CN113254145B - 一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法 - Google Patents

一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，包括以下步骤：获取人机物融合应用模型；检索动作代理；对于未检索到对应动作代理的资源动作，构造动作代理后，生成容器镜像；拉取动作代理容器镜像并将其部署至人机物融合运行环境中；对消息主题订阅部分、完成消息发布部分、资源绑定策略进行定制。与现有技术相比，本发明基于微服务架构构造与资源动作相对应的动作代理，在人机物运行环境中采用容器编排方式部署动作代理的容器镜像，并定制动作代理，从而构造出基于微服务架构的应用执行形态，保障应用所涉及资源的按需、有序协作；可提供自动化的人机物融合应用运行支撑，降低部署、执行人机物融合应用的难度。

Description

一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法
技术领域
本发明涉及软件工程与泛在计算技术领域，尤其是涉及一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法。
背景技术
随着信息与通信技术(ICT，information and communications technology)的不断发展和成熟，来自于社会、信息、物理三元空间的资源能够融合在一起，以人机物融合应用的方式满足人们日益增长的需求。在人机物融合应用的运行过程中，需要支撑资源间的按需、正确、稳定的协作。
在软件工程与泛在计算技术领域，“软件定义一切”使得人机物资源的服务能够通过软件的方式被调用，通过消息的方式表征资源服务的完成。但是，由于现实世界中资源间的协作一般是松耦合的，因此在软件中，集中式的资源协作编排会降低应用的灵活性和效率。另一方面，资源实例在运行时的选择也依赖于时间、空间等多个维度的约束。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，微服务体系架构风格将大型复杂软件系统分解成一组独立运行、以轻量级通信机制进行交互的相对较小的服务，微服务所倡导的诸如单一责任、服务平等、松耦合协作等原则，以及异步消息通信等机制能够符合人机物融合应用中资源协作的特点，当前，仍然缺少遵循微服务架构风格来支撑人机物融合应用运行的相关工作。本发明基于预先给定的人机物融合应用模型，基于微服务架构构造与资源动作相对应的动作代理并将动作代理进行容器化封装后上传至动作代理容器镜像仓库，在人机物运行环境中采用容器编排方式部署动作代理的容器镜像，并定制动作代理的消息订阅与发布和资源绑定策略，从而构造出基于微服务架构的应用执行形态，保障应用所涉及资源的按需、有序协作；可提供自动化的人机物融合应用运行支撑，降低部署、执行人机物融合应用的难度。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，包括以下步骤：
S1：获取待执行的人机物融合应用模型，所述人机物融合应用模型是人机物融合应用的描述，用于刻画场景中资源之间的协作，包括资源动作、动作关联和绑定约束；
S2：读取人机物融合应用模型并抽取其中的资源动作，在动作代理容器镜像仓库中检索与各个资源动作相对应的动作代理，所述动作代理是基于微服务架构的逻辑单元，如果找到所有的资源动作所对应的动作代理，则执行步骤S5，否则，执行步骤S3；
S3：对于未在动作代理容器镜像仓库中检索到对应动作代理的资源动作，基于动作代理模板以服务化的方式构造与所述资源动作相对应的动作代理，所述动作代理包括资源实例配置接口，以及用于消息主题订阅部分、完成消息发布部分和资源绑定策略部分的定制接口；
S4：封装并生成动作代理的容器镜像，并将容器镜像上传至动作代理容器镜像仓库；
S5：对于每一个资源动作，分别自动作代理容器镜像仓库中拉取与资源动作相对应的动作代理容器镜像并将其部署至用于运行人机物融合应用的人机物融合运行环境中，在完成部署的动作代理中集成与资源动作相对应的资源实例的服务调用与事件回调关联；
