一種基于REST的艦船通信業(yè)務(wù)能力開放與融合方法

程宇

摘 要：現(xiàn)有艦船通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在著“架構(gòu)封閉、軟硬件耦合、應(yīng)用集成困難”等問題，采用面向服務(wù)的軟件架構(gòu)，以服務(wù)API的形式進行通信業(yè)務(wù)能力開放是解決以上問題的關(guān)鍵。本文提出了一種艦船通信業(yè)務(wù)能力開放與融合方法，在SOA、Web服務(wù)、IMS、通信開放服務(wù)API、業(yè)務(wù)交付平臺等相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有艦船業(yè)務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)狀和實際需求，設(shè)計了基于SOA的統(tǒng)一業(yè)務(wù)交付平臺、通信服務(wù)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(guān)鍵詞：通信服務(wù)能力開放;開放服務(wù)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(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)作為艦船電子信息系統(tǒng)的基本組成之一，其現(xiàn)有的設(shè)計存在著“系統(tǒng)架構(gòu)封閉和軟硬件耦合”的問題，具體表現(xiàn)在終端和業(yè)務(wù)綁定、業(yè)務(wù)開放能力較弱、新業(yè)務(wù)部署成本高、系統(tǒng)利用率低等多個方面，已無法適用新的應(yīng)用需求。面向服務(wù)的通信業(yè)務(wù)能力開放[1]既是解決現(xiàn)有問題的關(guān)鍵，同時也是適應(yīng)整個綜合電子信息系統(tǒng)[2]服務(wù)化集成發(fā)展趨勢的必然要求。

目前，在軍事通信應(yīng)用領(lǐng)域，針對應(yīng)用集成的需求主要采用服務(wù)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換或?qū)Ｓ袇f(xié)議的方法，實現(xiàn)復雜，靈活性差;而在商業(yè)領(lǐng)域，則提出了SOA[3]、REST[4]、開放API[5，6]、業(yè)務(wù)交付平臺[7]等方法，但這些方法是否滿足艦船通信應(yīng)用需求，仍有待設(shè)計和驗證。本文在對SOA架構(gòu)、Web服務(wù)、IMS[8]、通信開放服務(wù)API、業(yè)務(wù)交付平臺等相關(guān)技術(shù)進行綜合分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合艦船通信應(yīng)用的特定需求，提出了艦船通信業(yè)務(wù)服務(wù)化的參考系統(tǒng)架構(gòu)及組成，并進一步設(shè)計了基于SOA的統(tǒng)一業(yè)務(wù)交付平臺、通信服務(wù)能力開放REST API、基于WebRTC[9]標準的軟終端。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 SOA與Web服務(wù)

SOA是基于服務(wù)驅(qū)動的 IT架構(gòu)方式，能夠整合各類應(yīng)用，使其變成一種可重用、可動態(tài)重組的服務(wù)。作為一種開放式的軟件體系架構(gòu)，SOA通過各類服務(wù)之間的標準接口，將應(yīng)用程序的不同功能單元進行組合，實現(xiàn)大粒度的應(yīng)用。服務(wù)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(tǒng)相互獨立，通過采用標準和統(tǒng)一的方式將該系統(tǒng)架構(gòu)下的各類服務(wù)進行關(guān)聯(lián)和通信。

Web服務(wù)是由URI進行標識的一種軟件應(yīng)用程序，通過XML語言對接口和綁定進行統(tǒng)一的描述、定義，以及發(fā)現(xiàn)，通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與其它軟件應(yīng)用程序進行信息交互;RESTful Web服務(wù)（Representational State Transfer，表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移）是一種面向資源的服務(wù)，通過URI進行識別，定位資源，通過HTTP對這些資源執(zhí)行的操作進行定義。

1.2 基于SIP的IP多媒體通信架構(gòu)

3GPP組織提出的IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）是基于IP的多媒體實時通信，已成為電信領(lǐng)域事實標準[10]。IMS建立在SIP協(xié)議[11，12]基礎(chǔ)上，并且融合了話音、數(shù)據(jù)、視頻，以及固移網(wǎng)絡(luò)的通信業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)在各種分組交換技術(shù)上的實時通信服務(wù)。

SIP協(xié)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(yīng)用層控制協(xié)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(wù)器（C/S）模型，客戶端是呼叫請求的發(fā)起方，服務(wù)器是響應(yīng)請求的接收方。

1.3 通信能力開放技術(shù)

