CN109542583B - 一种基于双总线的虚拟设备管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双总线的虚拟设备管理方法，采用分布式作为整体架构，分层模型作为框架内部结构，在分层模型中，下层为上层提供服务，通过定义清晰的接口进行调用和消息传递；框架整体架构分为框架运行实例和服务总线层，所述框架运行实例内部的层次分为设备抽象层、设备总线层、具体服务层，所述服务总线层位于任意位置，采用分布式数据库实现并进行自动同步，提供对具体设备服务的抽象。本发明采用基于服务总线和设备总线的系统架构后，系统具有极强的抗损毁能力。系统弱化中心节点的作用，既可以单节点自成系统，也可以多节点自组织成系统。同时采用分布式数据服务和分布式数据处理减轻处理中心的压力。

Description

一种基于双总线的虚拟设备管理方法

技术领域

本发明涉及计算机通信技术领域，尤其涉及一种分布式虚拟设备管理与数据交互方法。

背景技术

随着传感器的广泛使用，各种物联网、智慧城市、智慧海洋等基于传感器的应用系统如雨后春笋，在集合大量传感器设备的综合管控系统场景中，可能遇到许多问题，尤其是在分布式系统中，节点多，节点中需要搭载不同设备以满足系统需求。不同的传感器设备或者同种传感器设备不同厂家都有各自业务需求，在设备的接入，数据读写，服务的提供都存在着差异，直接通过应用层与设备交互，开发量大，过多的关注设备的位置、数据传输方式等，不但封装性差，而且占用大量资源，影响系统效率，实时性也较差。面对大量的业务请求，操作不当，很容易引起冲突导致系统故障，如何实现多种设备的统一管理，通过提供的统一接口对设备的数据进行访问，成为急需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种基于双总线的虚拟设备管理方法，针对分布式服务部署存在需要专业管控能力，快速部署能力等特点，本发明提出设备虚拟化、服务虚拟化总线，实现对系统中的各节点和设备的可扩展、可配置和即插即用的能力，实时监测设备状态，可有效解决综合预警系统建设中存在的传感器接入、分布式处理和数据提供等方面的问题。本发明提供了系统的基本的功能，没有任何的业务逻辑，用户可以不需要关心设备和框架、设备之间的交互，只需要关注业务实现即可。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于双总线的虚拟设备管理方法，采用分布式作为整体架构，分层模型作为框架内部结构，在分层模型中，下层为上层提供服务，通过定义清晰的接口进行调用和消息传递；框架整体架构分为框架运行实例和服务总线层，所述框架运行实例内部的层次分为设备抽象层、设备总线层、具体服务层，其中：所述设备抽象层提供对具体设备操作的静态方法，对于同一类型的设备生成相同的动态库供设备总线层调用；所述设备总线层通过设备虚拟化总线在系统中建立统一的设备访问标准，对挂载在节点上的各种设备统一管理，使得数据处理和服务集中在业务流程的处理上；所述具体服务层提供对具体设备的服务，对于不同设备通过调用设备总线层的设备功能接口来提供不同的服务；所述服务总线层位于任意位置，采用分布式数据库实现并进行自动同步，提供对具体设备服务的抽象。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明采用基于服务总线和设备总线的系统架构后，系统具有极强的抗损毁能力。系统弱化中心节点的作用，既可以单节点自成系统，也可以多节点自组织成系统。同时采用分布式数据服务和分布式数据处理减轻处理中心的压力。主要表现在下面一些方面：

1）系统中的数据服务分布在系统的各个节点中，并采用全系统统一的服务总线向应用提供服务。系统中任何一个节点可以访问全系统所有节点提供的数据服务。另外，服务总线可根据预设策略对分布在各节点的数据服务质量进行控制；架构监测各服务节点的带宽等各种影响服务质量的因素，并及时调整服务访问策略保证服务质量。

2）通过设备虚拟化总线在系统中建立统一的设备访问标准，提供统一的设备访问接口，屏蔽设备通信、处理等的细节，使得数据处理和服务能集中在业务流程的处理上。并且由于采用设备总线的方式进行设备管理，因此系统能自动实现对外服务支持即插即用的能力。即当设备在线时相关服务自动生效向外提供服务，设备离线时相关服务自动失效。

