LED安播信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李敏盛

（廣西廣播電視無線傳播樞紐臺(tái)）

一、引言

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)安播信息顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)能使各臺(tái)站與地市分管中心可實(shí)時(shí)看到安全播出的計(jì)時(shí)信息和管理中心下發(fā)的安播通知；能更好的提高安播信息發(fā)布效率與臺(tái)站值班人員的安全播出意識(shí)。

二、方案設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)主要分為三部分，服務(wù)端、客戶端和LED屏系統(tǒng)。

1.服務(wù)端：部署在總監(jiān)控中心的云服務(wù)器虛擬出的 Centos 7系統(tǒng)中，服務(wù)端應(yīng)用使用開源的dotnet core跨平臺(tái)框架，C#語言編寫，打包成docker鏡像，運(yùn)行于docker開源容器應(yīng)用引擎中。服務(wù)端數(shù)據(jù)使用Mysql數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)。

圖1

2.客戶端：部署在樹莓派raspberry pi 3b+嵌入式系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)是樹莓派自帶的Raspbian系統(tǒng)?？蛻舳藨?yīng)用也采用開源的dotnet core跨平臺(tái)框架，C#語言編寫，打包成支持linux-arm平臺(tái)的程序，客戶端使用SQLite數(shù)據(jù)庫。SQLite是無服務(wù)器事務(wù)輕量級(jí)SQL數(shù)據(jù)庫引擎，其內(nèi)存占用少、運(yùn)行可靠型、使用前不需要設(shè)置、不依賴其他，非常適合嵌入式系統(tǒng)使用。

3.LED屏：選擇了一款可二次開發(fā)，且支持TCP/IP通訊的LED屏。屏幕顯示三行內(nèi)容，第一行實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前年月日時(shí)分秒，第二行顯示臺(tái)站和分管中心各自的安全播出計(jì)時(shí)信息，第三行顯示管理中心下發(fā)安播通知。

圖1為系統(tǒng)架構(gòu)圖。

（二）通訊連接流程

1.客戶端與服務(wù)端的通訊采用開源框架zeroc ice，該框架支持多語言（C++、.NET、Java、Python、Object-C、Ruby、PHP、JavaScript等）之間的PRC高性能互通，支持跨平臺(tái)調(diào)用，該框架還提供了SSL插件，保證網(wǎng)絡(luò)通訊的安全。本系統(tǒng)使用其SSL插件進(jìn)行加密通訊，服務(wù)端和客戶端都需安裝安全證書方可相互通訊。兩者的互相連接和心跳檢測(cè)都交由ICE框架處理。

2.客戶端與LED屏的通訊：客戶端啟動(dòng)時(shí)，就會(huì)調(diào)用LED屏已封裝好的通訊模塊函數(shù)，如果不成功，每隔10秒后，再次進(jìn)行連接，直到連接成功。后每隔30秒進(jìn)行心跳檢測(cè)。

（三）程序設(shè)計(jì)

1.服務(wù)端設(shè)計(jì)

服務(wù)端采用ASP.Net Core來創(chuàng)建，分成兩塊大功能，一是WEB服務(wù)，二是后臺(tái)偵測(cè)處理服務(wù)。

WEB服務(wù)大致分為3個(gè)模塊功能：一是臺(tái)站信息的導(dǎo)入導(dǎo)出；二是重置各臺(tái)站的安播起始日，也就是安播屏第二行的“自XXXX年XX月XX日”這個(gè)日期；三是添加修改通知內(nèi)容，也就是LED屏的第三行內(nèi)容。它采用ASP.NET Core Razor Pages來創(chuàng)建頁面，Razor 頁面是 ASP.NET Core MVC 的一個(gè)新特性，它使基于頁面的編碼方式更簡(jiǎn)單高效。WEB服務(wù)的身份認(rèn)證使用IdentityServer身份認(rèn)證服務(wù)框架，它是將規(guī)范兼容的OpenID Connect和OAuth 2.0端點(diǎn)添加到任意ASP.Net Core應(yīng)用程序的中間件。為了方便批量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出，WEB服務(wù)使用了EPPlus開源控件，EPPlus是一個(gè).NET庫，使用Office Open XML格式（xlsx）讀取和寫入Excel文件。EPPlus沒有.NET以外的依賴項(xiàng)。