S6：基于人机物融合应用模型中的动作关联对动作代理的消息主题订阅部分与完成消息发布部分进行定制，基于人机物融合应用模型中的绑定约束对动作代理的资源绑定策略部分进行定制。
进一步的，在人机物融合应用模型中，所述资源动作即人机物融合应用模型所涉及的资源以及所述资源的相应的动作完成事件；所述动作关联即不同资源之间的协作，具体为前一资源的事件与后一资源的动作之间的驱动关系；所述绑定约束即在人机物融合应用的运行阶段中，人机物融合运行环境中的资源实例的绑定条件。
进一步的，所述动作代理是基于微服务架构的逻辑单元，包括代理执行引擎，所述代理执行引擎在订阅并接收到资源动作的请求后，基于资源绑定策略动态选择并调用与资源动作相对应的资源实例的服务，在接收到资源实例的完成事件后将完成消息发送至与后续资源动作相关的动作代理。
进一步的，步骤S3中，构造动作代理具体为：
获取一个在动作代理容器镜像仓库中未检索到对应动作代理的资源动作，按照动作代理模板生成动作代理，并根据该资源动作对生成的动作代理进行命名。
进一步的，步骤S4中，封装并上传动作代理的容器镜像具体为：
以容器化的方式封装动作代理，生成动作代理的容器镜像，设定容器镜像的名称和版本标签；将封装完成的容器镜像上传至动作代理容器镜像仓库。
更进一步的，所述动作代理容器镜像仓库是部署在本地局域网内的镜像仓库。
更进一步的，所述动作代理容器镜像仓库是部署在公众网内的公共镜像仓库。
进一步的，步骤S5中，将动作代理容器镜像部署至人机物融合运行环境中包括以下步骤：
S51：获取资源动作，自动作代理容器镜像仓库中拉取与资源动作相对应的动作代理容器镜像；
S52：采用容器编排方式在人机物运行环境中部署动作代理容器镜像，得到动作代理的地址；
S53：在人机物运行环境中的消息中间件中添加消息主题，得到消息主题的地址；
S54：通过动作代理的资源实例配置接口，连接人机物运行环境中与资源动作相对应的资源实例。
更进一步的，步骤S54中，连接资源实例具体为：
对于一个资源动作，自人机物融合运行环境中查找与该资源动作相对应的资源实例，获取资源实例中与该资源动作相对应的服务的访问地址；利用动作代理的资源实例配置接口关联资源实例的服务的访问地址，并关联资源实例的动作完成事件回调。
进一步的，步骤S6中，对动作代理进行定制具体为：当在人机物运行环境中完成所有的动作代理容器镜像的部署后，获得动作代理的地址和消息主题的地址；针对每一个动作代理，利用消息主题订阅部分的定制接口配置该动作代理所订阅的消息主题的地址；根据人机物融合应用模型中的动作关联，利用完成消息发布部分的定制接口配置该动作代理所需发送的目标消息主题地址；根据人机物融合应用模型中的绑定约束，利用资源绑定策略部分的定制接口在动作代理的资源绑定策略中加入约束条件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)基于预先给定的人机物融合应用模型，基于微服务架构构造与资源动作相对应的动作代理并将动作代理进行容器化封装后上传至动作代理容器镜像仓库，在人机物运行环境中采用容器编排方式部署动作代理的容器镜像，并定制动作代理的消息订阅与发布和资源绑定策略，从而构造出基于微服务架构的应用执行形态，保障应用所涉及资源的按需、有序协作；可提供自动化的人机物融合应用运行支撑，降低部署、执行人机物融合应用的难度。
(2)先在动作代理容器镜像仓库中检索与各个资源动作相对应的动作代理，对于未找到对应动作代理的资源动作构造和容器化封装动作代理，并将容器镜像上传至动作代理容器镜像仓库，否则直接使用检索得到的容器镜像，从而提高部署的效率。
(3)实现了在人机物运行环境中自动化的动作代理部署，并在动作代理中集成了与资源动作相对应的资源实例的服务调用与事件回调关联，从而构造功能完整的承担人机物融合应用中某一阶段任务的逻辑单元。
(4)获取动作代理的地址和消息主题的地址，实现自动化的动作代理的消息交互和资源绑定策略的定制，降低了部署并执行人机物融合应用的难度。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为动作代理的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