3）系统采用开放式标准接口向应用提供服务。系统采用基于SOA方式对应用系统提供服务，同时采用XML的方式向应用提供数据。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为单节点架构；

图2为多节点架构。

具体实施方式

本发明采用分布式作为整体架构，分层模型作为框架内部结构。分层模型中，下层为上层提供服务，通过定义清晰的接口进行调用和消息传递。框架整体架构分为框架运行实例和服务总线。框架运行实例内部的层次，分为设备抽象层、设备总线层、具体服务层。服务总线位于任意位置(包括框架实例)，采用分布式数据库实现并进行自动同步。服务总线是分布式架构的具体体现，可避免单点失效和单点性能瓶颈。

(1)设备抽象层

提供对具体设备操作的静态方法，对于同一类型的设备生成相同的动态库供设备总线层调用，能够实现对设备的查询和控制等功能。主要方法如下：

1）提供连接、关闭设备，设备进行初始化的抽象方法；

2）提供对设备进行读、写数据操作的抽象方法；

3）提供对设备进行I/O控制的抽象方法，包括设备查询和设备控制；

4）提供对设备进行错误查询的抽象方法；

(2)设备总线层

为统一设备访问接口，设计了设备虚拟化总线，通过设备虚拟化总线在系统中建立统一的设备访问标准，屏蔽设备通信、处理等的细节，对挂载在节点上的各种设备统一管理，使得数据处理和服务能集中在业务流程的处理上。

设备虚拟总线自动检查节点中存在的设备，并把对应的设备封装对象挂载到设备虚拟总线上。即当设备在线时相关服务自动生效向外提供服务，设备离线时相关服务自动失效。因此系统能自动实现对外服务支持即插即用的能力。实现对具体设备操作的统一调用，对于不同设备调用不同的设备动态库，提供给服务层。主要方法如下：

1）在软件启动、运行过程中，记录各个环节的重要事件信息，并写到日志文件中，便于软件运行状态追溯与软件问题跟踪；

2）维护设备链表，包括设备链表初始化、查找设备链表的设备信息、更改设备信息功能，实现对设备的挂载和卸载；

3）维护本节点各设备状态，并及时转发给上层系统，包括设备打开和上电、设备关闭和断电、设备错误查询等功能。

4）设备总线层可设置设备的工作模式，并接收上级应用的命令切换系统的工作模式和上电状态；

5）设备总线层对设备的接口进一步进行统一，对上提供单一的设备调用接口，包括对设备进行读、写数据操作抽象功能统一接口，对设备进行I/O断开控制功能接口，设备查询和设备控制；

(3)具体服务层

提供对具体设备服务，对于不同设备通过调用设备总线层的设备功能接口来提供不同的服务。方法如下：

1）软件启动时，启动服务并发布服务；

2）维护服务动态表，包括服务控制动态表初始化、更改设备控制状态、增加设备、为设备添加句柄、相应设备中写入相应服务、释放服务控制动态表、向指定服务的推送列表增加用户、向指定服务的推送列表删除用户等；

3）提供查看服务动态表信息功能，包括查看设备句柄、查看设备是否被控制、查看服务的推送列表、查看用户是否在推送列表中、从服务信息LDAP数据库中取出相应设备的推送服务、查找相应设备名或设备编号的列表索引、查找设备编号是否为指定设备类型等；

4）提供设备具体服务，包括用户的认证和鉴权，以及控制类服务的独占判断等。

(4)服务总线层

提供对具体设备服务的抽象，将具体节点上的设备服务进行一次抽象，即转发，完成一个服务代理的作用。

设计中采用统一的服务总线结构，即所有分布式节点上使用相同的服务总线，每次服务总线的更新都发布给各个节点进行更新。服务总线提供服务检索和发现能力，应用可以通过服务总线对系统中的服务进行检索和发现，迅速查找需要的服务。服务总线具有权限验证能力，可对访问服务的应用进行鉴权。服务总线对应用提出的服务请求进行分类处理。

主要步骤如下：

1）每个节点的服务向服务总线提供服务属性信息完成服务的注册，服务属性信息主要包括：服务名称、服务类型、操作名称和数量、服务的文本描述、WSDL描述、服务的输入和输出等。

