基于微服務(wù)的北斗運(yùn)營服務(wù)平臺的研究和設(shè)計(jì)

葉 梓

（安徽四創(chuàng)電子股份有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

隨著北斗三號的全球組網(wǎng)，北斗位置、時(shí)間以及通信可以作為基礎(chǔ)功可以作用在各個(gè)行業(yè)。北斗運(yùn)營服務(wù)平臺作為提供北斗服務(wù)的一個(gè)基礎(chǔ)性平臺，可以將北斗定位服務(wù)、通信服務(wù)以及一系列增值服務(wù)提供給政府、企業(yè)以及個(gè)人，從而提高北斗應(yīng)用的社會效益以及經(jīng)濟(jì)效益。然而隨著北斗服務(wù)的開展，平臺功能會不斷升級，用戶數(shù)量也會不斷增長，而傳統(tǒng)的單體軟件架構(gòu)將無法應(yīng)對這種變化。微服務(wù)作為一個(gè)新型的軟件服務(wù)架構(gòu)，其靈活性、高效性以及擴(kuò)展性的特性可以用于北斗運(yùn)營服務(wù)平臺中，實(shí)現(xiàn)服務(wù)過程中的動態(tài)升級和動態(tài)擴(kuò)容。

1 基于微服務(wù)的北斗運(yùn)營服務(wù)平臺架構(gòu)

北斗運(yùn)營服務(wù)平臺依據(jù)《JT/T 808-2011 道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)交換》以及《JT/T 809-2011 道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換》、《JT/T 905.4-2014 出租汽車服務(wù)管理信息系統(tǒng) 第4部分：數(shù)據(jù)交換與共享》等交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，研制部標(biāo)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，構(gòu)建數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)車載終端動態(tài)位置數(shù)據(jù)采集和接入；依據(jù)北斗相關(guān)協(xié)議接入北斗衛(wèi)星地面總站信息服務(wù)專線數(shù)據(jù)以及北斗指揮機(jī)相關(guān)北斗數(shù)據(jù)。平臺定位為SaaS層平臺，聚焦于為開發(fā)者提供一站式的位置數(shù)據(jù)管理能力。開發(fā)者將自身業(yè)務(wù)系統(tǒng)與北斗運(yùn)營平臺集成，用于擴(kuò)展提升位置數(shù)據(jù)管理能力，可采用設(shè)備直連的方案，也可以按照服務(wù)使用的方案，為用戶提供終端接入以及平臺服務(wù)，同時(shí)按照終端數(shù)量以及服務(wù)的類型進(jìn)行收費(fèi)。

1.1 設(shè)備直連方案

1.2

圖1 設(shè)備直連方案

1.3 服務(wù)直接使用方案

圖2 服務(wù)直接使用方案

平臺按照分層的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行建設(shè)，主要分為接入層、存儲層、支撐層、應(yīng)用層以及平臺層。

（1）接入層。接入層通過設(shè)備接口程序，接入執(zhí)法終端、北斗用戶機(jī)、北斗車載終端、信服專線、船載終端等設(shè)備數(shù)據(jù)。接入層收到設(shè)備數(shù)據(jù)后，通過協(xié)議解析，封裝成序列化協(xié)議后將其投入消息隊(duì)列中。其中接入數(shù)據(jù)按照類型可以分為位置（location）、報(bào)警（alarm）、狀態(tài)（status）以及報(bào)文（message）四種類型。

（2）存儲層。存儲層可以將消息隊(duì)列中的消息按照需求進(jìn)行存儲。存儲層按照接入數(shù)據(jù)的使用頻率，將其分為熱數(shù)據(jù)、溫?cái)?shù)據(jù)以及冷數(shù)據(jù)。其中熱數(shù)據(jù)包括實(shí)時(shí)位置、實(shí)時(shí)報(bào)警、實(shí)時(shí)狀態(tài)等；溫?cái)?shù)據(jù)包括一周內(nèi)的位置、報(bào)警、報(bào)文數(shù)據(jù)以及通過流式計(jì)算得到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等；冷數(shù)據(jù)包括一個(gè)月外的位置、報(bào)警、報(bào)文數(shù)據(jù)以及不常用的歷史數(shù)據(jù)等。在存儲策略方面，冷數(shù)據(jù)采用MongoDB進(jìn)行存儲，溫?cái)?shù)據(jù)采用Elasticsearch進(jìn)行存儲以及二次分析，熱數(shù)據(jù)采用Redis等內(nèi)存數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲。

（3）支撐層。采用微服務(wù)設(shè)計(jì)理念，在運(yùn)行過程中，可以動態(tài)地對服務(wù)進(jìn)行橫向擴(kuò)展以及縱向擴(kuò)展。主要服務(wù)包括服務(wù)網(wǎng)關(guān)、通信服務(wù)、查詢服務(wù)、推送服務(wù)、報(bào)警計(jì)算服務(wù)、系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲服務(wù)、統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)、基礎(chǔ)信息管理服務(wù)、用戶權(quán)限服務(wù)、流計(jì)算處理服務(wù)等。

