基于Mule ESB的IOT系統(tǒng)集成平臺

韓麗霞 張占營

（1.天津市西青區(qū)人民檢察院 天津市 300380 2.天津師范大學計算機與信息工程學院 天津市 300387）

從“數字城市”到“平安城市”再到如今的“智慧城市”，以“綠色、智能、安全”為主題的“智慧城市”建設正如火如荼地進行，迅速在中國大地遍地開花[1]?！爸腔巯馈迸c智慧城市的建設可謂相輔相成，通過運用現代高新技術，智慧消防實現了無線報警網絡服務。它解決了電信、建筑、供電、交通等公共設施建設協(xié)調發(fā)展的問題，消防指揮中心與用戶單位聯網，改變了過去傳統(tǒng)、落后和被動的報警、接警、處警方式，實現了報警自動化、接警智能化、處警預案化和管理網絡化，極大地提高了處警速度，使人民生命、財產的安全以及警員生命的安全得到最大限度的保護。

隨著智慧消防信息化建設的不斷推進，信息系統(tǒng)規(guī)模在不斷擴大，各系統(tǒng)之間的關系變得越來越復雜。消防系統(tǒng)信息化是一個漸進的過程,各個應用系統(tǒng)之間互相獨立并且存在較大差異性,所以形成了一個個的“信息孤島”[2]。如何將眾多的“信息孤島”聯系起來，實現對服務通信、硬件和數據等方面集成管理的系統(tǒng)平臺，是智慧消防系統(tǒng)建設的重點也是難點。

在復雜系統(tǒng)建設的過程中，高性能框架的重要性不斷凸顯。2017年11月份，阿里發(fā)布了dubbo-2.5.7，這是繼2017年9月份以來阿里重新推出dubbo 后的第三代更新版本，dubbo 是一個分布式服務框架，致力于提供高性能和透明化的RPC遠程服務調用方案，以及SOA 服務治理方案，它是面向服務的體系架構SOA 時代的產物，關注點主要在于服務的調用，流量分發(fā)、流量監(jiān)控和熔斷。在服務治理的開源框架中，Spring Cloud 框架也相當優(yōu)秀，它誕生于微服務架構時代，關注微服務治理的生態(tài)，依托Spirng Boot 的優(yōu)勢，為開發(fā)人員提供了快速構建分布式系統(tǒng)的一些工具，包括配置管理、服務發(fā)現、斷路器、路由、微代理、事件總線、全局鎖、決策競選、分布式會話等等，考慮到微服務治理的方方面面。

Mule 是一個以Java 為核心的輕量級的消息框架和整合平臺，技術上關注靈活性，高效性以及易開發(fā)性，具有服務中介、數據轉換、消息路由、服務創(chuàng)建和托管的功能。本文以面向服務的體系架構SOA 為理念，基于Mule 提出了一個將硬件、數據和服務統(tǒng)一管理的集成系統(tǒng)平臺，提供可插拔的Web 服務，擴展性強。該平臺框架與dubbo 十分相似，實現了組織內部或跨組織邊界的不同系統(tǒng)的連接，解決了數據源之間的數據和不同應用之間的服務互相交互的問題。本文實現的集成系統(tǒng)平臺不僅是企業(yè)可用于服務的智能化管理中心,而且是企業(yè)內服務使用者與企業(yè)服務交互的統(tǒng)一接口，為智慧消防系統(tǒng)集成提出了新的解決辦法。

1 SOA與ESB

1.1 SOA

圖1：SOA 的基本體系結構

圖2：總體業(yè)務架構

面向服務的體系架構(SOA)，是在分布式的環(huán)境中，將各種功能都以服務的形式提供給最終用戶或者其他服務，這些服務帶有定義明確的可調用接口，可以以定義好的順序調用這些服務來形成業(yè)務流程。SOA 是一種“抽象的、松散耦合的粒度軟件架構”，其核心理念是“重用”和“互操作”，它將資源整合成可操作的、基于標準的服務，使其能被重新組合和應用。SOA 的基本體系結構如圖1所示[3]。

