面向服务的应急综合支撑平台设计与实现

李 飞，焦立彬，周 冰，祝胜强，臧艳军

(河北远东通信系统工程有限公司，河北 石家庄 050200)

0 引言

进入21世纪以来，世界范围内灾害事件层出不穷，地震、洪水、火山、海啸、泥石流、暴恐以及团体恶性事件等各种自然和人为灾难带来了巨大的生命和财产损失。在这些灾害处理的过程中，常规的通信装备往往失去功效，不依赖于常规条件的专用应急通信装备更加重要。目前专用应急装备种类繁多、型号各异、使用难度和使用频度都比较大。在此背景下，采用综合支撑平台，对应急通信装备进行综合性管理和应用，对应急业务系统提供统一风格的支撑服务，可以显著降低系统部署和使用复杂度。

综合支撑平台设计采用面向服务的体系架构(Service Oriented architecture，SOA)和表述性状态传递(Representational State Transfer，REST)风格统一服务接口，降低开发复杂性，提高系统可伸缩性[1]。

1 基本概念

1.1 面向服务的体系架构SOA

1996年Gartner Group 提出SOA的概念：“客户端/服务器的软件设计方法，一项应用由软件服务和软件服务使用者组成。SOA与大多数通用的客户端/服务器模型的不同之处，在于它着重强调软件组件的松散耦合，并使用独立的标准接口”[2]。

SOA是一种由彼此之间可通信且具有特定功能的服务构成的灵活抽象的分布式IT架构模式[3]，是一个战略性的技术框架，它促使企业内部以及外部所有相关的系统公开和访问定义良好的服务和绑定于那些服务的信息，又进一步抽象成流程层和组合应用，从而形成新解决方案。从本质上讲，SOA 为系统架构增添了灵活性[4]，可以灵活地使用配置层完成系统的更改，而不是重新开发。

SOA的主要优势包括[5]：

① 服务与行为的重用。即无需大量重开发或集成的工作，就能在一个系统中使用另一系统行为的能力。换言之，SOA 可以同使用本次存在的行为一样使用远程的应用行为，这样就促进了应用功能或行为的重复使用而不需要移植代码。

② 层次化。SOA 方法将功能方面涉及的对象、数据、组件、业务流程及界面等从服务提供者和消费者的角度进行层次化；同时，将安全架构、数据架构、集成架构及服务质量管理等共用设施进行提取实现层次化。

1.2 表述性状态转移REST

2000年Roy Fielding博士在《架构风格与基于网络应用软件的架构设计》一文中提出了REST的概念[6]。它是一种针对网络应用的设计和开发方式，可以降低开发的复杂性，提高系统的可伸缩性。将网络上的所有事物都被抽象为资源，每个资源对应一个唯一的资源标识，通过通用的连接器接口对资源进行操作，对资源的各种操作不会改变资源标识，所有的操作都是无状态的[7]。

REST定义了一组体系架构原则，可以根据这些原则设计以系统资源为中心的 Web 服务，包括使用不同语言编写的客户端如何通过 HTTP 处理和传输资源状态。满足这些约束条件的Web应用程序接口称之为Restful Web Service接口[8]。

2 平台设计

应急综合支撑平台采用面向服务的设计理念，各类支撑服务统一采用REST方式发布到企业服务总线上，为应用系统提供资源管理、统一位置、统一短数据等服务，具有扩展性强的特点。

2.1 平台架构

应急综合支撑平台整体上划分为数据层、接入层和支撑服务层，平台整体向下接入不同体制和形态的通信装备，向上为各种不同的应用系统提供支撑[9-10]，平台总体架构如图1所示。

图1 应急综合支撑平台总体架构

2.2 平台分层

2.2.1 接入层

应急综合支撑平台可接入的终端包括北斗终端(北斗指挥机、北斗手持机、北斗车载机)、GPS终端、智能手机和海事卫星电话等。接入层服务包括北斗接入服务、GPS接入服务、手机位置接入服务及海事卫星电话接入服务等。

2.2.2 数据层

数据层是为应急综合支撑平台提供基础数据支撑，提供的数据资源包括资源管理数据库、平台管理数据库、位置数据库及短数据数据库等。

2.2.3 应用支撑层

应急综合支撑平台的核心功能位于应用支撑层，采用面向服务的理念，由支撑服务和企业服务总线组成。

支撑服务主要包括资源管理服务、统一位置服务、统一短数据服务、权限管理服务、运行监视服务和统一配置服务。

企业服务总线为服务之间间接和动态交互提供支持，包括动态路由、消息服务、访问控制、事件服务、消息转换和日志服务。

2.3 平台功能设计

应急综合支撑平台对外提供的主要功能如下：

① 资源管理：提供基于台帐信息的资源管理，包括资源信息录入、修改及查询统计；支持资源属性、资源类型的动态定制；支持数据、图片、音频及视频等多种类型的资源属性；支持各类资源一键通信；

② 统一位置：提供北斗、GPS、海事卫星及智能手机等多种定位设备的标准化接入，通过RESTFUL接口提供位置查询、订阅及推送等服务；

③ 统一短数据：提供北斗短报文、手机短信及数字集群短数据等多种短数据通信设备的标准化接入，通过RESTFUL接口提供短数据查询、订阅及推送等服务；

④ 权限管理：基于用户权限角色模型，实现系统用户访问权限的分级管理和数据访问控制；

⑤ 运行监视：基于服务总线实现各类接入服务和支撑服务的实时状态呈现，实现服务监测和控制操作；

⑥ 统一配置：对平台的访问用户、接入服务、支撑服务等各类功能进行配置。

3 关键技术设计与实现

3.1 资源管理服务

资源管理服务是应急综合支撑平台的核心子系统，该服务采用动态扩展的数据库设计模式，将不同且不断变化的各种应急通信资源进行统一的管理，并且为上层应用提供标准的RESTFUL接口，实现资源的全方位操作[11]，如图2所示。