2）服务总线将全部节点提供的具体服务全部抽象，屏蔽具体服务，发布给外部客户端调用。

3）根据服务的节点编号参数，查询LDAP中记录的节点信息树，完成对访问服务应用的认证，鉴权功能。

4）查找到相应节点的IP地址以及端口，转发相应服务。对本节点的服务请求直接调用服务，对非本节点的服务请求，分析节点的位置把服务访问转发到相应的节点上。

框架实例中的数据传输通过进程全局资源实现，框架实例与服务总线以及用户与服务总线的接口通信使用TCP或UDP的socket，用户和框架运行实例的通信采用SOAP协议。

下面结合附图对本发明基于双总线的虚拟设备管理方法进行详细说明。

本发明提供通用框架和标准规范可快速实现基于虚拟设备挂载管理和服务提供的分布式平台。

参照图1所示，图1是本发明一个单节点实例的系统结构图。可以分为虚拟设备接入层、设备总线层、服务层、服务总线层、应用层，实现信息从底层设备接入到高层服务提供的功能，各层之间的信息交互方式采用SOA服务、DDS服务或UDP/TCP实现。平台中的层与层之间的信息交互关系并不是严格意义上的上下层调用或交互关系，比如关于传感器的普通数据订阅从设备接入层直接到服务层或应用层，而传感器设备的状态类和特殊控制类信息是从设备接入层到设备总线层，再到服务层或应用层。

传感器设备是真正的感知数据属性的设备，为系统提供原始数据。

虚拟设备接入层、设备总线层、服务层、服务总线层、应用层软件都是动态实例，通过各自标准接口调度各个功能模块或流程：

虚拟设备接入层是为了将真实设备引入到平台中，把传感器设备或者与其相关的处理、工作流按照接入标准封装而进行的一系列的设备抽象，其中包括提供了虚拟设备与主框架之间以及不同虚拟设备之间的数据交互机制。本发明中提供虚拟设备的基本型，用户可依据具体设备在此基础上进行二次开发。

在接入虚拟设备后会自动向设备总线注册虚拟挂载信息。

挂载设备总线层软件通过虚拟设备信息或用户控制来动态管理各虚拟设备软件运行状态；设备总线管理和维护虚拟设备，自动识别设备状态，并把设备状态即时通知上层系统，实现设备即插即用的功能；而且还对系统中的数据进行维护和管理，如当前用户、系统模式、系统当前的电量、电流/电压信息、历史数据查询等。

服务层获取应用层软件中的虚拟设备信息和处理节点信息动态发布相应的服务和数据供平台外的用户调用。

服务总线将节点发布的服务程序进行统一管理，针对用户发送来的请求进行请求分发，送往具体的节点服务层，由具体的服务节点进行响应用户请求。启动服务总线，每加入一个新的服务节点向服务总线进行注册。

服务总线维护一张服务列表，并同各个服务节点保持心跳连接，如果服务宕机则将该服务从列表中删除。

当服务总线接收到用户请求之后，需要对用户的请求进行解析，以判断用户请求的具体服务；在服务列表中查询可以支持用户请求的具体服务节点，如果查询到这样的节点则将请求转发到具体的服务节点，然后由该节点对用户的请求做出具体的响应，如数据推送或完成控制。

服务权限、安全和质量管理对提出服务要求的用户进行权限的审查、安全的管理以及在服务时对质量的控制。

应用层则通过获取用户权限节点配置等信息来动态生成相应的界面供用户查看数据和控制。而单节点管理软件获取和调用上述服务，达到监控数据、监控系统运行情况的目的。通过DDS和SOA方式完成与总线层，服务层交互。

基于设备总线和服务总线的框架就可以快速完成一套系统的交互，我们把这种系统成为单节点模型，它可以自成系统，独立完成所有数据与服务处理功能。

如图2，增加多节点配置，使用相同的一套服务总线完成多节点自组织系统。其中框架实例代表一个节点，系统由多个节点组成，节点之间通过wifi、卫通等方式连接，节点之间的数据也可以进行交互，产生协同工作效果。各节点之间的与服务总线的交互方式与单个处理节点的交互机制相同。用户的合法请求都可以通过任意服务总线被转发到某一节点的服务层响应。系统之间的数据和服务是互通的，任何一个处理节点可以通过挂载虚拟设备的方式来完成对其他分系统数据和服务的处理。

Claims (8)

