CN113438285B

CN113438285B - 一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型

Info

Publication number: CN113438285B
Application number: CN202110656005.XA
Authority: CN
Inventors: 孔维一; 黄劲松; 秦夏强; 谷文; 包彬彬
Original assignee: Beijing Beiyang Botian Engineering Consulting Co ltd; China MCC20 Group Corp Ltd
Current assignee: Beijing Beiyang Botian Engineering Consulting Co ltd; China MCC20 Group Corp Ltd
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2041-06-11
Also published as: CN113438285A

Abstract

本发明涉及一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，所述模型采用ESB消息服务总线设计；模型分为应用层、云端服务层、IO数据采集层，应用层，提供人机交互程序、Web框架；云端服务层，提供消息通知云服务、实时数据库云服务、SCADA组态云服务、流媒体转码云服务、任务引擎云服务、智能控制云服务、历史数据记录云服务、3D数模云服务、GIS地图云服务、数据分析云服务；IO数据采集层，由控制子系统或设备的驱动程序以及综合布线、通讯、计算机网络系统组成。本发明通过整合云计算、大数据、物联网、网络技术、通信技术和管理技术，能够形成一个互连互通，实现子系统优势互补、协同作用的智慧校园综合管理平台。

Description

一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，特别是涉及一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型。

背景技术

目前国内的智慧校园综合管理平台基本都是采用SOA分布式架构，架构流程都是采用本地运行的页面组态工具，设计好动态页面，然后再将动态页面发布到WEB服务器上，对外提供信息服务，软件运行的平台大多是微软服务器平台。但是传统的智慧校园综合管理平台存在很多弊端，比如现有的平台往往采用传统的C/S界面或B/S固定样式界面开发，往往需要很长的周期；采用传统的分布式数据库较难实现跨平台的访问，拓展功能有限；采用传统的第三方视频控件进行音频视频的播放，局限性较高且编码复杂；采用传统的TCP自定义协议通讯，不支持海量并发、难以保证消息送达。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，整合先进的云计算、大数据、物联网等计算机技术、网络技术、通信技术和管理技术,使相互单独的信息化子系统通过有效的系统集成方式，形成一个能够在互连互通中实现子系统优势互补、协同作用的、整合的智慧校园云平台。

为实现上述目的，本发明实施例公开了一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，包括模型采用ESB消息服务总线设计；

所述模型分为应用层、云端服务层、IO数据采集层，

应用层，提供人机交互程序、Web框架；

云端服务层，提供消息通知云服务、实时数据库云服务、SCADA组态云服务、流媒体转码云服务、任务引擎云服务、智能控制云服务、历史数据记录云服务、3D数模云服务、GIS地图云服务、数据分析云服务；

IO数据采集层，由控制子系统或设备的驱动程序以及综合布线、通讯、计算机网络系统组成，该层用于对子系统现场控制设备的实时信息进行收集和处理。

优选地，所述ESB消息服务总线由消息队列、路由管理、规则过滤三部分组成，每部分都是一个独立的微服务，布署在虚拟服务器上，各个微服务间通过RESTfull通信。

优选地，所述控制子系统或设备的驱动程序，用于将子系统的通信协议及数据信息格式转换为云端服务层认可的通信协议及数据信息格式，将云端服务层处理后的通信协议及数据信息格式转换成相应子系统认可的通信协议及数据信息格式，完成对子系统的控制和管理。

优选地，所述人机交互程序，用于对所述云端服务层处理过的信息进行展示，对子系统进行功能配置和设定，完成联动的设置和对系统的综合管理；所述Web框架，用于应用层通过浏览器在INTERNET/INTRANET环境中浏览信息，并通过授权完成对子系统的远程控制和管理。