1.2 企業(yè)服務總線ESB

ESB 全稱為Enterprise Service Bus，即企業(yè)服務總線。它是傳統(tǒng)中間件技術與XML、Web 服務等技術結合的產物，負責集成和智能化管理服務。應用程序通過調用ESB 向外暴露出來的服務接口獲得數據，這些接口是標準統(tǒng)一的，然而具體實現則對上層應用程序隱藏，ESB 負責消息傳輸、服務接入、協(xié)議轉換、數據格式轉換，在ESB 內部通過注冊、發(fā)現、調度服務實現數據集成[4]。ESB提供了網絡中最基本的連接中樞，是構筑企業(yè)神經系統(tǒng)的必要元素。ESB 的出現改變了傳統(tǒng)的軟件架構，可以提供比傳統(tǒng)中間件產品更為廉價的解決方案，同時它還可以消除不同應用之間的技術差異，讓不同的應用服務器協(xié)調運作，實現了不同服務之間的通信與整合。從功能上看，ESB 提供了事件驅動和文檔導向的處理模式，以及分布式的運行管理機制，它支持基于內容的路由和過濾，具備了復雜數據的傳輸能力，并可以提供一系列的標準接口。

本文集成系統(tǒng)平臺的實現中，通過Mule ESB 把消防業(yè)務系統(tǒng)集成起來，通過企業(yè)系統(tǒng)就可以利用Mule ESB 訪問各個子系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)被動報警的局限性，極大地提高了處警速度，實現真正的“智慧”消防。

2 關鍵問題

2.1 快速原型模型

在開發(fā)真實系統(tǒng)之前，構造一個原型，在該原型的基礎上，逐漸完成整個系統(tǒng)的開發(fā)工作即快速原型模型，它是增量模型的另一種形式?？焖僭湍Ｐ偷牡谝徊绞墙ㄔ煲粋€快速原型，實現客戶或未來的用戶與系統(tǒng)的交互，用戶或客戶對原型進行評價，進一步細化待開發(fā)軟件的需求。通過逐步調整原型使其滿足客戶的要求，開發(fā)人員可以確定客戶的真正需求是什么；第二步則在第一步的基礎上開發(fā)客戶滿意的軟件產品。

2.2 增量模型

增量模型融合了瀑布模型的基本成分（重復應用）和原型實現的迭代特征，該模型采用隨著日程時間的進展而交錯的線性序列，每一個線性序列產生軟件的一個可發(fā)布的“增量”?？蛻魧γ恳粋€增量的使用和評估都作為下一個增量發(fā)布的新特征和功能，這個過程在每一個增量發(fā)布后不斷重復，直到產生了最終的完善產品。增量模型強調每一個增量均發(fā)布一個可操作的產品。

2.3 可插拔的Web服務

所謂可插拔，意味著給系統(tǒng)添加新功能的時候（或者將原來功能的實現替換成新的實現而保持接口不變），不改變系統(tǒng)已有功能。這樣的可插拔的功能模塊被稱為插件。插件(plugin)的出現可以很好地支持系統(tǒng)的可擴展性(Extensibility)，一個擴展性好的系統(tǒng)意味著很容易替換或者增加某些功能。本文的集成平臺實現可插拔的Web 服務，最大化的降低變化帶來的復雜性，具有強大的擴展能力，尤其針對像 “智慧消防”這樣的系統(tǒng)，系統(tǒng)功能隨著城市發(fā)展在不斷變化，可插拔的Web 服務打破了傳統(tǒng)的對象復用技術、組件復用技術的靜態(tài)性，實現動態(tài)地增、刪業(yè)務功能，為程序維護帶來便利，用戶也具有良好體驗。

