CN110058900A - 基于可插拔组件框架的数据传输服务系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于可插拔组件框架的数据传输服务系统，包括：预处理工具模块、可插拔组件框架模块和可插拔传输服务组件模块，预处理工具模块根据用户编写的IDL格式或者XML格式的消息对象模型文件生成传输消息对象的消息数据结构文件，使其转换成传输服务系统可以识别和传输的格式，同时根据不同消息对象传输需求编写传输服务组件需要的配置文件数据，可插拔组件框架模块从配置文件数据中解析得到配置信息，可插拔传输服务组件模块根据配置信息调用相应的传输服务管理组件和传输协议组件进行消息处理和传输。本发明能够跨平台、可移植、可扩展，支持多种消息传输协议且在运行时可以动态使用多种传输协议的消息传输服务系统，提高开发速度，同时降低不同系统和传输协议集成的成本，提高应用迭代效率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种信息处理领域的技术，具体是一种基于可插拔组件框架的数据传输服务系统。
背景技术
随着工业4.0概念和物联网技术发展深入到当今社会的各个领域，以及《中国制造2025》规划的提出，大量信息化设备和智能化传感器应用到人们生活的各个方面，其获取的海量数据可以使用边缘计算来得到快速传输和处理。边缘计算在更靠近数据的地方处理和传输数据，不仅可以节省成本，降低云计算节点的数据处理负担，还可以降低网络传输瓶颈，减少数据延迟时间。
边缘计算的首要任务是各种硬件设备间的数据传输问题，但当前边缘计算所面对的硬件设备系统是一个由多种平台和环境组成的相互关联和制约的复杂系统，许多设备数据传输方式单一且没有统一的规范，将新的硬件或者软件集成到现有系统中的成本也居高不下，系统功能很难得到扩展，开发周期也会不断延长。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于可插拔组件框架的数据传输服务系统，能够跨平台、可移植、可扩展，支持多种消息传输协议且在运行时可以动态使用多种传输协议的消息传输服务系统，提高开发速度，同时降低不同系统和传输协议集成的成本，提高应用迭代效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：预处理工具模块、可插拔组件框架模块和可插拔传输服务组件模块，其中：预处理工具模块根据用户编写的IDL格式或者XML格式的消息对象模型文件生成传输消息对象的消息数据结构文件，使其转换成传输服务系统可以识别和传输的格式，同时根据不同消息对象传输的需求编写配置管理服务使用的配置文件数据，可插拔组件框架模块从配置文件数据中解析得到配置信息，可插拔传输服务组件模块根据配置信息调用相应的传输服务管理组件和传输协议组件进行消息处理和传输。
所述的消息数据结构文件包括若干接口函数，具体如：初始化连接(initialize_connection)、创建连接(create_connection)、发送消息(send_message)、接收消息(recv_message)、关闭连接(close_connection)。当传输服务系统使用不支持重载的语言(如C语言)开发时，还需要根据特定传输消息对象，生成特定名称的发送和接受消息函数，如发送名为GPS的传输消息对象时，需要生成send_message_GPS和recv_message_GPS函数，防止与传输其他消息对象的函数名冲突。
所述的配置文件数据包括若干传输服务系统的参数，具体如：连接名称(Connection Name)、连接类型(Connection Type)、连接方向(Connection Direction)、连接最大消息大小(Max Message Size)、源地址(Source)、目的地址(Destination)、源端口(Source Port)、目的端口(Destination Port)。
所述的配置信息包括：连接名称是指与传输消息对象的连接名称，标志该连接的唯一参数；连接类型是指连接的类型，例如套接字、共享内存、队列/采样端口、DDS等；连接方向是指当前连接消息对象的传输方向，如发送消息对象或接收消息对象；连接最大消息大小是指连接所允许传输消息对象数据大小的最大值；源地址是指消息对象发送的地址；目的地址是指消息对象接收的地址；源端口是指消息对象发送的端口；目的端口是指消息对象接收的端口。
所述的IDL格式，即接口定义语言(Interface Definition Language)，其属于CORBA规范且提供通用数据类型以定义更为复杂的数据类型，通过使用IDL文件定义消息对象，可以生成多种语言、多种平台的消息对象格式。