优选地，所述消息通知云服务，用于各个子系统的消息交互；

所述消息通知云服务提供队列属性配置选项，支持队列模式包括但不限于：普通队列、延迟队列、优先级队列；

所述消息通知云服务提供并发访问功能，支持多个端口并发访问同一个消息队列，某条消息在取出之后的特定时间段内，无法被其他端口获得，最高支持每秒10万个并发读写；

所述消息通知云服务提供访问控制功能：在消息有效期内，确保消息至少能被成功获取一次。

优选地，所述实时数据库云服务，提供兼容开源Redis协议的Key-Value类型在线存储服务；

所述数据库云服务支持的数据类型包括但不限于字符串、链表、集合、有序集合、哈希表；

所述数据库云服务提供消息发布及订阅(PUB/SUB)功能，基于事件通知机制将消息发布者和消息订阅者解耦，用于多个客户端之间的互联互通。

所述数据库云服务提供事务处理功能，支持Redis协议中定义的事务(Transaction)处理，用于单个客户端发送的多个命令组成的原子性操作。

优选地，所述云端在线组态引擎采用基于HTML5技术和标准的工业总线技术，支持移动设备应用、web端应用及云端部署；

所述云端在线组态引擎提供图形编辑功能，不需要编码，即可开发出复杂的人机交互界面。

优选地，所述视频流媒体转码服务支持H.264、H.265、MP4的RTSP视频流直播，并可将RSP流转为MJPET格式HTTP流，用于网页的无插件播放；

所述视频流媒体转码服务提供如下功能：

在线流媒体转码功能：用于将主流视频流转为标准流；

视频、音频参数控制功能：通过设置视频和音频的输出参数，对视频宽高、视频采用的码率、帧率，音频编码率、采用率进行控制。

视频尺寸智能调控功能，对原视频尺寸和转码配置的尺寸进行分析，控制转码后的视频尺寸比例。

自动视频截图功能：提供截图保存目录设置，确定视频截图的保存目录，自动根据所配置的截图张数和截图宽度、高度为视频截取横版和竖版的缩略图，并保存到指定的目录下；

CPU占用率设置功能，用于控制媒体转换服务器所占用的系统CPU资源。

优选地，所述数据信息格式包括但不限于：OPC、BACNET、MODBUS、LONWORKS、API、TCP/IP、RS485/232、ODBC。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下效果：

本申请与现有技术相比采用更有利于信息分享的REST系统架构，方便用户通过流览器、APP、客户端访问资源，比传统系统采用的SOA架构具有更细的信息颗粒度，更加适合共享资源。同时采用支持多设备跨平台访问的HTML5技术，比传统的的C/S界面或B/S固定样式界面更加节约开发时间，从而提高开发效率。本发明在云端建立了一套高效的实时数据的数据库，可以轻易地完成很多其他传统数据库难以完成的任务，比传统的分布式实时数库更易于实现跨平台访问且拓展功能更加强大。同时在云端实现基于消息队列消息交互，采用高效、可靠、安全、便捷、可弹性扩展的分布式消息通知服务(MNS)，与传统的TCP自定义协议通讯相比具有系统解耦、支持海量并发、保证送达消息的优点。本发明在云端实现基于WEB的在线组态，与传统的本地运行的客户端组态相比可实现任何修改保存后，立即生效，是真正的即编即用。采用无插件WEB播放的在线流媒体转码服务视频技术，充分利用视频资源，与传统的第三方视频控件方式相比具有编码简化，利用效率高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中上所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例公开的一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行。

本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品、或设备固有的其他步骤或模块。

本发明实施例公开了一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，通过云技术将各子系统集成到同一个计算机支撑平台上，从而建立起整个中央监控与管理界面，管理人员通过可视化的HMI图形窗口界面，可以十分方便、快捷地实现被集成的各功能子系统以及相应更下层功能系统的实施、监视、控制和管理。

本发明实施例采用最适用于云的REST软件架构和基于Docker的微服务软件架构设计，每个应用都是一个独立的服务，每个服务部署在一个于服务容器内，服务间通过RESTfull通信。

如图1所示，是本发明实施例公开的一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型的结构示意图，其中：模型采用ESB消息服务总线设计；

所述模型采用三层系统结构，分为应用层、云端服务层、IO数据采集层，即底层设备和支撑网络层、核心决策层、应用层。

应用层，提供人机交互程序、Web框架；具体的，该层为人机对话窗口，一方面将云端服务层处理过的信息用明了形象、直观的方式在计算机屏幕上显示出来，为用户提供实时监视和控制整个平台的所有现场信息。另一方面，通过该层界面用户可以根据预先的设计完成对子系统的功能配置和设定，完成联动的设置和对系统的综合管理。该界面层支持WEB技术，可通过浏览器在INTERNET/INTRANET环境中浏览所有信息，并通过授权完成对系统的远程控制和管理。

云端服务层，提供消息通知云服务、实时数据库云服务、SCADA组态云服务、流媒体转码云服务、任务引擎云服务、智能控制云服务、历史数据记录云服务、3D数模云服务、GIS地图云服务、数据分析云服务。