3 總體設計

3.1 架構體系

總體架構分為三個主要部分：軟件集成中心、數據集成中心、硬件集成中心。三個主要部分相輔相成，利用外圍中間件、基礎支持框架、數據中心，最終實現系統(tǒng)集成的目的，為智慧城市各子系統(tǒng)建設提供基礎保障。總體業(yè)務架構如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)原理

整個系統(tǒng)可劃分成數據集成中心、軟件集成中心、硬件集成中心、系統(tǒng)集成這幾部分。其中，數據集成中心主要負責數據的轉換、整合、處理等工作；軟件集成中心負責ESB 服務器的監(jiān)視和控制、權限數據的設置以及應用的構建和發(fā)布，所有權限控制和數據流轉由ESB 服務器實現；硬件集成中心負責集成物聯網數據，數據由ESB 應用中的服務流程接入；系統(tǒng)集成由應用中的服務流程完成。系統(tǒng)原理如圖3所示。

3.3 系統(tǒng)結構

圖3：系統(tǒng)原理

圖4：部署圖

圖5：用戶組操作模塊結構

圖6：服務器管理模塊結構

圖7：構建數據集成器模塊結構

SIP 系統(tǒng)由以下部分組成：

（1）SIP 服務器/集群（多臺）；

（2）SIP-CONSOLE 服務器（單一）；

（3）數據庫（單一）；

部署圖如圖4所示。

4 系統(tǒng)功能

該集成系統(tǒng)平臺主要有以下幾個功能：平臺管理、ESB 服務器管理與監(jiān)控、應用管理、服務管理以及數據源管理。

4.1 平臺管理

平臺管理主要實現用戶及用戶組的增、刪、改、查功能。通過接口即用戶或者用戶組管理頁面，將所有參數、權限輸入到頁面上，頁面通過控制層，最終與用戶或用戶組業(yè)務層取得聯系，從而實現對數據庫的操作。以用戶組的操作為例，其模塊結構如圖5所示。

4.2 ESB服務器管理與監(jiān)控

ESB 服務器管理包括兩大方面，第一，對服務器進行增加、展示、移除以及操作，控制某服務器是否加入集群。通過服務器管理頁面，用戶只需要對所有功能進行可視化操作，方便快捷，無需了解具體實現步驟，達到了很好地用戶體驗。第二，對服務器的監(jiān)控功能，該平臺實現了對服務器統(tǒng)一管理的功能，在服務器管理頁面上，可以獲得各個服務器的狀態(tài)信息、圖表項、服務器所在虛擬機各項狀態(tài)信息以及系統(tǒng)各項狀態(tài)信息。其模塊結構如圖6所示。

4.3 應用管理和服務管理

應用管理功能實現了軟件的集成管理，在應用包管理界面，實現對應用的發(fā)布、卸載、展示等功能。

服務管理功能通過參數和腳本、pattern lib 快速構建服務，提供服務報文的快捷轉換。還可以在服務管理頁面中展示接口，并控制該服務和服務中接口的啟動和停止。除此之外，還特別設計了服務安全管理，即對用戶的權限進行設定，當用戶滿足條件時，為用戶生成CA 證書并且下載證書包。

4.4 數據源管理

基于Mule 技術，簡化了不同數據源之間的數據交互。除此之外，該平臺還實現了數據抽取與預處理功能，在數據模型管理頁面上，將抽象的數據模型展示給用戶，或者進行新增、編輯、刪除、構建等操作。在數據集成器管理頁面，通過展示數據集成器，可以發(fā)現是否存在數據轉換腳本異常、數據來源連接異?；蛘呦到y(tǒng)運行異常等。下面以構建數據集成器為例，其模塊結構如圖7所示。

