一種基于REST的艦船通信業務能力開放與融合方法

程宇

摘 要：現有艦船通信業務系統存在著“架構封閉、軟硬件耦合、應用集成困難”等問題，采用面向服務的軟件架構，以服務API的形式進行通信業務能力開放是解決以上問題的關鍵。本文提出了一種艦船通信業務能力開放與融合方法，在SOA、Web服務、IMS、通信開放服務API、業務交付平臺等相關技術基礎上，結合現有艦船業務系統現狀和實際需求，設計了基于SOA的統一業務交付平臺、通信服務能力開放REST API、基于WebRTC標準的軟終端，驗證該方法的合理性和可行性。

關鍵詞：通信服務能力開放;開放服務API;REST

中圖分類號：U665 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）02-0091-04

艦船通信業務應用系統作為艦船電子信息系統的基本組成之一，其現有的設計存在著“系統架構封閉和軟硬件耦合”的問題，具體表現在終端和業務綁定、業務開放能力較弱、新業務部署成本高、系統利用率低等多個方面，已無法適用新的應用需求。面向服務的通信業務能力開放[1]既是解決現有問題的關鍵，同時也是適應整個綜合電子信息系統[2]服務化集成發展趨勢的必然要求。

目前，在軍事通信應用領域，針對應用集成的需求主要采用服務網關轉換或專有協議的方法，實現復雜，靈活性差;而在商業領域，則提出了SOA[3]、REST[4]、開放API[5，6]、業務交付平臺[7]等方法，但這些方法是否滿足艦船通信應用需求，仍有待設計和驗證。本文在對SOA架構、Web服務、IMS[8]、通信開放服務API、業務交付平臺等相關技術進行綜合分析的基礎上，結合艦船通信應用的特定需求，提出了艦船通信業務服務化的參考系統架構及組成，并進一步設計了基于SOA的統一業務交付平臺、通信服務能力開放REST API、基于WebRTC[9]標準的軟終端。

1 相關技術

1.1 SOA與Web服務

SOA是基于服務驅動的 IT架構方式，能夠整合各類應用，使其變成一種可重用、可動態重組的服務。作為一種開放式的軟件體系架構，SOA通過各類服務之間的標準接口，將應用程序的不同功能單元進行組合，實現大粒度的應用。服務之間的接口采用標準的，與具體的軟硬件平臺、編程語言和操作系統相互獨立，通過采用標準和統一的方式將該系統架構下的各類服務進行關聯和通信。

Web服務是由URI進行標識的一種軟件應用程序，通過XML語言對接口和綁定進行統一的描述、定義，以及發現，通過互聯網協議與其它軟件應用程序進行信息交互;RESTful Web服務（Representational State Transfer，表述性狀態轉移）是一種面向資源的服務，通過URI進行識別，定位資源，通過HTTP對這些資源執行的操作進行定義。

1.2 基于SIP的IP多媒體通信架構

3GPP組織提出的IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統）是基于IP的多媒體實時通信，已成為電信領域事實標準[10]。IMS建立在SIP協議[11，12]基礎上，并且融合了話音、數據、視頻，以及固移網絡的通信業務體系結構，實現在各種分組交換技術上的實時通信服務。

SIP協議是IETF提出的一種基于IP的多媒體通信信令標準，它是基于文本的應用層控制協議，用于建立、修改或終止多媒體會話。SIP采用的是客戶端/服務器（C/S）模型，客戶端是呼叫請求的發起方，服務器是響應請求的接收方。

1.3 通信能力開放技術

在電信領域，從相關的各項研究以及應用看，通信服務能力開放采用與具體協議無關的“開放API”對相關業務應用的能力進行開放，便于快速實現各種跨網業務的高效融合。在業務開發、部署和執行方面，研究機構提出了SDP[13]（Service Delivery Platform，業務交付平臺）的概念和方法。從相關研究分析中可以看出：

（1）對于服務相關的概念，包括服務架構、Web服務、RESTful Web服務、企業服務總線等的研究和應用，相對來說已經較為成熟，相關的各項標準以及產品已經發布，這已經成為通信服務化的基礎。

（2）IMS系統已經成為基于IP的多媒體通信系統方面的事實標準，但在服務能力開放方面，還缺少相應的應用。

（3）通信服務能力開放的主要方法是以“開放API”為基礎，但類似于JAIN、Parlay等還缺少相應的應用，而REST API作為目前主流的服務能力開放方法，具有簡潔、易用、高效的特點，但目前暫未形成相應的標準。

（4）服務交付平臺是一種基于SOA 架構的服務開發、運行的系統平臺，能夠對各類應用服務和通信服務進行統一集成和交付。

2 艦船通信業務能力開放與融合框架

在研的艦船通信業務系統已逐步采用IMS系統架構來實現通信控制及業務的IP化，本文將以此為基礎，結合SOA、Web服務以及SDP技術的發展現狀，進行艦船通信業務能力開放與融合框架設計，如下圖所示。

網絡資源層：在IP分組傳輸的基礎上，提供各種不同類別的應用服務，包括VoIP、視頻、會議等電信域會話類應用，郵件、FTP等IT域非會話類應用以及指揮作戰域的相關應用。

服務能力層：對資源的各種應用服務資源進行統一接入，在此基礎上，進行基礎業務能力的封裝，并以REST或SOAP接口形式注冊發布到企業服務總線上，由服務總線負責完成服務的注冊、發布、路由和認證授權。其中：