具体的，所述云端服务层是整个系统的关键部分，是整个系统的神经中枢，具体实施时，其要完成的主要工作包括：完成对IO数据采集层输入的各子系统的信息按内在的逻辑关系进行加工处理，将处理后的结果送到相应的数据库，通知应用层以直观的方式显示。同时接受应用层授权操作人员发出的请求信息或系统的控制信息对这些信息进行相应处理，并将结果通知驱动器层，由驱动器层通知相应子系统完成相应的动作。接受应用层操作人员发出的信息综合管理的请求信息，按要求完成这些信息综合管理的请求，将结果返回应用层，供其显示、输出。完成各子系统的联动功能处理，这种联动关系由核心层来决策。对IO数据采集层和应用层提供标准的API接口，对数据库系统提供标准的ODBC接口，以完成与系统各部分的内部通信。

IO数据采集层，由控制子系统或设备的驱动程序以及综合布线、通讯、计算机网络系统组成，该层用于对子系统现场控制设备的实时信息进行收集和处理。具体的，该层由平台中包含的控制子系统或设备的驱动程序以及相关的综合布线、通讯、计算机网络系统组成，该层主要完成对子系统现场控制设备的实时信息进行收集和处理。将各子系统的不同通信协议及数据信息格式转换成核心决策层(云端服务层)认可的协议，同时将核心层处理后的信息转换成相应子系统认可的协议和格式，完成对各子系统的控制和管理。可以转换多种协议，如：OPC、BACNET、MODBUS、LONWORKS、API、TCP/IP、RS485/232、ODBC等。

优选地，所述ESB消息服务总线由消息队列、路由管理、规则过滤三部分组成，每部分都是一个独立的微服务，布署在虚拟服务器上，各个微服务间通过RESTfull通信。具体的，ESB采用REST架构，主要由消息队列、路由管理、规则过滤三部分组成，每部分都是一个独立的微服务，可布署在虚拟于服务器上。

具体的，本发明实施例一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型采用云消息总线的设计，即所述ESB消息服务总线，其设计原理是：ESB消息服务总线的实现类似于采用交换机、路由器、防火墙架构一个计算机通讯网络，其中总线出入口的消息队列对应于交换机，总线的消息分拣、转发模块对应于路由器，消息的过滤模块对应于防火墙。采用ESB消息服务总线的最核心作用是可以实现基于消息内容的路由，具体实现方法是，用户(消息生产者)将消息发送到ESB的入口队列，总线的定时任务引擎提取到消息后进行内容分析，中间会调用实时数据库获取路由表，依据路由表将消息转发至出口消息队列，底层设备服务模块(消息消费者)从总线出口获取消息发送给设备执行。采用ESB消息总线的另一作用是可以对消息进行过滤，总线的入口和出口都预留了规则适配器，可以实现复杂的用户权限控制。

优选地，所述消息通知云服务，用于各个子系统的消息交互，是平台架构的核心软件，部署于云端；本平台架构完全兼容目前市场主流的云运营商的MNS(消息通知服务)，采用与主流相同的REST规范，相同的HTTP RESTFUL接口。本发明要求保护的消息通知云服务是一种高效、可靠、安全、便捷、可弹性扩展的分布式消息服务，能够帮助应用开发者在他们应用的分布式组件上自由的传递数据，构建松耦合系统。

如本领域技术人员可以理解的，采用REST系统架构更有利于信息分享，有利于用户通过流览器、APP、客户端访问资源，比传统的的系统采用的SOA架构具有更细的信息颗粒度，更加适合共享资源。在云端实现基于消息队列的消息交互，采用高效、可靠、安全、便捷、可弹性扩展的分布式消息通知服务(MNS)，与传统的TCP自定义协议通讯相比具有系统解耦、支持海量并发、保证送达消息的优点。

所述消息通知云服务能够提供遵照RESTful标准的API访问接口，无需担心任何兼容性题；可以与目前市场主流的云运营商服务结合使用，从而使应用程序更可靠、可扩展性更强。

所述消息通知云服务提供队列属性配置选项，支持队列模式包括但不限于：普通队列、延迟队列、优先级队列；具体的，所述消息通知云服务提供丰富的队列属性配置，提供了丰富的队列属性配置选项，用户可以进行队列属性的个性化配置来满足不同的应用场景，支持普通队列、延迟队列、优先级队列等多种队列模式。