（4）應(yīng)用層。將支撐層中的微服務(wù)進(jìn)行一系列組合完成API功能接口，包括位置監(jiān)控、實(shí)時(shí)通信、歷史查詢、公共信息服務(wù)、應(yīng)急指揮、報(bào)警分析、交通流量分析預(yù)測以及輔助決策等相關(guān)業(yè)務(wù)功能。

（5）平臺層。應(yīng)用開發(fā)北斗運(yùn)營服務(wù)平臺、海洋漁業(yè)監(jiān)管平臺、出租車監(jiān)管平臺等行業(yè)應(yīng)用平臺，為位置監(jiān)管及應(yīng)急通信提供強(qiáng)有力的信息化支撐。

圖3 系統(tǒng)分層設(shè)計(jì)

2 核心微服務(wù)設(shè)計(jì)

2.1 微服務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

微服務(wù)網(wǎng)關(guān)作為服務(wù)的惟一入口，將各類微服務(wù)進(jìn)行整合。在北斗運(yùn)營服務(wù)平臺中，微服務(wù)網(wǎng)關(guān)的功能包括權(quán)限控制、服務(wù)流量監(jiān)控、服務(wù)限流以及服務(wù)熔斷。其中權(quán)限控制利用Token令牌技術(shù)，保證服務(wù)訪問的無狀態(tài)性；服務(wù)流量監(jiān)控將外部訪問進(jìn)行記錄并利用時(shí)序數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲，對服務(wù)流量實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；服務(wù)限流采用令牌桶技術(shù)，對同一時(shí)間段的訪問次數(shù)進(jìn)行限制；服務(wù)熔斷利用斷路器技術(shù)對失敗一定次數(shù)的服務(wù)進(jìn)行熔斷，保證關(guān)鍵服務(wù)的可用性。

圖4 微服務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

2.2 位置查詢微服務(wù)設(shè)計(jì)

由于位置數(shù)據(jù)接入量大的特點(diǎn)，在通過路線、區(qū)域進(jìn)行位置查詢的時(shí)候，需要利用Geohash算法提高位置數(shù)據(jù)的查詢效率。

Geohash算法就是將經(jīng)緯度編碼，將二維字段變成一維字段，給地址位置分區(qū)的一種算法。其原理是基于區(qū)域劃分的思想，劃分區(qū)域的次數(shù)越多，區(qū)域越多，位置就越精確，然后通過將經(jīng)緯度編碼，給地理位置分區(qū)。在查詢過程中，利用數(shù)據(jù)庫索引，進(jìn)行模糊字段右匹配，可以快速查詢出我們所需要的位置點(diǎn)。

圖5 Geohash算法編碼

圖6 利用Geohash算法進(jìn)行路線查車

2.3 北斗通信微服務(wù)設(shè)計(jì)

北斗通信具有容量和頻度的限制。北斗運(yùn)營服務(wù)平臺允許將多個(gè)北斗終端接入，通過TCP/IP協(xié)議接入設(shè)備接口服務(wù)，納入統(tǒng)一管理。北斗通信微服務(wù)則可以對接入的北斗終端通信資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，形成北斗通信信道資源池。其中可以用戶發(fā)送北斗短報(bào)文時(shí)可以通過平臺指定發(fā)送終端，也可以默認(rèn)發(fā)送終端，當(dāng)默認(rèn)發(fā)送終端時(shí)可以自動選擇有頻度的發(fā)送終端進(jìn)行報(bào)文發(fā)送。同時(shí)服務(wù)將用戶所有消息納入隊(duì)列進(jìn)行統(tǒng)一管理，允許對消息進(jìn)行分級，可以提升報(bào)文的發(fā)送等級。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)北斗終端的信道復(fù)用，突破了在應(yīng)急情況下對北斗終端通信頻度的限制。

2.4 報(bào)警微服務(wù)設(shè)計(jì)

報(bào)警微服務(wù)的設(shè)主要是生成平臺報(bào)警，主要包括圍欄報(bào)警、異常聚集報(bào)警、偏移路線報(bào)警等。

這里首先需要開發(fā)報(bào)警規(guī)則引擎，指定相應(yīng)的報(bào)警規(guī)則，如圍欄報(bào)警引擎中需要指定報(bào)警時(shí)間段、出區(qū)域是否報(bào)警、進(jìn)區(qū)域是否報(bào)警等規(guī)則。然后通過Spark或者Storm等實(shí)時(shí)流計(jì)算引擎，利用消息隊(duì)列中的位置信息或者狀態(tài)信息，通過報(bào)警規(guī)則引擎的計(jì)算，產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警，然后再投入消息隊(duì)列，進(jìn)行下一步的操作。

3 結(jié)束語

本文提出一種基于微服務(wù)的北斗運(yùn)營服務(wù)平臺架構(gòu)，詳細(xì)分析了平臺總體架構(gòu)的分層設(shè)計(jì)模式以及服務(wù)網(wǎng)關(guān)、海量位置查詢、北斗通信、報(bào)警規(guī)則等核心微服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)思想，從根本上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)橫向和縱橫的擴(kuò)展性問題，避免傳統(tǒng)單體應(yīng)用框架在擴(kuò)展性方面的弊病。未來隨著人工智能的發(fā)展，可以將人工智能算法應(yīng)用于北斗大數(shù)據(jù)中，從而對北斗運(yùn)營服務(wù)平臺進(jìn)行完善。