所述的XML格式，即可扩展标记语言(Extensible Markup Language，XML)，其属于标记语言，通过XML格式编写配置文件信息以更清晰地体现配置项的层次，还可以根据标准设置schema，在使用前验证配置信息是否符合要求。
所述的可插拔组件框架模块包括：可插拔组件框架适配单元和可插拔组件框架单元，其中：可插拔组件框架适配单元与可插拔组件框架单元相连并通过服务管理适配器调用可插拔组件框架单元中的服务；可插拔组件框架单元与可插拔传输服务组件模块相连并为可插拔传输服务组件模块中的组件提供运行环境。
所述的可插拔组件框架单元内进一步设有用于管理组件的运行周期的组件生命周期管理服务，即在运行时管理可插拔框架组件的服务，如安装(install)、启动(start)、停止(stop)、卸载(uninstall)、更新(update)组件调用，实现传输服务组件的热插拔功能。
所述的可插拔组件框架适配单元包括：框架服务接口(API)和基于多种可插拔组件框架的接口服务实现的接口服务适配器，其中：框架服务接口包括：配置管理接口、组件生命周期管理接口、传输服务接口、健康管理接口；接口服务适配器将多种框架的相应专有服务接口转换成通用的接口，降低组件之间的耦合性，接口服务适配器包括：配置管理服务适配器、组件生命周期管理服务适配器、传输服务组件适配器和健康管理服务适配器。
所述的可插拔组件框架单元是支持可插拔组件的框架，如OSGI框架，其中包含：由各个业务逻辑组件根据需求分别编写的用于配置管理服务的配置管理文件、用于组件生命周期管理服务的配置管理文件以及用于状态日志存储服务及健康管理服务的配置管理文件。
所述的配置管理服务首先预处理配置文件数据，然后根据需要解析配置文件，完成初始化配置过程。
所述的根据配置信息调用相应的传输服务管理组件和传输协议组件进行消息处理和传输是指：配置管理服务组件模块读取并解析配置管理文件中的数据，用户将传输消息连接配置、QoS功能配置、消息关联功能配置、数据转换功能配置等配置项中的一个或多个确定内容并写入配置文件，配置管理服务读取配置文件数据后，根据需要解析出相应的配置项并初始化配置信息。
所述的状态日志存储服务是指：可插拔组件框架组件运行的状态及日志信息获取和保存的服务，由组件生命周期管理服务使用，以便运维人员了解和管理框架组件运行状态。健康管理服务可以在业务逻辑组件调用可插拔框架组件时，及时反馈在运行中出现的错误、警告、异常等情况，以便业务逻辑组件根据组件健康情况，进行动态调整。
所述的可插拔传输服务组件模块包括：传输服务管理组件单元和集合多种传输协议组件的传输协议组件单元，其中：传输服务管理组件单元与传输协议组件单元相连并传输经传输服务管理组件单元中的组件处理后的消息对象数据。
所述的可插拔传输服务组件模块中的组件通过组件生命周期管理服务管理，根据指令在运行时将组件在框架中安装和启动服务，在组件服务完成后，又可以从框架中拔出甚至卸载，降低运行时资源使用。当需要新增支持的传输协议组件或传输服务管理组件时，只需要根据操作系统和框架接口规范开发传输服务组件，不需要关心业务逻辑组件的实现，降低组件间的耦合度和开发难度，提高组件的可移植性和跨平台能力。
传输服务管理组件单元在消息连接建立后对消息对象进行可选的操作，操作是否进行取决于用户在配置文件中是否配置相应的配置项。
所述的传输服务管理组件单元内设有：用于解决网络延迟和阻塞的服务质量(QoS)功能组件、消息关联功能组件、模式转换功能组件和数据转换功能组件，其中：QoS功能组件在网络过载或拥塞时能确保重要数据不受延迟或丢弃，消息关联功能组件对相关联的消息对象同步传输，模式转换功能组件根据双方消息传输的模式转换为对应的消息模式和协议模式，数据转换功能组件对类型不匹配的数据进行显式线性数据转换和数据序列化。
当业务逻辑组件根据配置管理信息通过传输服务接口选择相应模块进行消息传输。传输协议组件是用户基于操作系统和相应可插拔框架标准接口规范，根据数据传输需求开发。
传输协议组件单元中的传输组件目前支持套接字、共享内存、队列/采样端口、DDS(Data Distribution Service)主流传输协议。
技术效果
与现有技术相比，本发明与现有的数据传输服务系统相比，本发明着力于实现基于可插拔组件框架的跨平台可扩展可移植的数据传输服务系统，通过规范用户的消息传输接口接口，屏蔽底层多种传输协议和操作系统的细节要求，实现了在运行时可插拔使用的组件功能模块，使传输服务系统具有良好的可扩展性和可移植性。经过具体实践证明，该数据传输服务系统可以使应用开发者专注于应用逻辑开发，降低消息传输复杂度，降低硬件设备系统集成难度，增强传输服务系统可扩展性，提高开发效率和系统整合效率。目前该传输服务系统支持基于POSIX、ARINC 653标准的操作系统，以及Windows操作系统等。
附图说明