后臺(tái)偵測(cè)服務(wù)的主要功能：根據(jù)操作者的要求，下發(fā)內(nèi)容指令到相應(yīng)的客戶端，并接收客戶端返回的結(jié)果，寫入數(shù)據(jù)庫中。后臺(tái)偵測(cè)服務(wù)在WEB服務(wù)啟動(dòng)前，使用BackgroundWorker開辟一個(gè)新線程先行啟動(dòng)，該服務(wù)會(huì)啟動(dòng)ICE通訊框架的服務(wù)端，隨時(shí)接受客戶端的連接。然后其服務(wù)本身又啟動(dòng)另外一個(gè)線程負(fù)責(zé)每隔10秒訪問數(shù)據(jù)庫，檢查是否有新內(nèi)容要下發(fā)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有新下發(fā)內(nèi)容時(shí)，調(diào)用下發(fā)模塊進(jìn)行處理。

WEB服務(wù)和后臺(tái)偵測(cè)服務(wù)都使用開源的NLog日志記錄平臺(tái)，將錯(cuò)誤、告警和運(yùn)行信息統(tǒng)一格式化打印在控制臺(tái)窗體上，并寫入日志記錄文件中。

服務(wù)端程序?qū)⒋虬蒁ocker鏡像，運(yùn)行在Docker開源的容器引擎中，Docker容器引擎幾乎可以在任意平臺(tái)上運(yùn)行，有啟動(dòng)速度快，快速的交付和部署，更高效的虛擬化，更輕松的遷移和擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，為此服務(wù)端的數(shù)據(jù)庫也使用Mysql官方發(fā)布的Docker鏡像進(jìn)行快速部署。

2.客戶端設(shè)計(jì)

客戶端的主要功能有：一是將現(xiàn)在時(shí)間實(shí)時(shí)發(fā)給LED屏第一行顯示，二是接收到服務(wù)端下發(fā)的重置安播時(shí)間指令后，跟當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行比較后，計(jì)算出結(jié)果并組合文字后，發(fā)送給LED屏在第二行顯示，三是接收到服務(wù)端下發(fā)的通知指令后，立即發(fā)給LED屏顯示。LED屏無法同時(shí)接收多條指令，但客戶端卻有三個(gè)線程會(huì)同時(shí)發(fā)給LED屏，為了解決這個(gè)問題，客戶端創(chuàng)建了一個(gè)消息隊(duì)列，要下發(fā)給LED屏的指令先送給消息隊(duì)列，由消息隊(duì)列根據(jù)先進(jìn)先出的規(guī)則，實(shí)時(shí)發(fā)送給LED屏。客戶端還有一個(gè)功能是將LED屏顯示成功與否的結(jié)果返回給服務(wù)端?？蛻舳说臄?shù)據(jù)庫使用SQLite數(shù)據(jù)庫，它非常適用于嵌入式系統(tǒng)使用，用來存儲(chǔ)服務(wù)端下發(fā)的指令，當(dāng)客戶端重啟時(shí)，優(yōu)先讀取數(shù)據(jù)中內(nèi)容進(jìn)行顯示。

客戶端的日志系統(tǒng)也是使用NLog日志記錄平臺(tái)，將各種級(jí)別信息在控制臺(tái)窗口顯示和保存在文件里。

3.安全證書的制作

在一臺(tái)裝有Python的linux服務(wù)器上，通過pip install zeroc-icecertutils命令安裝ZeroC存儲(chǔ)庫的實(shí)用程序包，然后下載和運(yùn)行ZeroC ICE官方的makedemocerts.py腳本，根據(jù)安裝提示生成服務(wù)端證書和客戶端證書。

證書生成完成后，分別將服務(wù)端證書和客戶端證書放入服務(wù)端和客戶端的根目錄下，并按圖2在ice配置文件中做好配置。

圖2

三、小結(jié)

本系統(tǒng)的服務(wù)端和客戶端都使用.Net Core開源跨平臺(tái)框架，C#語言編寫，并使用Zero ICE開源通訊框架，并啟用了SSL，保證服務(wù)端和客戶端的加密通訊。該系統(tǒng)部署在全區(qū)各無線臺(tái)站和地市分管中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示臺(tái)站、分管中心各自的安播計(jì)時(shí)信息和管理中心下發(fā)的安播通知，有效提高了職工的安全播出意識(shí)。