微服务体系架构风格将大型复杂软件系统分解成一组独立运行、以轻量级通信机制进行交互的相对较小的服务。微服务所倡导的诸如单一责任、服务平等、松耦合协作等原则，以及异步消息通信等机制符合人机物融合应用中资源协作的特点。
一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：获取待执行的人机物融合应用模型，人机物融合应用模型是人机物融合应用的描述，用于刻画特定场景中的资源之间的协作，即人机物资源之间的协作，包括资源动作、动作关联和绑定约束；
资源动作即人机物融合应用模型所涉及的资源以及资源的相应的动作完成事件，如资源1以及资源1的动作完成事件等；动作关联即不同资源之间的协作，具体为前一资源的事件与后一资源的动作之间的驱动关系，如资源1的动作完成事件与资源2的动作之间的关系；绑定约束即在人机物融合应用在人机物融合运行环境的运行阶段中，人机物融合运行环境中的资源实例的绑定条件，资源是人机物融合应用模型中的抽象概念，资源实例即人机物融合应用运行时抽象的资源所对应的实际概念。
S2：读取人机物融合应用模型并抽取其中的资源动作，在动作代理容器镜像仓库中检索与各个资源动作相对应的动作代理，动作代理是基于微服务架构的逻辑单元，如果找到所有的资源动作所对应的动作代理，则执行步骤S5，否则，执行步骤S3；
S3：对于未在动作代理容器镜像仓库中检索到对应动作代理的资源动作，基于动作代理模板以服务化的方式构造与资源动作相对应的动作代理，动作代理包括资源实例配置接口，以及用于消息主题订阅部分、完成消息发布部分和资源绑定策略部分的定制接口；
动作代理是基于微服务架构的逻辑单元，包括代理执行引擎，代理执行引擎在订阅并接收到资源动作的请求后，基于资源绑定策略动态选择并调用与资源动作相对应的资源实例的服务，在接收到资源实例的完成事件后将完成消息发送至与后续资源动作相关的动作代理。动作代理的结构如图2所示。
构造动作代理具体为：
获取一个在动作代理容器镜像仓库中未检索到对应动作代理的资源动作，按照动作代理模板生成动作代理，并根据该资源动作对生成的动作代理进行命名。
S4：封装并生成动作代理的容器镜像，并将容器镜像上传至动作代理容器镜像仓库；
封装并上传动作代理的容器镜像具体为：
以容器化的方式封装动作代理，生成动作代理的容器镜像，设定容器镜像的名称和版本标签；将封装完成的容器镜像上传至动作代理容器镜像仓库。动作代理容器镜像仓库是部署在本地局域网内的镜像仓库，或者是部署在公众网内的公共镜像仓库。
S5：对于每一个资源动作，分别自动作代理容器镜像仓库中拉取与资源动作相对应的动作代理容器镜像并将其部署至用于运行人机物融合应用的人机物融合运行环境中，在完成部署的动作代理中集成与资源动作相对应的资源实例的服务调用与事件回调关联；
将动作代理容器镜像部署至人机物融合运行环境中包括以下步骤：
S51：获取资源动作，自动作代理容器镜像仓库中拉取与资源动作相对应的动作代理容器镜像；
S52：采用容器编排方式在人机物运行环境中部署动作代理容器镜像，得到动作代理的地址；
S53：在人机物运行环境中的消息中间件中添加消息主题，得到消息主题的地址；
S54：通过动作代理的资源实例配置接口，连接人机物运行环境中与资源动作相对应的资源实例。连接资源实例具体为：对于一个资源动作，自人机物融合运行环境中查找与该资源动作相对应的资源实例，获取资源实例中与该资源动作相对应的服务的访问地址；利用动作代理的资源实例配置接口关联资源实例的服务的访问地址，并关联资源实例的动作完成事件回调。
S6：基于人机物融合应用模型中的动作关联对动作代理的消息主题订阅部分与完成消息发布部分进行定制，基于人机物融合应用模型中的绑定约束对动作代理的资源绑定策略进行定制。
对动作代理进行定制具体为：当在人机物运行环境中完成所有的动作代理容器镜像的部署后，获得动作代理的地址和消息主题的地址；针对每一个动作代理，利用消息主题订阅部分的定制接口配置该动作代理所订阅的消息主题的地址；根据人机物融合应用模型中的动作关联，利用完成消息发布部分的定制接口配置该动作代理所需发送的目标消息主题地址；根据人机物融合应用模型中的绑定约束，利用资源绑定策略部分的定制接口在动作代理的资源绑定策略中加入约束条件。
