基于RESTful 面向资源的站内管控平台设计

朱 斌，林 帆

（南京熊猫汉达科技有限公司，南京 210014）

1 引言

卫星地球站监控系统负责对地球站内所有设备的实时状态、数据、告警等进行监控，针对监控设备的接口、协议、状态、数据类型的异构问题，通过设计的统一、标准、可读的模型进行资源表征，站内监控系统与设备接口、上层应用接口之间实现应用与数据接口的统一化、标准化、通用化，其北向接口服务而采用遵循RESTful Web Service 设计规范，是面向对象或者上层用户提供完备的信息交互接口，通过HTTP 协议访问URI 接口（API）来完成数据请求和响应，来提高系统的分布性能、集群性能和松耦合性能。

2 RESTful 概述

2.1 RESTful Web Service

REST（Representational State Transfer）是指资源的表现层状态转化。而“资源”就是能够通过特定URI（统一资源定位符）进行访问的实体，它可以是一段文本、一张图片、一首歌曲、一种服务。以不同的URI 形式来表示系统中的同一个资源，通过请求响应方法，从而减少对服务端、客户端的限制，提高接口服务的松耦合性。

RESTful Web Service 是目前流行的遵循REST 设计规范，面向资源的轻量级Web 服务。具体来说，客户端和服务器的交互按照HTTP 协议定义的4中动词：GET 用来获取资源，POST 用来新建资源，PUT 用来更新资源，DELETE 用来删除资源，对系统的资源进行增删改查操作。

2.2 基于REST 规范的接口

基于REST 规范的接口服务就是将系统中所有访问的实体都抽象成资源，并赋予其唯一的资源标识符，通过制定统一的RESTful API 接口规范对外界提供各种资源服务。

该接口规范主要有以下4个特征：资源的可标识性、无状态性、连通性和接口统一性。可标识性指一个应用将其访问的实体集中有价值的部分作为资源，通过URI 的形式表征出来。无状态性指每个HTTP 请求都是无状态且独立的，由于不需要保存当前会话状态，因此在系统集群时不会受会话复制的约束，从而可以提高系统的伸缩性。连通性是指要求资源通过它们的表征方式彼此相连。接口统一性是指对资源的操作都通过HTTP 接口协议定义的4个方法来实现，通过详细接口服务的设计、开发和描述，而且在系统集成时便于服务的发现和自动匹配。

3 系统结构与功能

3.1 体系结构

图1 系统结构图

3.2 功能要求

（1）资源模型管理模块。针对监控设备的接口、协议、状态、数据类型的异构问题，通过设计的统一、标准、可读的模型进行资源表征，科学合理表示待测参数并丰富数据字典，可以通过模型数据集合，对各类设备进行XML 形式抽象建模。

（2）异构接口数据适配。管控设备的下层数据采集接口类型丰富多样，涵盖UDP、串口、SNMP 等，数据适配主要自动适配不同接口种类，封装成统一化、标准化、通用化的业务资源，用k-v 键值录到资源模型库Map 中，使集成平台可以使用统一资源标识符实现对异构资源的读写操作，功能如图2所示。

（3）动态资源监视服务。综合监视服务是实时对底层提供的天线设备、馈电设备、通信设备、辅助设备等数据、状态、告警信息进行监控，并根据相应个性化配置，系统自动对关键参数的变化情况进行记录，并存储在数据库中。

（4）安全日志管理。安全管理服务对用户的设备控制动作、故障事件进行自动监控及消息推送，并存入数据库中，形式化输出事件信息。该模块贯穿整个系统的功能模块，它具有拦截和过滤功能。对于用户的任何操作，都要进行权限管理、数据安全、操作日志等操作判定。

图2 底层适配服务

（5）数据视图服务。综合展示服务是以可视化拓扑图元形式，对用户提供的数据、状态、告警、报表、日志等展示，展示的具体形式包括图形、列表、文字等形式，该数据视图展示服务也向用户提供个性化定制，使得内容更加丰富直观。

（6）北向服务接口。对外提供北向接口服务，并遵循RESTful Web Service 设计规范，是面向资源的轻量级Web 服务，使用户关心应用层的数据传输服务，通过HTTP 协议访问URI 接口（API）来完成数据请求和响应。

4 系统设计

4.1 资源模型库管理

卫星管控系统所管辖的设备种类和数量庞大，且在后续推广应用中会持续进行扩充变更，所以首先应对资源模型的元信息进行数据建模。基于XML 化的对象资源数据模型能够保证数据模型的可扩展能力，相对于关系型数据存储模式，通过XML 存储数据具有通俗易懂的标注型数据格式、层次分明的数据格式、灵活的数据存储方式、统一标准的兼容等优势。描述一个整站全类资源（对象）需要包含对象的属性、行为和方法等信息，如以下代码：

