振华重工对RESTful协议的支持与应用

朱 廷，贲道伟

（上海振华重工（集团）股份有限公司智慧集团，上海 200125）

1 引言

伴随着移动互联网的发展，Restful作为一种基于分布式架构，标准的API越来越普及，它小巧轻便，易于扩展，低耦合，支持各种平台发布。为了满足多种移动应用对码头设备的监控数据的分发，振华重工设计了标准的服务接口API，使用云平台微服务和传统UA REST实现了该服务系统的API，并使用接口测试工具Postman进行了测试[1]。

2 RESTful协议介绍

2.1 概述

前端和后端程序共同组成了网络应用程序。当前的发展趋势是前端设备层出不穷。因此，必须有一种统一的接口方案，方便不同的前后端设备进行沟通。RESTful API就是目前较为成熟的互联网应用程序的API设计理论。REST（Representational State Transfer）表述性状态转换，REST指的是一组架构约束条件和原则，支持分布式架构[2]。

2.2 RESTful API的优点

REST是一种设计风格，REST包括几个重要的设计原则[3]：①资源可以是视频、图像、文本等，抽象所有的物品作为资源；②每一个资源都有用一个URI作为唯一的资源标识符；③每个资源的操作使用统一的接口，使用HTTP协议，使用HTTP协议的post、delete、put、get方法进行增、删、改、查操作；④对资源的操作是无状态的并且每一个HTTP请求之间是相互独立的。

简单来说，REST是一种使用URL来定位资源，使用HTTP请求描述操作的Web服务规范。基于RESTful API的分布式监控系统有以下优点：①前后端分离，和前端无关；②没有和操作系统绑定，可以支持多种操作系统，支持多种语言；③完备的软件支持方案，支持Swagger Editor在线编辑，便于API的共享。

3 基于RESTful的服务平台

3.1 微服务架构

振华设计了基于RESTful的微服务设计，将业务逻辑划分为小块的服务，服务之间是解耦的，服务之间使用消息队列，RESTful API通信，提供每一小块服务的程序可以使用容器封装，分布式管理，可弹性伸缩[4]。微服务架构如图1所示。

图1 微服务架构

3.2 微服务架构的优点

采用微服务架构可以做到临时使用、单体应用、即开即用，覆盖码头各类场景，并且做到大数据量，高可用性，弹性伸缩。微服务还包含如下优点[5]：①系统逻辑清晰，每个程序员的职责明确，上手容易；②灵活性高，服务组件积木式搭建，扩容缩容方便；③技术异构，一个系统可以使用多种语言；④持续集成容易，修改一行代码不用发布整个系统，无感知更新；⑤高可用，服务可熔断、降级，局部故障不影响核心功能。

3.3 微服务的缺点

微服务有如此多的优点，但同时也存在如下缺点：①服务太多，难以定位故障；②服务太多，运维工作量大；③消息中间件、RESTful API性能不如内存复制。由于工程不需要反复变动，整体来看利大于弊。

3.4 UA RESTful的支持

UA RESTful是在ZPMC OPC UA Server基础上封装的一套RESTful接口支持，其技术特点主要体现在以下几点[6]：①安全，采用TCP/IP协议的固定端口服务，对防火墙友好，同时支持用户名密码及证书连接机制，保障安全性；②简便，集成了实时、历史及报警功能，以及统一的配置调试工具，方便工程制作与部署，大大提升现场实施效率；③高效，支持64位架构，将单服务采集点数提升一个数量级（20万点），能有效提升单点能力；④通用，采用跨平台技术，同时给出了Windows/Linux两套服务软件，并且采用了容器技术方便运维；⑤灵活，采用新的插件技术，将通讯、日志、模拟数据等共用组件公共化，给每个驱动赋能。

3.5 RESTful API的具体实现

RESTful API架构如图2所示，Redis主要用于存放各个码头设备的实时状态数据及报警数据；History DB主要用于存放各个码头设备的历史状态数据及报警数据；Mongo DB主要用于存放各个码头设备的传感器数据；平台对外提供Restful API，供Web GUI或其他服务调用；码头设备的数据通过MQTT协议上传至智能平台的MQTT Server中。

图2 RESTful API架构

3.6 RESTful API的设计

以RESTful为标准，定制了一系列API标准，包括实时数据、历史数据、实时故障、历史故障；支持订阅功能、统一登陆、在线状态查询等一系列功能。

以实时数据为例，我们用BrowsePort，BrowseMachine查询所有码头和机器列表，用BrowseItem查询所有数据列表，ReadItem读取数据项。RESTful API示例见表1。

表1 RESTful API示例

4 基于RESTful的应用

4.1 ZPMC WEB CMS

新一代ZPMC WEB CMS平台整合了边缘数据采集、数据流处理、故障告警、历史数据存储等全流程数据层功能，为Web应用提供丰富的RESTful数据接口，包括数据点的读写、订阅，以及数据点定义的在线更新接口。

通过MQTT协议，平台支持百毫秒级的实时数据采集，在上层Web应用内实时呈现。同时支持灵活的故障表达式定义，无需工程配置，直接在用户浏览器即可进行故障点定义和更新。经过Kafka消息分发，流处理功能提供额外的数据处理、分析能力；历史功能则通过历史数据库存储、备份完整数据，保证任意数据可追溯。

运用云原生开发理念，借助Kubernetes生产级容器编排系统，使得平台具备弹性伸缩，故障自愈能力。同时集成Prometheus监控系统及EFK日志系统，实时监控系统各组件运行状态，出现节点故障、负载过大等异常情况时，运维人员可以快速发现并定位问题，保证系统在线。平台可以适应各类公有云及私有云环境，对于大数据量，融合多码头数据等业务场景拥有巨大的潜力。

4.2 ZPMC SCADA

ZPMC作为振华重工历经十多年研发和应用产品，支持OPC、UA数据协议，在最新的RESTful协议提供之后，加入了对RESTful API的支持，我们采用轮询的方式，对原来的接口做出了修改封装，在不改变原逻辑的情况下，无缝衔接了新的RESTful接口[7，8]。

4.3 分布式监控的具体实现

如 图3所 示，RESTful服 务 支 持 跨 平 台，可 以在Windows和Linux上 运 行，提 供 了OPC、Alarm、UA等服务，客户端支持网站、传统PC客户端和微服务。

图3 分布式监控架构

5 结束语

本文提出了基于RESTful API的微服务云平台的应用，作为UA接口插件的RESTful API的第三方支持，基于RESTful的分布式监控系统，跨系统、跨平台进行软件监控。致力于解决码头用户的智能监控需求，提供更多便捷的数据监控接口，稳定的架构，大数据、大容量的数据支持，为振华的硬件服务保驾护航。