所述消息通知云服务提供并发访问功能，支持多个端口并发访问同一个消息队列，某条消息在取出之后的特定时间段内，无法被其他端口获得，最高支持每秒10万个并发读写；具体的，支持多个用户(消息生产者)、底层设备服务模块(消息消费者)并发访问同一个消息队列，并能确保某条消息在取出之后的特定时间段内，无法被其他底层设备服务模块(消息消费者)获得，支持每秒10万个并发读写。

所述消息通知云服务提供访问控制功能：在消息有效期内，确保消息至少能被成功获取一次，为消息投递提供了保障。

优选地，所述实时数据库云服务系统，提供兼容开源Redis协议的Key-Value类型在线存储服务；具体的，实时数据库是兼容开源Redis协议的Key-Value类型在线存储服务。支持字符串、链表、集合、有序集合、哈希表等多种数据类型及事务、消息订阅与发布等高级功能。能够通过内存+硬盘的存储方式，在提供高速数据读写能力的同时满足数据持久化需求。

所述数据库云服务系统支持的数据类型包括但不限于字符串、链表、集合、有序集合、哈希表；具体的，所述数据库云服务系统支持丰富的数据类型：兼容开源Redis协议中定义的所有数据类型，如String，Hash，List，Set，SortedSet等，支持多种数据操作，充分满足业务需求。如本领域技术人员可以理解的，在云端建立一套高效的实时数据的数据库，可以很轻易地完成很多其他传统数据库难以完成的任务，比传统的分布式实时数库更易于实现跨平台访问且拓展功能更加强大。

所述数据库云服务系统提供消息发布及订阅(PUB/SUB)功能，基于事件通知机制将消息发布者和消息订阅者解耦，用于多个客户端之间的互联互通。

所述数据库云服务系统提供事务处理功能，支持Redis协议中定义的事务(Transaction)处理，实现单个客户端发送的多个命令组成的原子性操作。

优选地，所述云端在线组态引擎采用基于HTML5技术和标准的工业总线技术，支持移动设备应用、web端应用及云端部署；具体的，所述云端在线组态引擎，可以让非专业人员通过简单地拖拽生成专业的监控页面，基于HTML5技术和标准的工业总线技术，可以在平板电脑、智能手机等多种移动设备上应用，并且和其他系统无缝融合，支持云端部署。如本领域技术人员可以理解的，采用HTML5技术可以支持多设备跨平台访问，比传统的的C/S界面或B/S固定样式界面更加节约开发时间，从而提高开发效率。

所述云端在线组态引擎提供图形编辑功能，不需要编码，即可开发出复杂的人机交互界面。与传统的本地运行的客户端组态相比可实现任何修改保存后，立即生效，是真正的即编即用。

具体的，所述云端在线组态引擎支持安卓/IOS设备，采用纯HTML5技术和标准的工业总线，除了支持传统桌面设备中的现代浏览器，也可以在平板电脑、iPhone及安卓手机平板在内的多种移动设备上应用。实现了即编即用，和传统组态软件的开发、编译部署不同是，所述云端在线组态引擎是基于纯HTML5的Web解决方案，任何修改保存后，客户端只需要刷新页面，即可使用最新的软件功能。特别适合部署于云的监控开发平台。用户无需编写程序，通过定义图形属性和数据的绑关系，即可开发出各种动画，实时仪表板等复杂专业的界面，轻松实现模拟和监视复杂的动态效果。所述云端在线组态引擎充分优化了前后端的数据，跨广域网的Web应用动画的刷新间隔小于1秒，在较好地网络条件下，可以达到200～300ms。所述云端在线组态引擎提供强大的图形编辑器，不写任何代码，即可开发出复杂的交互人机界面。

优选地，所述视频流媒体转码服务支持H.264、H.265、MP4的RTSP视频流直播，并可将RSP流转为MJPET格式HTTP流，用于网页的无插件播放。如本领域技术人员可以理解的，采用无插件WEB播放的在线流媒体转码服务视频技术，与传统的第三方视频控件方式相比具有编码简化，利用效率高的特点。

在线流媒体转码功能：用于将主流视频流转为标准流；在实际实施中，可以将海康、大华等主流视频流转为标准流；同时可以跨平台实现流媒体服务，支持微软、安卓、苹果客户端，支持录像、云存储。