本实施例以人机物运行支撑系统的设计与开发为实施背景，介绍基于微服务架构的人机物融合应用方法在人机物运行支撑系统的设计与开发中的具体实施方法，人机物运行支撑系统包括动作代理查询模块、代理构造模块、容器化封装与镜像上传模块、动作代理部署模块和定制模块，在具体操作时，如下所示：
查找动作代理容器镜像。设计并实现人机物运行支撑系统中的动作代理查询模块，在动作代理查询模块中首先读取待执行的人机物融合应用模型，抽取其中所涉及的资源动作；然后针对每一个资源动作，在动作代理容器镜像仓库中根据容器镜像的名称，检索与资源动作相对应的动作代理容器镜像。如果没有找到，则调用后续的代理构造模块和容器化封装与镜像上传模块；如果找到对应的动作代理容器镜像，则应用后续的动作代理部署模块和定制模块。
基于代理模板构造动作代理。设计并实现人机物运行支撑系统中的代理构造模块，生成动作代理，根据资源动作对动作代理以资源动作的“动作名称”进行命名，动作代理包含资源实例配置接口，以及用于消息主题订阅部分、完成消息发布部分、资源绑定策略部分的定制接口。具体的配置接口和定制接口命名如下：
资源实例配置接口为：/update_resource_instance
消息主题订阅定制接口为：/update_topic
完成消息发布定制接口为：/update_callback_topic
资源绑定策略定制接口为：/update_strategy
将构造的动作代理进行容器化封装并上传动作代理容器镜像仓库。设计并实现人机物运行支撑系统中的容器化封装与镜像上传模块，该模块首先调用“docker build”命令将动作代理的Flask服务以Docker容器的形式进行封装，生成容器镜像。然后调用“dockerpush”命令将容器镜像上传至本地局域网内的动作代理容器镜像仓库。
在人机物运行环境中部署动作代理的容器镜像。设计并实现人机物运行支撑系统中的动作代理部署模块，该模块使用Kubernetes编排工具将所查到的容器镜像从Docker仓库中拉取至人机物融合应用运行环境。启动Docker容器，将容器内部服务的端口地址映射到容器外部。
根据人机物融合应用模型定制动作代理。设计并实现人机物运行支撑系统中的动作代理定制模块，得到与资源动作相对应的消息中间件(Kafka)中的消息主题地址，使用消息主题订阅部分的定制接口配置该消息主题地址，实现消息订阅；根据人机物融合应用模型中的动作关联，得到特定动作代理的后续资源动作所关联的消息主题地址，利用完成消息发布部分的定制接口配置消息所需要发送的目标消息主题地址，实现基于微服务架构的异步消息通信机制；根据人机物融合应用模型中的绑定约束，利用资源绑定策略部分的定制接口在动作代理的资源绑定策略中加入相应约束条件条目。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取待执行的人机物融合应用模型，所述人机物融合应用模型是人机物融合应用的描述，用于刻画场景中资源之间的协作，包括资源动作、动作关联和绑定约束；
S2：读取人机物融合应用模型并抽取其中的资源动作，在动作代理容器镜像仓库中检索与各个资源动作相对应的动作代理，所述动作代理是基于微服务架构的逻辑单元，如果找到所有的资源动作所对应的动作代理，则执行步骤S5，否则，执行步骤S3；
S3：对于未在动作代理容器镜像仓库中检索到对应动作代理的资源动作，基于动作代理模板以服务化的方式构造与所述资源动作相对应的动作代理，所述动作代理包括资源实例配置接口，以及用于消息主题订阅部分、完成消息发布部分和资源绑定策略部分的定制接口；
S4：封装并生成动作代理的容器镜像，并将容器镜像上传至动作代理容器镜像仓库；
S5：对于每一个资源动作，分别自动作代理容器镜像仓库中拉取与资源动作相对应的动作代理容器镜像并将其部署至用于运行人机物融合应用的人机物融合运行环境中，在完成部署的动作代理中集成与资源动作相对应的资源实例的服务调用与事件回调关联；