表1 整站资源对象描述

根据以上代码，可以建立root、type、device 三个类对其进行序列化操作：

表2 资源对象序列化

其次，站内每个资源（对象）的参数也要建立统一格式的数据模型库，主要包括状态参数ID、参数名、参数值、阈值等参数信息。需要注意的是，该数据模型需要包含用户操作和关心的参数描述信息，如下表所示。同时，数据适配层也要对其他状态信息、变化信息的建立统一格式的数据模型。

表3 参数模型

4.2 数据适配层

管控系统在设备和用户之间需采集处理不同厂商的异构数据接口，本文设计了基于任务的数据采集适配服务，不仅要生成系统的“读”接口，还可给用户生成“写”接口。可根据以下原则进行数据适配工作：

（1）对于相同类型的设备，以单例模式创建处理可启动/停止的任务，本文采用基于Quartz 的调度任务，负责采集设备的原始数据信息。

（2）对于设备状态信息，根据标准数据模型，将异构的原始接口（含UDP、串口、SNMP 协议等）信息建立统一格式的可见数据。

（3）对于设备设置参数，可以接受json/XML 等RESTful 规范的明文设置信息，并以及时响应json/XML 格式的信息。

（4）将采集和适配的信息进行分类存储，包含状态信息、参数信息、故障信息、拓扑信息等。

（5）对于原始接口的属性修改、数量扩展等动态改变，要进行实时的更新匹配。

（6）对于设备的设置信息，需要提供写接口，并要求对每个写接口进行相应的RESTful 规范响应信息。

4.3 动态综合监视服务

数据适配通常只负责数据的归纳入库，而综合监视服务是根据设定的规则或用户需求等输入，对相应数据进行动态监测、历史分析、告警监视等分类提供服务，本文总结了以下服务：

（1）设备数据监控管理。与底层适配模块进行监控管理信息交互，对适配数据进行监测、管理、告警等数据监测服务，及时纳入服务层内存缓存和数据库。

（2）关键状态变化监测。根据相应配置，系统可对关键参数设定阈值，自动记录变化情况，并存储在数据库中。

（3）历史数据分析。软件对监测的历史数据进行演变分析，形式化输出统计信息；软件对控制进行监控，并存入数据库中，形式化输出事件信息；软件对故障事件进行监控，并存入数据库中，形式化输出事件信息。

（4）预案计划管理。用户可以从某个预案中选择性编辑、删除设备某个参数，并保存该预案。用户可以选择性下发设备当前参数，或者批量下发预案中保存的设备参数。

（5）推送消息服务。对用户提供定制的数据、状态、告警、报表、日志等json/XML 格式规范的消息。

4.4 服务层接口设计

后端服务中控制器使用RESTful 接口实现API 与用户的资源访问处理，其使用HTTPs 协议。用户请求的url 使用同一个url而用请求方式，包括GET（SELECT），POST（CREATE），PUT（UPDATE），PATCH（UPDATE），DELETE（DELETE），形 成一个统一的接口，其中交互数据格式为轻量级数据，则格式采用JSON 格式化，若为重量级数据，格式采用XML 格式化。

（1）配置管理接口

表4 配置管理API分类1

（2）状态信息接口

表5 配置管理API分类2

（3）告警信息接口

表6 配置管理API分类3

（4）设备参数接口

表7 配置管理API分类4

（5）操作控制接口

表8 配置管理API分类5

（6）历史数据分析接口

表9 配置管理API分类6

（7）规划预案管理接口

表10 配置管理API分类7

基于RESTful 规范的管控系统在北向的任务配置下发和设备状态上报处理上，采用RESTful Service 服务API 接口。针对面向活动和面向资源的不同，采用不同的协议进行任务下发和状态获取。实现站控内部、设备级、上级管控之间的接口交互的标准化，将各种分散的异构资源映射到逻辑参照体系上，并通过定义统一的资源元模型和数据存取接口屏蔽各系统间的数据格式差异，使得站内监控系统与设备接口、上层应用接口之间实现应用与数据接口的统一化、标准化、通用化。

5 结束语

基于RESTful Web 规范的卫星站监控软件按照通用的三层结构设计，底层为协议适配层，中间层为综合监视服务层，顶层为用户表示层，另外还有贯穿系统全局的安全管理层，有连接本系统与其他系统的外部接口和系统内部数据交换的外部接口功能。通过北向接口服务，构建各个类型的功能服务的扩展及构建，使得不同系统生产者和消费者之间能够进行异步数据通信服务，提高了WEB 系统前端后台分离度、异构数据通信的时间、空间的多维松耦合。