视频尺寸智能调控功能，对原视频尺寸和转码配置的尺寸进行分析，控制转码后的视频尺寸比例。具体的，可以通过开启尺寸控制功能，使用媒体转换服务器自动对原视频尺寸和转码配置的尺寸进行智能分析。控制转码后的视频尺寸比例，避免因配置失误导致转码后的视频宽高尺寸被过于拉伸，引起画面变形。采用媒体转换服务器，能提供多种目前流行的码率方案供选择。

自动视频截图功能：提供截图保存目录设置，确定视频截图的保存目录，自动根据所配置的截图张数和截图宽度、高度为视频截取横版和竖版的缩略图，并保存到指定的目录下；具体的，通过媒体转换服务器提供截图保存目录设置，自行确定视频截图的保存目录。媒体转换服务器自动根据所配置的截图张数和截图宽度、高度为视频截取横版和竖版的缩略图，并保存到指定的目录下。

CPU占用率设置功能，用于控制媒体转换服务器所占用的系统CPU资源。具体的，所述CPU占用率设置功能可以优化转码过程中的服务器性能损耗，利用媒体转换服务器提供CPU占用率设置，设置选项可以包括：实时、高、高较、标准、低、较低，可控制媒体转换服务器所占用的系统CPU资源。

综上，本发明公开的一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，通过云技术为校园内的各类智能化管理系统，在云端部署提供了一种技术模型，可应用于学校日常教学、科研、学习、生活、运维管理等各个方面。同时通过系统软硬件资源池，实现硬件与软件的信息互联与共享，提高智能化系统管理和运行效率，通过软硬件资源的充分利用，有效降低投资成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，其特征在于：所述模型采用ESB消息服务总线设计；

所述模型分为应用层、云端服务层、IO数据采集层，

应用层，提供人机交互程序、Web框架；

IO数据采集层，由控制子系统或设备的驱动程序以及综合布线、通讯、计算机网络系统组成，该层用于对子系统现场控制设备的实时信息进行收集和处理；

所述实时数据库云服务，提供兼容开源Redis协议的Key-Value类型在线存储服务；

所述实时数据库云服务支持的数据类型包括但不限于字符串、链表、集合、有序集合、哈希表；

所述实时数据库云服务提供消息发布及订阅(PUB/SUB)功能，基于事件通知机制将消息发布者和消息订阅者解耦，用于多个客户端之间的互联互通；

所述实时数据库云服务提供事务处理功能，支持Redis协议中定义的事务(Transaction)处理，用于单个客户端发送的多个命令组成的原子性操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，其特征在于，所述ESB消息服务总线设计由消息队列、路由管理、规则过滤三部分组成，每部分都是一个独立的微服务，布署在虚拟服务器上，各个微服务间通过RESTfull通信。

3.根据权利要求1所述的一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，其特征在于，所述控制子系统或设备的驱动程序，用于将子系统的通信协议及数据信息格式转换为云端服务层认可的协议及数据信息格式，将云端服务层处理后的协议及数据信息格式转换成相应子系统认可的协议及数据信息格式，完成对子系统的控制和管理。

4.根据权利要求1所述的一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，其特征在于，所述人机交互程序，用于对所述云端服务层处理过的信息进行展示，对子系统进行功能配置和设定，完成联动的设置和对系统的综合管理；所述Web框架，用于应用层通过浏览器在INTERNET/INTRANET环境中浏览信息，并通过授权完成对子系统的远程控制和管理。

5.根据权利要求1所述的一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，其特征在于，所述消息通知云服务，用于各个子系统的消息交互；

6.根据权利要求1所述的一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，其特征在于，所述流媒体转码云服务支持H.264、H.265、MP4的RTSP视频流直播，并可将RSP流转为MJPET格式HTTP流，用于网页的无插件播放；

所述流媒体转码云服务提供如下功能：

在线流媒体转码功能：用于将主流视频流转为标准流；

视频、音频参数控制功能：通过设置视频和音频的输出参数，对视频宽高、视频采用的码率、帧率，音频编码率、采用率进行控制；

视频尺寸智能调控功能，对原视频尺寸和转码配置的尺寸进行分析，控制转码后的视频尺寸比例；

7.根据权利要求3所述的一种基于私有云架构的智慧校园综合管理平台模型，其特征在于，所述数据信息格式包括但不限于：OPC、BACNET、MODBUS、LONWORKS、API、TCP/IP、RS485/232、ODBC。