CBTC綜合維護(hù)管理系統(tǒng)中基于Web的實(shí)時(shí)通信方法

孔令發(fā) 徐紀(jì)康 賈森

摘 要：本文提出了一種CBTC綜合維護(hù)管理系統(tǒng)（MMS）中前端頁面模塊與后端服務(wù)模塊的實(shí)時(shí)信息交換方法，該方法應(yīng)用層采用stomp協(xié)議，基于websocket通信。在基于B/S架構(gòu)的軌道交通綜合維護(hù)管理系統(tǒng)中，服務(wù)器系統(tǒng)分為兩部分：后端服務(wù)模塊和前端頁面顯示模塊。后端服務(wù)模塊實(shí)時(shí)向前端頁面模塊發(fā)送消息，前端頁面顯示模塊收到消息之后，解析并實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)更新。本方法，通過在CBTC綜合維護(hù)管理系統(tǒng)中增加消息代理服務(wù)器，對服務(wù)器的后端服務(wù)模塊和前端頁面展示模塊進(jìn)行了解耦，并提供了后端服務(wù)模塊和前端頁面顯示模塊的通用應(yīng)用層協(xié)議封裝，提供了客戶端消息定義的管理和自動(dòng)發(fā)布功能。增強(qiáng)了后端服務(wù)模塊的擴(kuò)展能力，簡化了后端服務(wù)模塊開發(fā)，通過向客戶端廣播實(shí)時(shí)消息，節(jié)省了帶寬，減少了后端服務(wù)模塊的負(fù)載。

關(guān)鍵詞：CBTC 綜合維護(hù)管理系統(tǒng) Websocket Stomp Active MQ 消息代理

中圖分類號：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0042-05

城市軌道交通控制系統(tǒng)包含CBI、ZC、ATS、OBCU，他們共同協(xié)作，完成軌道交通的運(yùn)營。在軌道交通信號系統(tǒng)建設(shè)完成之后，對這些控制子系統(tǒng)的和信號設(shè)備、機(jī)房設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成為工作的重點(diǎn)。保障和提供運(yùn)維的水平和效率，對軌道交通系統(tǒng)的正常運(yùn)營具有重要意義。因此，需要有一個(gè)系統(tǒng)，能夠接收、整合所有控制子系統(tǒng)的維護(hù)信息，能夠及時(shí)監(jiān)測信號設(shè)備和機(jī)房設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并能夠?qū)?shí)時(shí)報(bào)警和趨勢性預(yù)警信息及時(shí)提供報(bào)警提示。

在此背景下，采用B/S架構(gòu)的CBTC綜合維護(hù)管理系統(tǒng)（MMS，Maintenance Management System）應(yīng)運(yùn)而生。

1 背景分析

目前的web應(yīng)用中，后端服務(wù)器系統(tǒng)與前端頁面的數(shù)據(jù)交互，通常采用方法有Ajax、輪詢、websocket以及其他技術(shù)。

采用Ajax，解決了頁面部分刷新、服務(wù)器負(fù)載分擔(dān)的問題，客戶端和服務(wù)器異步通信，使得服務(wù)器可以更快的響應(yīng)頁面操作；采用輪詢方式，服務(wù)器和頁面實(shí)現(xiàn)邏輯簡單，易于操作；采用websocket，可以保證應(yīng)用的實(shí)時(shí)性；采用其他方式，也都具有各自的特點(diǎn)。

在以上這些方法中，有一個(gè)共同的特點(diǎn)：由前端頁面發(fā)起請求到服務(wù)器，由服務(wù)器處理所有頁面的請求和客戶端的管理。由此也帶來了一些問題，主要表現(xiàn)為：

（1）服務(wù)器不能及時(shí)把數(shù)據(jù)變化推送到客戶端，實(shí)時(shí)性差。主要表現(xiàn)在采用Ajax和輪詢方式。采用輪詢方式，還占用了比較多的帶寬和服務(wù)器資源，重復(fù)請求等，浪費(fèi)比較多的資源。

（2）后端服務(wù)模塊和前端頁面展示模塊耦合度較高，導(dǎo)致服務(wù)器的擴(kuò)展性較差。

（3）后端服務(wù)模塊要管理所有客戶端的信息訂閱，及信息發(fā)布，導(dǎo)致服務(wù)器開發(fā)復(fù)雜，且服務(wù)器負(fù)載較高。