应用支撑层资源管理服务方面，该服务提供资源属性、资源类型和资源对象的维护管理功能，同时提供资源的相互依赖关系及层级关系的维护管理，对资源进行科学、统一的设计编码，构建良好的结构层次关系。服务还提供数据分析、报表统计、批量导入等功能，可以对各类资源进行综合统计分析，为资源的合理利用和调配等提供科学的辅助决策数据。

图2 资源管理服务设计框图

数据层资源管理数据库方面，该服务支持异构数据库，并可进行服务及数据库集群部署，解决单点服务负载及并发访问问题。

3.2 统一短数据服务

统一短数据服务对下支持北斗短报文、移动短信、海事卫星短信息及数字集群短信息等多种短数据设备的接口协议。内部统一汇集各个类型终端短数据设备的信息，进行统一解析、清洗、存储和分发推送。对上提供标准的RESTFUL接口，为上层业务应用提供订阅/取消订阅短数据信息、历史短数据查询及发送短数据等服务[12]，如图3所示。

图3 统一短数据服务设计逻辑架构图

该服务相关功能及其设计如下：

① 订阅/取消订阅设备短数据：应用系统调用该接口订阅/取消订阅平台所管理设备的短数据，统一短数据服务接收到设备终端或服务的短数据信息后，根据订阅关系给应用系统进行推送；

② 发送短数据信息：应用系统调用该接口进行短数据的发送，包括短数据的单发和群发。应用系统无需关注统一短数据服务通过什么通道进行短数据的发送。只需要按照接口定义形式进行短数据内容和类型的选定，即可无差别地进行包括北斗、海事卫星、手机及数字集群等多种方式的短数据发送；

③ 短数据转发：内置短数据转发功能，定义了各系统之间短数据互发的简短协议，通过该转发模块，短数据终端之间只需遵守该转发协议即可实现不同网络之间的短数据互发；

④ 历史短数据查询：应用系统调用该接口进行任意时间段任意设备的短数据发送记录查询；

⑤ 短数据转发查询：应用系统调用该接口进行不同短数据终端设备之间的短数据互发记录。

3.3 统一位置服务

统一位置服务对下指定标准接口兼容北斗、GPS、海事卫星及数字集群终端等多种定位设备的接口协议。内部统一汇集各个类型终端定位设备的位置信息，进行统一解析、清洗、存储和分发推送。对上提供标准的RESTFUL接口，为上层业务应用提供订阅/取消订阅位置信息、订阅/取消订阅在线状态、位置推送、历史位置查询、实时位置查询等服务[13]。服务逻辑架构如图4所示。

图4 统一位置服务逻辑架构图

该服务相关功能及其设计如下：

① 订阅/取消订阅设备位置信息：应用系统调用该接口订阅/取消订阅平台所管理设备的位置报告信息，统一位置服务接收到设备终端或服务上报位置之后，根据订阅关系给应用系统进行推送；

② 订阅/取消订阅设备在线状态：应用系统调用该接口订阅/取消订阅平台所管理设备的在线状态信息，统一位置服务接收到设备终端或者服务上报在线状态之后，根据订阅关系给应用系统进行推送；

③ 接入服务状态查询：应用系统调用该接口查询统一位置服务的接入服务的状态，譬如北斗接入服务状态、GPS接入服务状态及海事卫星接入服务状态等；

④ 北斗指挥机状态查询：应用系统调用该接口查询北斗指挥机的状态信息，包括北斗指挥机的在线状态、电池电量、信号强度、指挥卡级别及频度等；

⑤ 点名定位：应用系统调用该接口对北斗用户机进行点名定位操作，系统对指定的北斗用户机发送点名定位命令，该用户机将自动回复指挥机其自身所在位置信息；

⑥ 友邻位置：应用系统可调用该接口为北斗用户机发送在其自身一定范围内的友邻设备的位置信息；

⑦ 指令导航：应用系统调用该接口给北斗用户机发送导航路径，包括途经点和规避点，北斗用户机接收到该命令后自行导航前往目的地；

⑧ 历史操作信息查询：应用系统调用该接口进行包括点名定位、友邻位置及指令导航等命令操作的历史查询；

⑨ 实时位置和历史位置查询：应用系统调用该接口进行平台所管理的定位设备的实时位置和历史位置信息查询。

4 结束语

基于SOA的应急综合支撑服务平台通过科学的框架，实现了多种体制应急通信装备的融合通信和统一管理，对所产生的异构数据统一存储，为上层各类应用提供统一明晰的调用接口，显著降低了应急业务系统研制和部署的难度。

本文结合应急系统现状，利用成熟理论和体系架构对系统的管理、资源控制进行了优化，提高了系统的适用性和可管理性，可减少重复开发并提高系统扩展性，具有较好的工程意义和借鉴作用。本平台已经在公安、电力和人防行业开展了广泛的示范应用，取得了良好的应用效果。典型项目包括秦皇岛市局要人安保项目、吉林市局一体化指挥调度项目，南方电网、广东电网应急通信指挥平台项目和沈阳人防应急指挥项目。