1.一种基于双总线的虚拟设备管理方法，其特征在于：采用分布式作为整体架构，分层模型作为框架内部结构，在分层模型中，下层为上层提供服务，通过定义清晰的接口进行调用和消息传递；框架整体架构分为框架运行实例和服务总线层，所述框架运行实例内部的层次分为设备抽象层、设备总线层、具体服务层，其中：所述设备抽象层提供对具体设备操作的静态方法，对于同一类型的设备生成相同的动态库供设备总线层调用；所述设备总线层通过设备虚拟化总线在系统中建立统一的设备访问标准，对挂载在节点上的各种设备统一管理，使得数据处理和服务集中在业务流程的处理上；所述具体服务层提供对具体设备的服务，对于不同设备通过调用设备总线层的设备功能接口来提供不同的服务；所述服务总线层位于任意位置，采用分布式数据库实现并进行自动同步，提供对具体设备服务的抽象，包括如下步骤：

1)每个节点的服务向服务总线提供服务属性信息，完成服务的注册；

2)服务总线将全部节点提供的具体服务全部抽象，屏蔽具体服务，发布给外部客户端调用；

3)根据服务的节点编号参数，查询LDAP的节点信息树，完成对访问服务应用的认证，鉴权功能；

4)查找到相应节点的IP地址以及端口，转发相应服务，对本节点的服务请求直接调用服务，对非本节点的服务请求，分析节点的位置把服务访问转发到相应的节点上。

2.根据权利要求1所述的一种基于双总线的虚拟设备管理方法，其特征在于：所述设备抽象层提供的对具体设备操作的静态方法包括：

1)提供连接、关闭设备，设备进行初始化的抽象方法；

2)提供对设备进行读、写数据操作的抽象方法；

3)提供对设备进行I/O控制的抽象方法，包括设备查询和设备控制；

4)提供对设备进行错误查询的抽象方法。

3.根据权利要求2所述的一种基于双总线的虚拟设备管理方法，其特征在于：所述设备总线层对挂载在节点上的各种设备进行统一管理的方法包括：

1)在软件启动、运行过程中，记录各个环节的重要事件信息，并写到日志文件中，便于软件运行状态追溯与软件问题跟踪；

2)维护设备链表，包括设备链表初始化、查找设备链表的设备信息、更改设备信息功能，实现对设备的挂载和卸载；

3)维护本节点各设备状态，并及时转发给上层系统，包括设备打开和上电、设备关闭和断电、设备错误查询功能；

4)设置设备的工作模式，并接收上级应用的命令切换系统的工作模式和上电状态；

5)对设备的接口进行统一，对上提供单一的设备调用接口，包括对设备进行读、写数据操作抽象功能统一接口，对设备进行I/O断开控制功能接口，设备查询和设备控制。

4.根据权利要求3所述的一种基于双总线的虚拟设备管理方法，其特征在于：所述具体服务层提供的服务包括：

1)软件启动时，启动服务并发布服务；

2)维护服务动态表；

3)提供查看服务动态表信息功能；

4)提供设备具体服务，包括用户的认证和鉴权，控制类服务的独占判断。

5.根据权利要求4所述的一种基于双总线的虚拟设备管理方法，其特征在于：所述维护服务动态表的操作包括：服务控制动态表初始化、更改设备控制状态、增加设备、为设备添加句柄、相应设备中写入相应服务、释放服务控制动态表、向指定服务的推送列表增加用户、向指定服务的推送列表删除用户。

6.根据权利要求4所述的一种基于双总线的虚拟设备管理方法，其特征在于：所述提供查看服务动态表信息功能包括：查看设备句柄、查看设备是否被控制、查看服务的推送列表、查看用户是否在推送列表中、从服务信息LDAP数据库中取出相应设备的推送服务、查找相应设备名或设备编号的列表索引、查找设备编号是否为指定设备类型。

7.根据权利要求1所述的一种基于双总线的虚拟设备管理方法，其特征在于：所述服务属性信息包括：服务名称、服务类型、操作名称和数量、服务的文本描述、WSDL描述、服务的输入和输出。

8.根据权利要求1所述的一种基于双总线的虚拟设备管理方法，其特征在于：所述框架运行实例中的数据传输通过进程全局资源实现，框架运行实例与服务总线以及用户与服务总线的接口通信使用TCP或UDP的socket，用户和框架运行实例的通信采用SOAP协议。

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