MQ全稱為Message Queue，消息隊(duì)列（MQ）是一種應(yīng)用程序?qū)?yīng)用程序的通信方法。應(yīng)用程序通過寫和檢索出入列隊(duì)的針對應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)（消息）來通信，而無需專用連接來鏈接它們。消息傳遞指的是程序之間通過在消息中發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，而不是通過直接調(diào)用彼此來通信，直接調(diào)用通常是用于諸如遠(yuǎn)程過程調(diào)用的技術(shù)。排隊(duì)指的是應(yīng)用程序通過隊(duì)列來通信。隊(duì)列的使用除去了接收和發(fā)送應(yīng)用程序同時(shí)執(zhí)行的要求。

在事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的異步系統(tǒng)中，經(jīng)常采用MQ作為事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的主干，從而解耦不同的模塊應(yīng)用，提高服務(wù)器負(fù)載、高可用性以及更好的系統(tǒng)擴(kuò)展性。

本文方法采用的消息服務(wù)器是消息中間件MQ，采用開源ActiveMQ實(shí)現(xiàn)。ActiveMQ是Apache出品，最流行的、能力強(qiáng)勁的開源消息總線，也是一個(gè)中間件產(chǎn)品。它是JMS的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。AcitveMQ提供了兩種消息傳遞模型，PTP（即點(diǎn)對點(diǎn)模型）和Pub/Sub（即發(fā)布/訂閱模型），分別稱作：PTP Domain和Pub/Sub Domain。

（1）PTP（使用Queue，即隊(duì)列目標(biāo)）消息從一個(gè)生產(chǎn)者傳送至一個(gè)消費(fèi)者。在此傳送模型中，目標(biāo)是一個(gè)隊(duì)列。消息首先被傳送至隊(duì)列目標(biāo)，然后根據(jù)隊(duì)列傳送策略，從該隊(duì)列將消息傳送至向此隊(duì)列進(jìn)行注冊的某一個(gè)消費(fèi)者，一次只傳送一條消息。可以向隊(duì)列目標(biāo)發(fā)送消息的生產(chǎn)者的數(shù)量沒有限制，但每條消息只能發(fā)送至、并由一個(gè)消費(fèi)者成功使用。如果沒有已經(jīng)向隊(duì)列目標(biāo)注冊的消費(fèi)者，隊(duì)列將保留它收到的消息，并在某個(gè)消費(fèi)者向該隊(duì)列進(jìn)行注冊時(shí)將消息傳送給該消費(fèi)者。

（2）Pub/Sub（使用Topic，即主題目標(biāo)）消息從一個(gè)生產(chǎn)者傳送至任意數(shù)量的消費(fèi)者。在此傳送模型中，目標(biāo)是一個(gè)主題。消息首先被傳送至主題目標(biāo)，然后傳送至所有已訂閱此主題的活動(dòng)消費(fèi)者。可以向主題目標(biāo)發(fā)送消息的生產(chǎn)者的數(shù)量沒有限制，并且每個(gè)消息可以發(fā)送至任意數(shù)量的訂閱消費(fèi)者。主題目標(biāo)也支持持久訂閱的概念。持久訂閱表示消費(fèi)者已向主題目標(biāo)進(jìn)行注冊，但在消息傳送時(shí)此消費(fèi)者可以處于非活動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)此消費(fèi)者再次處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它將接收此信息。如果沒有已經(jīng)向主題目標(biāo)注冊的消費(fèi)者，主題不保留其接收到的消息，除非有非活動(dòng)消費(fèi)者注冊了持久訂閱。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于以上考慮，本文提出一種事件驅(qū)動(dòng)的異步實(shí)時(shí)信息發(fā)布方法。

（1）在服務(wù)器增加一個(gè)消息代理服務(wù)器，作為事件驅(qū)動(dòng)的主干，負(fù)責(zé)Topic管理，訂閱管理，消息接收和廣播等。

（2）MMS服務(wù)器后端模塊作為消息的生產(chǎn)者，負(fù)責(zé)把實(shí)時(shí)信息以消息的形式，發(fā)送到消息代理服務(wù)器的Topic。

（3）MMS服務(wù)器前端模塊作為消息的消費(fèi)者，在頁面打開時(shí)，向消息代理服務(wù)器訂閱相關(guān)的Topic，并在頁面關(guān)閉時(shí)，取消訂閱。

（4）當(dāng)MMS服務(wù)器后端模塊接收到從控制子系統(tǒng)發(fā)送的實(shí)時(shí)信息之后，轉(zhuǎn)換為json的形式，發(fā)送到消息代理服務(wù)器的具體Topic；消息代理服務(wù)器把消息廣播至所有訂閱了該Topic的所有頁面；頁面接收到廣播之后，對頁面的相關(guān)狀態(tài)進(jìn)行更新顯示。

（5）系統(tǒng)軟件架構(gòu)采用JavaEE架構(gòu)。該方法具體包括：后端服務(wù)模塊，消息代理服務(wù)器，前端頁面顯示模塊。系統(tǒng)框圖如圖1所示。