图1为本发明系统示意图。
具体实施方式
本发明的实验部署在一台基于Windows 10操作系统的电脑中，使用Java 1.8和eclipse4.7.1a版本，eclipse内置基于OSGi标准的框架Equinox，作为可插拔组件框架单元，管理可插拔传输服务组件模块中的组件。
如图1所示，为本实施例涉及的一种基于可插拔组件框架的数据传输服务系统，其中包含：预处理工具模块、可插拔组件框架模块、可插拔传输服务组件模块以及业务逻辑组件A和B，可插拔组件框架模块包括可插拔组件框架单元和可插拔组件框架适配单元，可插拔传输服务组件模块包括传输服务管理组件单元和传输协议组件单元，其中：预处理工具模块根据用户编写的IDL或者XML格式的消息对象模型文件生成传输消息对象的消息数据结构文件，可插拔组件框架模块根据业务逻辑组件的接口管理可插拔传输服务组件模块中的组件调用，通过配置管理服务解析配置文件数据并得到配置信息，传输服务管理组件单元根据配置信息，调用相应的传输服务管理组件和传输协议组件进行消息处理和传输。
所述的业务逻辑组件是指调用该传输服务系统接口进行传输数据对象的上层应用组件。业务逻辑组件由用户进行开发，通过调用传输服务系统接口，控制数据对象的传输。本实施例包括业务逻辑组件A和业务逻辑组件B，业务逻辑组件A发送基于传输消息数据模型MM生成的消息数据MD到业务逻辑组件B。
所述的预处理工具模块是对传输消息数据模型文件进行预处理，生成消息对象消息数据结构文件，使其转换成传输服务系统可以识别和传输的形式。预处理工具模块在传输服务系统启动之前对消息对象进行预处理，用户需要根据消息传输需要，对传输消息数据模型MM编写相应的IDL或者XML格式的消息数据模型文件IF1，预处理工具读取消息数据模型文件IF1并解析，生成与消息对象模型对应的、且与编程语言和数据类型绑定的消息数据结构文件OF1，同时，用户需要根据消息传输的需要填写配置参数，生成消息传输配置文件OF2，以便业务逻辑组件调用传输服务时使用。
所述的可插拔组件框架模块包括可插拔组件框架适配单元和可插拔组件框架单元。业务逻辑组件A首先调用可插拔组件框架适配单元中的配置管理接口，经由对应的接口服务适配器调用可插拔组件框架中的配置管理服务，读取并解析框架服务及传输服务组件的配置文件数据，得到相应的配置信息。然后根据传输服务需求，调用组件生命周期管理接口，经由组件生命周期管理服务适配器，调用可插组件框架单元中的组件生命周期管理服务，管理可插拔组件的安装、启动、运行、停止、卸载、更新等功能，同时，调用健康管理接口监控框架及组件的运行状态。当需要启动的组件启动完毕，再调用传输服务接口，将消息数据MD和相应配置信息经由传输服务组件适配器，调用可插拔传输服务组件模块中启用的组件服务，进行消息数据传输。当需要在运行时动态改变传输方式，可再通过组件生命周期管理接口进行组件的热插拔。业务逻辑组件B接收消息的步骤与A一致。
所述的可插拔传输服务组件模块包括传输服务管理组件单元和传输协议组件单元。传输服务管理组件单元是在消息连接建立后，传输消息数据MD之前，对消息数据MD进行可选的操作，操作是否进行取决于用户在配置文件中是否配置相应的配置项。通过读取配置信息，可选功能模块可以完成QoS功能、消息关联功能、模式转换功能和数据转换功能等功能。传输协议组件单元是多种传输协议组件的集合，根据配置管理信息选择相应模块传输消息数据MD。传输协议组件接收经过可选功能模块处理的消息流，根据配置信息，选择套接字、共享内存、队列/采样端口、DDS等传输协议中的一种，调用该传输协议的接口，进行消息传输。传输协议组件单元除了支持已实现的传输协议以外，还可以通过扩展和封装其他传输协议，对上层屏蔽传输协议的底层细节，增加对其他传输协议的支持，是可扩展性的重要体现。
与现有传输服务系统相比，本发明方便了对消息对象的抽象和规范了消息传输接口，通过配置文件来控制消息对象的传输，提高了系统的易用性和业务逻辑组件的开发效率；采用支持主流操作系统的、有成熟标准的可插拔组件框架，提高了系统的可移植性和跨平台能力；同时，基于标准的可插拔组件框架而开发的可插拔传输服务组件，屏蔽底层传输协议和平台的细节实现，实现了多种传输服务协议，提高了系统的实用性和可扩展性，提高了用户的开发效率，方便了用户使用。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (8)
1.一种基于可插拔组件框架的数据传输服务系统，其特征在于，包括：预处理工具模块、可插拔组件框架模块和可插拔传输服务组件模块，其中：预处理工具模块根据用户编写的IDL格式或者XML格式的消息对象模型文件生成传输消息对象的消息数据结构文件，使其转换成传输服务系统识别和传输的格式，同时根据不同消息对象传输的需求编写配置管理服务使用的配置文件数据，可插拔组件框架模块从配置文件数据中解析得到配置信息，可插拔传输服务组件模块根据配置信息调用相应的传输服务管理组件和传输协议组件进行消息处理和传输；