S6：基于人机物融合应用模型中的动作关联对动作代理的消息主题订阅部分与完成消息发布部分进行定制，基于人机物融合应用模型中的绑定约束对动作代理的资源绑定策略部分进行定制。
2.根据权利要求1所述的一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，其特征在于，在人机物融合应用模型中，所述资源动作即人机物融合应用模型所涉及的资源以及所述资源的相应的动作完成事件；所述动作关联即不同资源之间的协作，具体为前一资源的事件与后一资源的动作之间的驱动关系；所述绑定约束即在人机物融合应用的运行阶段中，人机物融合运行环境中的资源实例的绑定条件。
3.根据权利要求1所述的一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，其特征在于，所述动作代理是基于微服务架构的逻辑单元，包括代理执行引擎，所述代理执行引擎在订阅并接收到资源动作的请求后，基于资源绑定策略动态选择并调用与资源动作相对应的资源实例的服务，在接收到资源实例的完成事件后将完成消息发送至与后续资源动作相关的动作代理。
4.根据权利要求1所述的一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，其特征在于，步骤S3中，构造动作代理具体为：
获取一个在动作代理容器镜像仓库中未检索到对应动作代理的资源动作，按照动作代理模板生成动作代理，并根据该资源动作对生成的动作代理进行命名。
5.根据权利要求1所述的一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，其特征在于，步骤S4中，封装并上传动作代理的容器镜像具体为：
以容器化的方式封装动作代理，生成动作代理的容器镜像，设定容器镜像的名称和版本标签；将封装完成的容器镜像上传至动作代理容器镜像仓库。
6.根据权利要求5所述的一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，其特征在于，所述动作代理容器镜像仓库是部署在本地局域网内的镜像仓库。
7.根据权利要求5所述的一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，其特征在于，所述动作代理容器镜像仓库是部署在公众网内的公共镜像仓库。
8.根据权利要求1所述的一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，其特征在于，步骤S5中，将动作代理容器镜像部署至人机物融合运行环境中包括以下步骤：
S51：获取资源动作，自动作代理容器镜像仓库中拉取与资源动作相对应的动作代理容器镜像；
S52：采用容器编排方式在人机物运行环境中部署动作代理容器镜像，得到动作代理的地址；
S53：在人机物运行环境中的消息中间件中添加消息主题，得到消息主题的地址；
S54：通过动作代理的资源实例配置接口，连接人机物运行环境中与资源动作相对应的资源实例。
9.根据权利要求8所述的一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，其特征在于，步骤S54中，连接资源实例具体为：
对于一个资源动作，自人机物融合运行环境中查找与该资源动作相对应的资源实例，获取资源实例中与该资源动作相对应的服务的访问地址；利用动作代理的资源实例配置接口关联资源实例的服务的访问地址，并关联资源实例的动作完成事件回调。
10.根据权利要求1所述的一种基于微服务架构的人机物融合应用运行支撑方法，其特征在于，步骤S6中，对动作代理进行定制具体为：当在人机物运行环境中完成所有的动作代理容器镜像的部署后，获得动作代理的地址和消息主题的地址；针对每一个动作代理，利用消息主题订阅部分的定制接口配置该动作代理所订阅的消息主题的地址；根据人机物融合应用模型中的动作关联，利用完成消息发布部分的定制接口配置该动作代理所需发送的目标消息主题地址；根据人机物融合应用模型中的绑定约束，利用资源绑定策略部分的定制接口在动作代理的资源绑定策略中加入约束条件。
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