在電信領(lǐng)域，從相關(guān)的各項研究以及應(yīng)用看，通信服務(wù)能力開放采用與具體協(xié)議無關(guān)的“開放API”對相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用的能力進行開放，便于快速實現(xiàn)各種跨網(wǎng)業(yè)務(wù)的高效融合。在業(yè)務(wù)開發(fā)、部署和執(zhí)行方面，研究機構(gòu)提出了SDP[13]（Service Delivery Platform，業(yè)務(wù)交付平臺）的概念和方法。從相關(guān)研究分析中可以看出：

（1）對于服務(wù)相關(guān)的概念，包括服務(wù)架構(gòu)、Web服務(wù)、RESTful Web服務(wù)、企業(yè)服務(wù)總線等的研究和應(yīng)用，相對來說已經(jīng)較為成熟，相關(guān)的各項標準以及產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)布，這已經(jīng)成為通信服務(wù)化的基礎(chǔ)。

（2）IMS系統(tǒng)已經(jīng)成為基于IP的多媒體通信系統(tǒng)方面的事實標準，但在服務(wù)能力開放方面，還缺少相應(yīng)的應(yīng)用。

（3）通信服務(wù)能力開放的主要方法是以“開放API”為基礎(chǔ)，但類似于JAIN、Parlay等還缺少相應(yīng)的應(yīng)用，而REST API作為目前主流的服務(wù)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(yīng)的標準。

（4）服務(wù)交付平臺是一種基于SOA 架構(gòu)的服務(wù)開發(fā)、運行的系統(tǒng)平臺，能夠?qū)Ω黝悜?yīng)用服務(wù)和通信服務(wù)進行統(tǒng)一集成和交付。

2 艦船通信業(yè)務(wù)能力開放與融合框架

在研的艦船通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)已逐步采用IMS系統(tǒng)架構(gòu)來實現(xiàn)通信控制及業(yè)務(wù)的IP化，本文將以此為基礎(chǔ)，結(jié)合SOA、Web服務(wù)以及SDP技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，進行艦船通信業(yè)務(wù)能力開放與融合框架設(shè)計，如下圖所示。

網(wǎng)絡(luò)資源層：在IP分組傳輸?shù)幕A(chǔ)上，提供各種不同類別的應(yīng)用服務(wù)，包括VoIP、視頻、會議等電信域會話類應(yīng)用，郵件、FTP等IT域非會話類應(yīng)用以及指揮作戰(zhàn)域的相關(guān)應(yīng)用。

服務(wù)能力層：對資源的各種應(yīng)用服務(wù)資源進行統(tǒng)一接入，在此基礎(chǔ)上，進行基礎(chǔ)業(yè)務(wù)能力的封裝，并以REST或SOAP接口形式注冊發(fā)布到企業(yè)服務(wù)總線上，由服務(wù)總線負責完成服務(wù)的注冊、發(fā)布、路由和認證授權(quán)。其中：

2.1 通信業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)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(xié)商，完成用戶認證與鑒權(quán)、業(yè)務(wù)的呼叫控制和媒體資源服務(wù)功能，提供話音、視頻、報文等基礎(chǔ)的通信業(yè)務(wù)服務(wù)。

2.2通信能力開放網(wǎng)關(guān)

通過協(xié)議適配將基礎(chǔ)的通信應(yīng)用服務(wù)資源進行統(tǒng)一接入，在此基礎(chǔ)上，進行業(yè)務(wù)能力的封裝，以基于REST或SOAP的服務(wù)API接口形式注冊發(fā)布到企業(yè)服務(wù)總線上。

2.3企業(yè)服務(wù)總線

負責完成服務(wù)的注冊、發(fā)布、路由和認證授權(quán)。在服務(wù)總線的支持下，應(yīng)用層的各種高層應(yīng)用可查找發(fā)現(xiàn)感興趣的服務(wù)，并調(diào)用服務(wù)接口，獲取/組合各種基礎(chǔ)業(yè)務(wù)能力，以完成話音類、視頻類、會議類、FTP、郵件以及作戰(zhàn)類等多種應(yīng)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(wù)API接口的SDK，將視頻通信、即時消息等基礎(chǔ)的通信服務(wù)功能嵌入Web頁面中，實現(xiàn)通信與作戰(zhàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的融合。

3 艦船通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

開展基于SOA的統(tǒng)一業(yè)務(wù)交付平臺、基于REST API的通信服務(wù)開放接口、基于WebRTC的軟終端等設(shè)計，以實現(xiàn)艦船通信業(yè)務(wù)服務(wù)能力開放與融合。

