摘要：針對目前傳統一體化服務架構的不足，為構建具有分布式、擴展性強以及容錯性高等特點的城市照明控制系統，提出以微服務架構為基本框架搭建系統應用服務平臺。通過分析系統應用服務平臺的設計需求以及微服務架構的特點與優勢，進而制定出完善的服務平臺設計方案。在整個系統中，分別定義出產品、設備、從機、用戶等四個概念，對終端設備和管理人員進行抽象描述，并闡述各個概念之間的相互層級關系以及所對應的系統原型，以達到服務平臺便于對大量設備終端和操作用戶統一管理的目的。該服務平臺采用去中心化設計，具有易于擴展、易于訪問、部署靈活等微服務特性，在提升服務平臺性能的同時，從應用層面提出一種城市照明控制設備管理分散的解決方案。

　　關鍵詞：微服務;城市照明;服務平臺;設備終端

　　0引言

　　隨著城市化規模的不斷擴大和品質要求的不斷提升，以及城市照明范圍和燈具數量的逐漸增加，將城市照明進行有效控制、統一管理尤為重要[1]。目前，國內城市照明控制應用系統多以單體照明系統為主，城市級的各個照明系統管理分散，導致后期的管理與維護較為困難，若能將其接入同一服務平臺統一管理，則問題即可得以解決。服務平臺處于整個控制系統的核心部分，主要是對數據的存儲與智能分析處理提供功能支撐[2]。但現有的服務平臺存在諸多共性弊端。

　　例如，采用整體架構模式設計，所有功能封裝在一個應用系統中，導致系統擴展性差;系統耦合性高、集合度低，程序難以復用與維護，與低耦合高內聚的軟件開發原則相悖[3]。針對上述問題，本文提出基于微服務架構(Micro-ServiceArchitecture，MSA)的服務平臺系統，有助于改善服務平臺性能，創新其構建風格，發揮積極的作用。

　　1微服務架構機制及其特點

　　微服務是一種構建分布式系統的架構風格，將傳統單體結構應用劃分成一組小的服務，每個服務器根據其負責的具體業務職責提煉單一業務功能，由于其均有自己的處理和通信機制，因此可部署在單個以及多個服務器上，同時服務之間相互獨立，采用輕量級通信機制，達到相互協作、互相配合的目的。微服務具有獨立部署和擴展、功能解耦、獨立開發和演化、團隊自治等特點，能夠有效降低應用復雜度、提升復用率、縮短應用開發周期，同時適應資源的彈性伸縮，進而實現提升整體系統穩定性與可用性的目標。

　　2系統服務平臺需求分析

　　目前，現行城市照明通過計算機技術、通信技術、軟件技術和自動化控制技術等實現對分散照明設備的統一管理和自動化控制，進而達到改進控制方式和降低能耗的目的。主要分為四個不同的層級，由上到下依次為應用層、服務平臺層、接入層和物理設備層。應用層針對特定用戶的自身需求，創建相應的實際應用，是整個系統中照明控制設備與用戶交流的窗口。其中，通過應用開發、智能控制為不同用戶提供對照明設備更為方便、直觀的管理方式。服務平臺層可以稱為整個控制系統的核心層，承擔著多設備終端數據匯聚、處理、融合和優化的核心功能，即為系統應用的功能提供技術支撐。

　　具體地，通過服務平臺提供的一系列接口，實現用戶應用和照明設備終端的正常接入，實現上下層的數據傳輸，以達到用戶對照明設備能夠實時檢測與控制的目標。同時，為應用層提供統一的設備終端與用戶管理功能，并提供標準化的統一接口，使得數據傳輸更加簡單直接。接入層是設備層和服務平臺之間通信的橋梁，主要任務是將設備終端采集到的數據通過適當的協議進行轉換，將數據以多種不同的網絡通信方式發送至上層，實現設備終端的接入。

　　物理設備層的主要功能是設備終端信息獲取，包括不同的物理傳感器和數據采集設備。各層之間互相配合，共同搭建物聯網應用框架。為滿足系統結構各層不同的功能，服務平臺的需求主要有以下幾點：(1)照明控制設備能夠通過接入層的統一接入與管理;(2)可對物理設備層上傳的數據進行合理分析，判斷照明設備的運行狀況，進而做出相應的處理，并能夠對數據與處理結果進行存儲，通過應用層供用戶查詢;(3)具備自動化控制功能，實現對照明設備的智能控制。基于上述分析，本文構建一種可實現對不同終端設備進行無縫接入和統一管理的開放式平臺，并且該平臺可對設備終端數據進行實時分析處理與存儲，實現告警檢測、智能控制的功能，以達到遠程監控與節能的目的。

　　3基于微服務架構設計系統服務平臺

　　微服務架構下城市照明控制服務平臺設計的目標是將現有傳統物聯網服務平臺的服務進行劃分和復用，同時整合新服務，建設一個高內聚松耦合可擴展的服務平臺。基于以上準則，采用的基本思想是：將整體功能分解至各個單一的服務中，以實現對解決方案的解耦，即將整體復雜的系統拆分為一系列小且功能專一的微服務，并通過各個服務之間的相互協作構建整體應用系統。