2.1 通信業務應用服務器

通過基于SIP信令的呼叫會話控制、實時傳輸控制和編解碼協商，完成用戶認證與鑒權、業務的呼叫控制和媒體資源服務功能，提供話音、視頻、報文等基礎的通信業務服務。

2.2通信能力開放網關

通過協議適配將基礎的通信應用服務資源進行統一接入，在此基礎上，進行業務能力的封裝，以基于REST或SOAP的服務API接口形式注冊發布到企業服務總線上。

2.3企業服務總線

負責完成服務的注冊、發布、路由和認證授權。在服務總線的支持下，應用層的各種高層應用可查找發現感興趣的服務，并調用服務接口，獲取/組合各種基礎業務能力，以完成話音類、視頻類、會議類、FTP、郵件以及作戰類等多種應用的邏輯控制和處理。

2.4基于WebRTC的軟終端

提供基于WebRTC標準和開放服務API接口的SDK，將視頻通信、即時消息等基礎的通信服務功能嵌入Web頁面中，實現通信與作戰業務應用的融合。

3 艦船通信業務系統設計

開展基于SOA的統一業務交付平臺、基于REST API的通信服務開放接口、基于WebRTC的軟終端等設計，以實現艦船通信業務服務能力開放與融合。

3.1 基于SOA的統一服務交付平臺

通信業務能力開放遵循面向服務的思想和軟件架構，通過開放服務API及服務總線來實現通信服務的“發布、發現、調用”。基本原理和步驟如下圖所示：

服務發布：在通信業務服務器的支持下，通信服務提供者通過能力開放網關將話音、視頻、報文等基礎通信能力抽象封裝為開放的服務API，并發布注冊到服務總線上;

服務發現與調用：作為服務使用者，各應用系統通過服務總線發現、查找、調用各類服務（包括電信域及非電信域），在此基礎上進行服務集成或組合，以實現業務融合或融合通信。

3.2 通信服務能力開放REST API

面向資源的架構（ROA）包括資源、資源名稱/URI、資源表示、資源間的鏈接。其中，資源表示某個可以存放在計算機上并體現為比特流的事物;資源名稱/URI是資源地址，具有描述性并具備一定的規則;資源可以從服務器傳給客戶端，也可以從客戶端傳給服務器;資源間的鏈接含有指向其它資源的鏈接。

ROA特性包括可尋址性、無狀態性、連通性、統一接口。其中，可尋址性是指如果一個應用將其數據集里有價值的部分作為（resource）發布出來，那么該應用就是可尋址的;無狀態性是指意味著每個HTTP請求都是完全孤立的，當客戶端發出一個HTTP請求時，請求里保護服務器實現該請求所需的全部信息，服務器不依賴任何之前請求的信息;連通性是指資源間的鏈接特性成為連通性;統一接口是指在Web上，對資源采取的僅限于一些基本的操作，HTTP提供了四種基本的方法，用于四種最常見的操作，分別是：HTTP GET用于獲取資源表示;向一個新的URI發送HTTP PUT，或向一個已有的URI發送HTTP POST表示創建一個資源;向已有的URI發送HTTP PUT表示修改已有資源;HTTP DELETE表示刪除已有資源。

3.3 基于WebRTC標準的軟終端

業務終端軟件以Web瀏覽器作為基礎平臺，在WebRTC（Web Real-Time Communication，網頁實時通信）API 的支持下，實現用戶登錄、用戶界面、呼叫控制、業務處理、媒體處理等功能。

（1）WebRTC API：將實時通信應用所需要的音/視頻釆集處理、網絡傳輸、會話控制等基礎功能集成到Web瀏覽器中，屏蔽底層硬件實現或操作系統之間的差異，面向上層應用提供簡易的API支持。

（2）登錄認證模塊：完成用戶的SIP注冊、更新、變更注冊;

（3）用戶界面模塊：完成圖形化的操作控制，各類業務狀態的實時顯示;

（4）呼叫控制模塊：完成各類業務呼叫建立、保持、恢復和釋放等狀態控制;

（5）業務處理模塊：與呼叫控制模塊共同實現話音、數據業務的融合處理。

4 試驗驗證

為了驗證業務能力開放與融合的各項功能和性能，搭建了以兩臺筆記本電腦進行業務交互的模擬測試場景，每一臺筆記本模擬一個網絡節點，其上以虛擬機的形式部署由融合應用軟件、SDP業務交付平臺軟件、業務感知軟件等各類軟件，筆記本間通過網線或交換機連接。在兩臺筆記本上，通過融合應用終端用戶登錄界面登錄系統，進入系統后，首先調用地圖服務，以地圖的方式顯示當前入網平臺的位置信息，同時獲取當前用戶的聯系人信息，呈現聯系人列表。通過點擊會話窗口，發起和進行話音、視頻、即時消息、文件、郵件等多種業務。并對業務融合性能進行了測試，測試結果如下圖所示。

從CPU空閑率和內存開銷統計圖中可以看出，SDP業務交付平臺的吞吐率隨CPU內核數量增加而線性增加，單核心可達到48Mbps，開啟全部6核時，基本可到228Mbps，與此同時內存的開銷隨吞吐率的增加小幅增加，但絕對開銷依然很小，6核時峰值開銷<35MB。與此同時，處理時延主要取決于排隊時延，當達到最大吞吐率時，基本穩定在3ms左右，依據演示系統相關設定，SDP業務交付平臺和融合應用軟件可以滿足演示驗證系統相關性能要求。

5 結論

在SOA架構、Web服務、IMS、通信開放服務API、業務交付平臺等相關技術的基礎上，提出了艦船通信業務能力方法與融合方法，設計了基于SOA的統一業務交付平臺、通信服務能力開放REST API、基于WebRTC標準的軟終端，驗證了該方法的可行性。

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