5 系統(tǒng)接口

系統(tǒng)接口的實現將使平臺可以達到跨語言，跨硬件，跨網絡環(huán)境等特性，大大提高系統(tǒng)的可用性和擴展性。

本系統(tǒng)統(tǒng)一采用JSON 作為數據傳輸格式。它是一種輕量級的數據交換格式。JSON 采用完全獨立于語言的文本格式，但是也使用了類似于C 語言家族的習慣。這些特性使JSON 成為理想的數據交換語言。易于人閱讀和編寫，同時也易于機器解析和生成(網絡傳輸速度快)。

本系統(tǒng)使用CXF Webservice 開源框架，發(fā)布RESTful 風格的Webservice。REST 指的是一組架構約束條件和原則。滿足這些約束條件和原則的應用程序或設計就是 RESTful。Web 應用程序最重要的 REST 原則是，客戶端和服務器之間的交互在請求之間是無狀態(tài)的。從客戶端到服務器的每個請求都必須包含理解請求所必需的信息。如果服務器在請求之間的任何時間點重啟，客戶端不會得到通知。此外，無狀態(tài)請求可以由任何可用服務器回答，這十分適合云計算之類的環(huán)境?？蛻舳丝梢跃彺鏀祿愿倪M性能。

在服務器端，應用程序狀態(tài)和功能可以分為各種資源。資源是一個有趣的概念實體，它向客戶端公開。資源的例子有：應用程序對象、數據庫記錄、算法等等。每個資源都使用 URI (Universal Resource Identifier) 得到一個唯一的地址。所有資源都共享統(tǒng)一的接口，以便在客戶端和服務器之間傳輸狀態(tài)。使用的是標準的 HTTP方法，比如 GET、PUT、POST 和 DELETE。Hypermedia 是應用程序狀態(tài)的引擎，資源表示通過超鏈接互聯。

Mule 開發(fā)用的是Anypoint Studio，它是一個功能強大、用戶界面友好的基于Eclipse 的開發(fā)工具。使用統(tǒng)一工具設計和實施 API，以圖形或 XML 形式構建、編輯、記錄和調試集成，簡化數據映射和轉換，完全支持從構建到部署的整個過程，使用預構建組件快速啟動集成。

groovy 是一種類似java 的語言，也是用eclipse 開發(fā)，該平臺利用groovy 編寫，把數據轉接適配模板化，系統(tǒng)擴展時只需要針對具體數據結構創(chuàng)建新的javabean 并編寫新的groovy 文件，即可以擴展新的數據源。

下列是系統(tǒng)中用的groovy 模板之一。

import com.sip.transformer.util.BeanConvertor;

import com.sip.transformer.bean.DBParamForInsertion;

import org.mule.module.xml.transformer.XmlToObject;

import com.sip.di.datamodel.DataTable;

def XmlToObject=new XmlToObject();

XmlToObject.addAlias("DataTable",DataTable.class);

XmlToObject.getXStream().omitField(Object.class,"xs:schema")

XmlToObject.getXStream().autodetectAnnotations(true);

return XmlToObject.transformMessage(message,"utf-8");

6 結束語

在復雜系統(tǒng)平臺如智能消防系統(tǒng)的設計過程中，發(fā)布服務和注冊服務都是很重要的，通過把服務注冊到Mule ESB 中，隱藏了底層服務的實現細節(jié)，上層應用只需調用Mule ESB 中暴露的接口就可以了。Mule ESB 負責協(xié)議轉換、數據格式轉換、服務路由等一系列繁瑣的事情。

通過使用Mule ESB 實現消防系統(tǒng)的系統(tǒng)集成，采用面向服務的架構，將易變的業(yè)務流程（業(yè)務）與相對穩(wěn)定的業(yè)務職能（服務）分開，通過服務將系統(tǒng)與業(yè)務系統(tǒng)之間進行解耦，同時也實現了業(yè)務系統(tǒng)之間形成松散結構，所以即便是未來消防業(yè)務的某些方面發(fā)生了變化，該平臺也能夠很好地適應，達到快速響應的目的。