　　3.1系統管理模型介紹

　　實踐中，為便于對照明控制系統中不同的終端設備進行管理，定義用戶、產品、設備、從機四個概念，對終端設備進行抽象描述。(1)用戶是指用戶端的信息;(2)產品是一類設備的統稱，亦可理解為“項目”或“系統”，是對同一類設備的集中化管理;(3)設備通常是對系統中網關的抽象描述，主要用于幫助照明控制設備通過各種聯網方式接入服務平臺，其屬性信息包括設備名稱、MAC、地址等;(4)從機是設備下屬的某一類物理傳感器集合或開關控制設備集合。

　　用戶與設備的關系：每個設備只能有唯一的最高操作權限的用戶，可對設備信息進行增刪改查等操作，稱為設備的“管理員”，而其余用戶可向該設備的管理員發送授權請求，授權成功后只能以“分享者”的角色對設備信息進行查看，不可修改、刪除。產品與設備的關系：每個產品下可包含多個設備，單個設備只能屬于一個產品。

　　設備與從機的關系：為便于對設備數據進行管理，提出“從機”的概念，對設備數據進行適當分類，包括模擬量從機和開關量從機。從機位于設備之下，每個設備可包含多個從機，單個從機只能屬于一個設備。用戶和產品兩者之間沒有直接關系：產品是針對設備生產廠家為便于對設備進行分類管理而產生的概念，同一類設備屬于同一產品，設備生產完成后需在服務平臺中將設備注冊于某一產品下;用戶是針對設備的普通使用者而產生的概念，用戶購買設備后需在平臺中驗證該設備注冊與否，并添加相關設備信息與自身用戶完成綁定。

　　3.2系統平臺設計

　　為方便上述管理模型的實際應用以及對照明設備的智能控制與檢測，在系統服務平臺中將整體服務拆分為多個微服務。其中，設備管理服務用于實現用戶對設備信息的添加與修改等;消息隊列遙測傳輸(MessageQueuingTelemetryTransport，MQTT)服務用于為平臺提供即時通信功能;智能控制服務用于根據用戶提前設定好的時間計劃，智能控制對應開關量的開關狀態等功能。

　　可見，每個服務的功能具體且專一，各自分別完成整個系統的部分功能。服務之間通過協作完成復雜的系列任務，如智能控制服務功能的實現需由設備管理服務查看當前所接入的設備，同時通過從機管理服務查看開關量從機的時間計劃設置情況，智能控制相應設備的開關狀態。根據系統平臺的需求與功能和微服務架構特征。其中，基礎服務層對具有共性業務特征的功能進一步抽取、內聚，形成服務中心，在系統內的多個微服務中共享使用。中間件層主要實現服務的統一管理，為服務間的相互協作運行提供技術支撐。

　　監控層通過對應用、服務、服務調用鏈等進行監控，形成一種對整個微服務系統平穩運行的安全保障機制。業務服務層對系統整體的應用功能進行專業化分工，通過去中心化的服務方式，實現功能解耦。

　　3.3服務平臺工作流程

　　系統中每個服務的功能與數據與其他服務均相互獨立，服務之間采用RESTfulHTTP協議的通信機制，下文通過添加設備信息過程中的具體業務說明微服務架構的工作流程。(1)應用端訪問設備管理服務，攜帶用戶驗證信息(tokenId)和設備信息(包括MAC、設備名稱、地址等)，發起添加設備信息請求;(2)設備管理服務接收到請求后，根據用戶驗證信息(tokenId)訪問用戶管理服務，驗證該用戶信息的合法性;(3)根據應用端請求中的MAC信息訪問產品管理服務，驗證該MAC信息的合法性;(4)驗證通過后，設備管理服務生成deviceId，并在數據庫中添加設備信息;(5)將生成的deviceId告知MQTT服務，用于構成MQTT消息發送與接收的主題號，至此添加設備信息完成。

　　4系統原型實現

　　目前，開源的微服務基礎框架主要有Dropwizard和SpringBoot，兩大框架在實現技術上存在一定的差異[5]。Dropwizard的突出特點是簡單、輕量，但依賴注入不完整，需開發者自行選擇，使得初期開發具有一定的難度。SpringBoot核心有依賴注入，解決大量的配置問題，提供模塊化的依賴管理工作，使其具有自動化配置、快速開發、輕松部署等特性。因此本文選擇SpringBoot作為構建微服務的基礎框架。

　　5結語

　　本文將微服務應用于城市照明控制系統服務平臺，不僅能夠從應用層面解決控制系統中的某些應用問題，而且適用于對開放性、可擴展性需求較高的城市照明控制系統。除此之外，分布式設計易于實現API跨服務通信，容易將多個照明控制系統整合到一個平臺中，實現統一管理，進而從應用、管理、維護等多個角度對城市照明控制系統進行改進。

　　參考文獻

　　[1]劉廷章，王健，楊曉.基于Web的城市景觀照明遠程監控技術研究[J].電氣應用，2009，28(3)：32-35.

　　[2]程冬梅，王瑞聰，劉燕，等.基于REST架構風格的物聯網服務平臺研發[J].計算機工程與應用，2012，48(14)：74-79.

　　[3]吳昌雨，李云松，劉青，等.基于微服務架構的物聯網應用基礎框架設計[J].宿州學院學報，2015，30(7)：88-92.

　　[4]趙善龍，孫婉婷.基于微服務架構的互聯網+農業平臺設計[J].通信管理技術，2017，33(2)：53-55.

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