3.1 基于SOA的統(tǒng)一服務(wù)交付平臺

通信業(yè)務(wù)能力開放遵循面向服務(wù)的思想和軟件架構(gòu)，通過開放服務(wù)API及服務(wù)總線來實現(xiàn)通信服務(wù)的“發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、調(diào)用”。基本原理和步驟如下圖所示：

服務(wù)發(fā)布：在通信業(yè)務(wù)服務(wù)器的支持下，通信服務(wù)提供者通過能力開放網(wǎng)關(guān)將話音、視頻、報文等基礎(chǔ)通信能力抽象封裝為開放的服務(wù)API，并發(fā)布注冊到服務(wù)總線上;

服務(wù)發(fā)現(xiàn)與調(diào)用：作為服務(wù)使用者，各應(yīng)用系統(tǒng)通過服務(wù)總線發(fā)現(xiàn)、查找、調(diào)用各類服務(wù)（包括電信域及非電信域），在此基礎(chǔ)上進行服務(wù)集成或組合，以實現(xiàn)業(yè)務(wù)融合或融合通信。

3.2 通信服務(wù)能力開放REST API

面向資源的架構(gòu)（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(xiàn)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(guī)則;資源可以從服務(wù)器傳給客戶端，也可以從客戶端傳給服務(wù)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(tài)性、連通性、統(tǒng)一接口。其中，可尋址性是指如果一個應(yīng)用將其數(shù)據(jù)集里有價值的部分作為（resource）發(fā)布出來，那么該應(yīng)用就是可尋址的;無狀態(tài)性是指意味著每個HTTP請求都是完全孤立的，當客戶端發(fā)出一個HTTP請求時，請求里保護服務(wù)器實現(xiàn)該請求所需的全部信息，服務(wù)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(tǒng)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(fā)送HTTP PUT，或向一個已有的URI發(fā)送HTTP POST表示創(chuàng)建一個資源;向已有的URI發(fā)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(yè)務(wù)終端軟件以Web瀏覽器作為基礎(chǔ)平臺，在WebRTC（Web Real-Time Communication，網(wǎng)頁實時通信）API 的支持下，實現(xiàn)用戶登錄、用戶界面、呼叫控制、業(yè)務(wù)處理、媒體處理等功能。

（1）WebRTC API：將實時通信應(yīng)用所需要的音/視頻釆集處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、會話控制等基礎(chǔ)功能集成到Web瀏覽器中，屏蔽底層硬件實現(xiàn)或操作系統(tǒng)之間的差異，面向上層應(yīng)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(yè)務(wù)狀態(tài)的實時顯示;

（4）呼叫控制模塊：完成各類業(yè)務(wù)呼叫建立、保持、恢復和釋放等狀態(tài)控制;

（5）業(yè)務(wù)處理模塊：與呼叫控制模塊共同實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的融合處理。

4 試驗驗證

為了驗證業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)交互的模擬測試場景，每一臺筆記本模擬一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其上以虛擬機的形式部署由融合應(yīng)用軟件、SDP業(yè)務(wù)交付平臺軟件、業(yè)務(wù)感知軟件等各類軟件，筆記本間通過網(wǎng)線或交換機連接。在兩臺筆記本上，通過融合應(yīng)用終端用戶登錄界面登錄系統(tǒng)，進入系統(tǒng)后，首先調(diào)用地圖服務(wù)，以地圖的方式顯示當前入網(wǎng)平臺的位置信息，同時獲取當前用戶的聯(lián)系人信息，呈現(xiàn)聯(lián)系人列表。通過點擊會話窗口，發(fā)起和進行話音、視頻、即時消息、文件、郵件等多種業(yè)務(wù)。并對業(yè)務(wù)融合性能進行了測試，測試結(jié)果如下圖所示。

從CPU空閑率和內(nèi)存開銷統(tǒng)計圖中可以看出，SDP業(yè)務(wù)交付平臺的吞吐率隨CPU內(nèi)核數(shù)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(nèi)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(wěn)定在3ms左右，依據(jù)演示系統(tǒng)相關(guān)設(shè)定，SDP業(yè)務(wù)交付平臺和融合應(yīng)用軟件可以滿足演示驗證系統(tǒng)相關(guān)性能要求。

5 結(jié)論

在SOA架構(gòu)、Web服務(wù)、IMS、通信開放服務(wù)API、業(yè)務(wù)交付平臺等相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了艦船通信業(yè)務(wù)能力方法與融合方法，設(shè)計了基于SOA的統(tǒng)一業(yè)務(wù)交付平臺、通信服務(wù)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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