所述的消息数据结构文件包括若干接口函数；
所述的配置文件数据包括若干传输服务系统的参数；
所述的配置信息包括：连接名称是指与传输消息对象的连接名称，标志该连接的唯一参数；连接类型是指连接的类型；连接方向是指当前连接消息对象的传输方向；连接最大消息大小是指连接所允许传输消息对象数据大小的最大值；源地址是指消息对象发送的地址；目的地址是指消息对象接收的地址；源端口是指消息对象发送的端口；目的端口是指消息对象接收的端口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的可插拔组件框架模块包括：可插拔组件框架适配单元和可插拔组件框架单元，其中：可插拔组件框架适配单元与可插拔组件框架单元相连并通过服务管理适配器调用可插拔组件框架单元中的服务；可插拔组件框架单元与可插拔传输服务组件模块相连并为可插拔传输服务组件模块中的组件提供运行环境。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的可插拔组件框架单元内进一步设有用于管理组件的运行周期的组件生命周期管理服务。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的可插拔组件框架适配单元包括：框架服务接口和基于多种可插拔组件框架的接口服务实现的接口服务适配器，其中：框架服务接口包括：配置管理接口、组件生命周期管理接口、传输服务接口、健康管理接口；接口服务适配器将多种框架的相应专有服务接口转换成通用的接口，降低组件之间的耦合性，接口服务适配器包括：配置管理服务适配器、组件生命周期管理服务适配器、传输服务组件适配器和健康管理服务适配器；
所述的可插拔组件框架单元是支持可插拔组件的框架，包含：由各个业务逻辑组件根据需求分别编写的用于配置管理服务的配置管理文件、用于组件生命周期管理服务的配置管理文件以及用于状态日志存储服务及健康管理服务的配置管理文件。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征是，所述的状态日志存储服务是指：可插拔组件框架组件运行的状态及日志信息获取和保存的服务，由组件生命周期管理服务使用，以便运维人员了解和管理框架组件运行状态，健康管理服务在业务逻辑组件调用可插拔框架组件时，及时反馈在运行中出现的错误、警告、异常情况，以便业务逻辑组件根据组件健康情况，进行动态调整。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的根据配置信息调用相应的传输服务管理组件和传输协议组件进行消息处理和传输是指：配置管理服务组件模块读取并解析配置管理文件中的数据，用户将传输消息连接配置、QoS功能配置、消息关联功能配置、数据转换功能配置配置项中的一个或多个确定内容并写入配置文件，配置管理服务读取配置文件数据后，根据需要解析出相应的配置项并初始化配置信息。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征是，所述的可插拔传输服务组件模块包括：传输服务管理组件单元和集合多种传输协议组件的传输协议组件单元，其中：传输服务管理组件单元与传输协议组件单元相连并传输经传输服务管理组件单元中的组件处理后的消息对象数据；
所述的可插拔传输服务组件模块中的组件通过组件生命周期管理服务管理，根据指令在运行时将组件在框架中安装和启动服务，在组件服务完成后，进一步从框架中拔出甚至卸载，降低运行时资源使用，当需要新增支持的传输协议组件或传输服务管理组件时，只需要根据操作系统和框架接口规范开发传输服务组件，不需要关心业务逻辑组件的实现，降低组件间的耦合度和开发难度，提高组件的可移植性和跨平台能力；
所述的传输服务管理组件单元在消息连接建立后对消息对象进行可选的操作，操作是否进行取决于用户在配置文件中是否配置相应的配置项。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征是，所述的传输服务管理组件单元内设有：用于解决网络延迟和阻塞的服务质量功能组件、消息关联功能组件、模式转换功能组件和数据转换功能组件，其中：QoS功能组件在网络过载或拥塞时能确保重要数据不受延迟或丢弃，消息关联功能组件对相关联的消息对象同步传输，模式转换功能组件根据双方消息传输的模式转换为对应的消息模式和协议模式，数据转换功能组件对类型不匹配的数据进行显式线性数据转换和数据序列化。
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