基于RESTful 面向資源的站內(nèi)管控平臺設計

朱 斌，林 帆

（南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210014）

1 引言

衛(wèi)星地球站監(jiān)控系統(tǒng)負責對地球站內(nèi)所有設備的實時狀態(tài)、數(shù)據(jù)、告警等進行監(jiān)控，針對監(jiān)控設備的接口、協(xié)議、狀態(tài)、數(shù)據(jù)類型的異構問題，通過設計的統(tǒng)一、標準、可讀的模型進行資源表征，站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)與設備接口、上層應用接口之間實現(xiàn)應用與數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一化、標準化、通用化，其北向接口服務而采用遵循RESTful Web Service 設計規(guī)范，是面向?qū)ο蠡蛘呱蠈佑脩籼峁┩陚涞男畔⒔换ソ涌冢ㄟ^HTTP 協(xié)議訪問URI 接口（API）來完成數(shù)據(jù)請求和響應，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）進行訪問的實體，它可以是一段文本、一張圖片、一首歌曲、一種服務。以不同的URI 形式來表示系統(tǒng)中的同一個資源，通過請求響應方法，從而減少對服務端、客戶端的限制，提高接口服務的松耦合性。

RESTful Web Service 是目前流行的遵循REST 設計規(guī)范，面向資源的輕量級Web 服務。具體來說，客戶端和服務器的交互按照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)范的接口服務就是將系統(tǒng)中所有訪問的實體都抽象成資源，并賦予其唯一的資源標識符，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。

該接口規(guī)范主要有以下4個特征：資源的可標識性、無狀態(tài)性、連通性和接口統(tǒng)一性。可標識性指一個應用將其訪問的實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)且獨立的，由于不需要保存當前會話狀態(tài)，因此在系統(tǒng)集群時不會受會話復制的約束，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個方法來實現(xiàn)，通過詳細接口服務的設計、開發(fā)和描述，而且在系統(tǒng)集成時便于服務的發(fā)現(xiàn)和自動匹配。

3 系統(tǒng)結構與功能

3.1 體系結構

圖1 系統(tǒng)結構圖

3.2 功能要求

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

（2）異構接口數(shù)據(jù)適配。管控設備的下層數(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、標準化、通用化的業(yè)務資源，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)一資源標識符實現(xiàn)對異構資源的讀寫操作，功能如圖2所示。

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

（4）安全日志管理。安全管理服務對用戶的設備控制動作、故障事件進行自動監(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，都要進行權限管理、數(shù)據(jù)安全、操作日志等操作判定。

圖2 底層適配服務

（5）數(shù)據(jù)視圖服務。綜合展示服務是以可視化拓撲圖元形式，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）北向服務接口。對外提供北向接口服務，并遵循RESTful Web Service 設計規(guī)范，是面向資源的輕量級Web 服務，使用戶關心應用層的數(shù)據(jù)傳輸服務，通過HTTP 協(xié)議訪問URI 接口（API）來完成數(shù)據(jù)請求和響應。

4 系統(tǒng)設計

4.1 資源模型庫管理

衛(wèi)星管控系統(tǒng)所管轄的設備種類和數(shù)量龐大，且在后續(xù)推廣應用中會持續(xù)進行擴充變更，所以首先應對資源模型的元信息進行數(shù)據(jù)建模。基于XML 化的對象資源數(shù)據(jù)模型能夠保證數(shù)據(jù)模型的可擴展能力，相對于關系型數(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)一標準的兼容等優(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)在設備和用戶之間需采集處理不同廠商的異構數(shù)據(jù)接口，本文設計了基于任務的數(shù)據(jù)采集適配服務，不僅要生成系統(tǒng)的“讀”接口，還可給用戶生成“寫”接口。可根據(jù)以下原則進行數(shù)據(jù)適配工作：

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

（2）對于設備狀態(tài)信息，根據(jù)標準數(shù)據(jù)模型，將異構的原始接口（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）對于設備設置參數(shù)，可以接受json/XML 等RESTful 規(guī)范的明文設置信息，并以及時響應json/XML 格式的信息。

（4）將采集和適配的信息進行分類存儲，包含狀態(tài)信息、參數(shù)信息、故障信息、拓撲信息等。

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

（6）對于設備的設置信息，需要提供寫接口，并要求對每個寫接口進行相應的RESTful 規(guī)范響應信息。

4.3 動態(tài)綜合監(jiān)視服務

數(shù)據(jù)適配通常只負責數(shù)據(jù)的歸納入庫，而綜合監(jiān)視服務是根據(jù)設定的規(guī)則或用戶需求等輸入，對相應數(shù)據(jù)進行動態(tài)監(jiān)測、歷史分析、告警監(jiān)視等分類提供服務，本文總結了以下服務：

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

（2）關鍵狀態(tài)變化監(jiān)測。根據(jù)相應配置，系統(tǒng)可對關鍵參數(shù)設定閾值，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)進行演變分析，形式化輸出統(tǒng)計信息；軟件對控制進行監(jiān)控，并存入數(shù)據(jù)庫中，形式化輸出事件信息；軟件對故障事件進行監(jiān)控，并存入數(shù)據(jù)庫中，形式化輸出事件信息。

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

（5）推送消息服務。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 服務層接口設計

后端服務中控制器使用RESTful 接口實現(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)在北向的任務配置下發(fā)和設備狀態(tài)上報處理上，采用RESTful Service 服務API 接口。針對面向活動和面向資源的不同，采用不同的協(xié)議進行任務下發(fā)和狀態(tài)獲取。實現(xiàn)站控內(nèi)部、設備級、上級管控之間的接口交互的標準化，將各種分散的異構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)與設備接口、上層應用接口之間實現(xiàn)應用與數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一化、標準化、通用化。

5 結束語

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構設計，底層為協(xié)議適配層，中間層為綜合監(jiān)視服務層，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，構建各個類型的功能服務的擴展及構建，使得不同系統(tǒng)生產(chǎn)者和消費者之間能夠進行異步數(shù)據(jù)通信服務，提高了WEB 系統(tǒng)前端后臺分離度、異構數(shù)據(jù)通信的時間、空間的多維松耦合。