邏輯回調接口由業務系統實現，中間件通過業務邏輯功能回調接口通知系統完成相應功能。

2.2.1 IC＿BDRequst接口

IC＿BDRequest接口中定義了8個函數，圖3中上方的4個結構體是請求接口用到的4個打包參數，接口定義函數描述如下：

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

respondCall函數是注冊回調對象，前面已經講過回調對象接口是由業務系統實現，在系統初始化的時候，調用該函數注冊對象。

requestICinfo函數是查詢當前用戶機的IC卡信息。

requestPosinfo函數是申請定位函數，申請當前用戶的位置，其中定位申請數據結構為tagDwsq。結構中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時為單次入站，否則為連續定位。

requestCommunication函數是申請通信函數，向其他用戶機發送通信內容，如果當前是用戶指揮機也可以向下轄機廣播通信內容。通信申請參數數據結構為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表示是否應答，0為否，1為是；srcID表示發送信息源的卡號；destID表示目標機的卡號，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表示電文內容。

requstQuery函數是申請查詢函數，查詢目標機的位置或者通信信息等內容。查詢申請數據結構為tagQuery。其中，destID表示被查詢的目標機的卡號；type表示查詢類別，0為定位，1為通信；para定位查詢時表示“定位次數”，00為1次，01為2次，02為3次，通信查詢時表示“查詢方式”，00為最新查詢，01為按發送方地址查詢，02為回執。

2.2.2 IC＿BDRespond接口

IC＿BDRespond的接口定義主要針對業務系統的業務需求來定制，比如本實驗系統主要針對北斗用戶機的信息獲取，北斗定位申請以及北斗通信3個業務功能有需求，因此設計3個函數完成相應的功能。

respondICinfo函數響應查詢IC卡信息請求，返回參數中用戶IC卡信息數據結構為tagICinfo。其中，localID表示本機IC卡卡號；broadcastID表示通播地址；freq表示入站頻度；userNum表示下轄機個數；userIDs表示下轄機卡號。

respondPosinfo函數響應查詢用戶的位置信息，返回參數中定位信息數據結構為tagPosinfo。其中，bQuery表示是否被查詢；id表示定位信息的卡號；lTime表示定位時間；dL表示經度；dB表示緯度；iH表示高程。

respondCommuinfo函數響應用戶通信的信息，當有用戶向本機通信時會被調用，返回參數中通信信息數據結構為tagCommuinfo。其中，bQuery表示是否被查詢；sendID表示發送方卡號；inceptID表示接收方卡號；lTime表示通信時間；bBCD表示是否為BCD編碼方式；len表示通信內容長度；szContent表示通信內容。

3 北斗數據接入中間件交互流程

北斗數據接入中間件的工作流程如圖4所示。

圖4 北斗數據接入中間件工作流程

在確定北斗指揮機硬件類型的基礎上，將相關參數傳入北斗數據接入中間件對其進行初始化，同時系統調用中間件接口IC＿BDRequest中的respondCall函數設置系統實現的業務邏輯回調對象，該對象實現了IC＿BDRespond接口。當需要完成某一業務功能時，系統調用中間件的IC＿BDRequest的接口，并發送相應的命令請求數據，經過北斗系統處理后，中間件調用IC＿BDRespond接口，接收響應的信息數據，并完成IC＿BDRespond的功能。

4 結束語

綜上所述，本文主要綜合分析了幾家北斗指揮機的數據接口的描述，提出并設計了北斗數據接入中間件的接口結構以及存儲傳遞的數據結構，該結構基本包容了北斗指揮機數據接口的描述，功能全面且易于使用。

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