CN114040031A - 一种工业互联网的传输协议适配方法 - Google Patents
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Abstract
企业的数字化转型将企业价值链实现过程中的设计、制造、供应链管理、营销、产品售后运维等各个业务环节进行数字化，提高企业运行效率，降低企业成本。但由于企业在建设过程中，各个IT系统、OT系统是在不同时期、由不同供应商、采用不同技术和协议逐渐建立起来的，因此面临万国语言问题。对于异构协议的适配，目前解决方法大多是采用定制接口开发方式，其开发效率低下，极为不灵活，若接入服务较多时，仍然会形成蜘蛛网状交互关系，出现异常时将难以排查错误。针对这些问题提出了一种工业互联网的传输协议适配方法，采用适配器模型解决多源异构协议间的转换问题，使各异构系统之间的数据交换变得灵活，本申请属于信息技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业互联网的传输协议适配方法，在企业的数字化转型将企业价值链实现过程中的设计、制造、供应链管理、营销、产品售后运维等各个业务环节进行数字化，能有效提高企业的运行效率，降低企业成本。但由于在建设过程中，各个IT系统、OT系统是在不同的时期、由不同的供应商、采用不同的技术、不同的协议逐渐建立起来的，因此面临万国语言的问题，即信息孤岛问题，因此要从数字化走向智能化，就必须解决万国语言的翻译问题，才能实现万物互联，实现工业全要素、全价值链、全产业链的互联互通和互操作这一美好愿景。对于异构协议的适配，目前的解决方法大多是采用定制接口开发的处理方式，可以将不同协议的接口进行端到端的对接交互。但不同的服务请求方、不同的服务提供方，需要定制不同的处理程序，开发工作效率低下，极为不灵活；若遇到服务较多的情况，仍然会形成蜘蛛网状交互关系，难以梳理系统间的关系，遇到异常时也难以排查错误。针对这些问题提出了一种工业互联网的传输协议适配方法，本发明采用适配器模型解决多源异构协议间的转换问题，各适配器模块兼容对应协议，无需针对单个接口进行定制开发；入站适配器与出站适配器通过核心算法模块动态组合，满足各种异构协议间的相互转换，使各异构系统之间的数据交换变得灵活，属于信息技术领域。
背景技术
企业的数字化转型将企业价值链实现过程中的设计、制造、供应链管理、营销、产品售后运维等各个业务环节进行数字化，进而实现通过数字化手段、软件系统进行业务操作。企业的智能化建设，是要解决企业整体智能的需求，实现智能制造是制造业数字化转型需要达成的目标，工业互联网建设是实现智能制造的基础技术手段。
从数字化走向智能化，首先需要解决的是第一阶段单体应用建设遗留的后遗症：信息孤岛问题，在数字化建设阶段，各个IT系统、OT系统是在不同的时期、由不同的供应商、采用不同的技术、不同的协议逐渐建立起来的，因此面临万国语言的问题，要从数字化走向智能化，就必须解决万国语言的翻译问题，才能实现万物互联，实现工业全要素、全价值链、全产业链的互联互通和互操作这一美好愿景。
对于异构协议的适配，目前的解决方法大多是采用定制接口开发的处理方式，可以将不同协议的接口进行端到端的对接交互。但不同的服务请求方、不同的服务提供方，需要定制不同的处理程序，开发工作效率低下，极为不灵活；若遇到服务较多的情况，仍然会形成蜘蛛网状交互关系，难以梳理系统间的关系，遇到异常时也难以排查错误。
本发明采用适配器模型解决多源异构协议间的转换问题，各适配器模块兼容对应协议，无需针对单个接口进行定制开发；入站适配器与出站适配器通过核心算法模块动态组合，满足各种异构协议间的相互转换，使各异构系统之间的数据交换变得灵活。
发明内容
传输协议简称协议；针对企业在数字化转型过程中，由于大多采用定制接口开发的处理方式，将不同协议的接口进行端到端的对接交互，但不同的服务请求方、不同的服务提供方，需要定制不同的处理程序，开发工作效率低下，极为不灵活；若遇到服务较多的情况，容易形成蜘蛛网状交互关系，难以梳理系统间的关系，遇到异常时也难以排查错误。针对这些问题，本发明提出的一种工业互联网的传输协议适配方法，用适配器模型解决多源异构协议间的转换问题，各适配器模块兼容对应协议，无需针对单个接口进行定制开发；入站适配器与出站适配器通过核心算法模块动态组合，用以满足各种异构协议间的相互转换，包括通过以下步骤来实现：
A.建立工业互联网融通互联模型；
B.完成适配器模型、模型组件、入站适配器结构、出站适配器结构、核心算法模块、弹性伸缩机制、发布订阅消息模式、适配器模型开发流程等功能单元的具体实施。
所述步骤A特征为：所述工业互联网融通互联模型由适配器模型、适配器模型组件、入站适配器、出站适配器、核心算法模块组成，通过弹性伸缩机制实现适配器实例与服务器处理单元的负载率平衡，并利用发布订阅消息模式实现发布方系统与订阅方系统间的信息交换，其中，弹性伸缩机制通过计算全局适配器动态负载量期望和伸缩实例数实现，在工业互联网融通互联模型模块组件相互协同工作下，实现异构协议间的相互转换。
所述步骤B特征为：所述适配器模型包括：①服务请求方，指使用工业互联网平台请求服务的系统，具体为：服务请求方向工业互联网平台发送请求消息，用于调用工业互联网平台发布的服务，获取服务内容；②入站适配器，指工业互联网平台提供的入站协议转换模块，其用于接收服务请求方发送的原始报文，并将其转换为标准报文；③核心算法模块，指进行通用算法处理的模块，包括日志记录、权限控制、字段映射、路径计算功能；④出站适配器，指工业互联网平台提供的出站协议转换模块，其用于将标准报文转换为满足服务提供方要求的格式，并发送至服务提供方；⑤服务提供方，指使用工业互联网平台发布服务的系统，具体为：服务提供方通过将对外公开的接口注册到工业互联网平台进行发布，供其他服务请求方调用；其中出/入站适配器协议包括：表述性状态转移传递协议REST，跨编程语言和跨操作系统平台的远程调用技术WS，SAP系统的远程函数调用协议RFC。适配器模型消息传输方式为：服务请求方选择对应协议的入站适配器接入工业互联网平台，服务提供方选择对应协议的出站适配器接入工业互联网平台，由核心算法模块连接入站适配器和出站适配器，完成双方系统间的信息交互，入站适配器和出站适配器相互独立，如图1所示。
所述步骤B特征为：所述适配器模型组件架构由入站适配器、核心算法模块、出站适配器组成，通过MQ队列连接各模块，如图2所示。其中，实线表示请求消息的传输流程：服务请求方将请求消息发送至入站适配器的入站接收节点，入站适配器将处理后的请求消息通过 MQ推送节点发送至REQ-IN MQ，请求处理消息流从REQ-IN MQ中获取请求消息进行处理，并将其发送至相应的REQ-OUT MQ，出站适配器的MQ接收节点从REQ-OUT MQ中获取请求消息进行处理，并通过接口请求节点将请求消息发送至服务提供方；虚线表示响应消息的传输流程：服务提供方将接收到的请求消息处理完后，并将生成的响应消息反向发送至出站适配器的接口响应节点，出站适配器将处理后的响应消息通过MQ推送节点反向发送至RES-IN MQ，响应处理消息流从RES-IN MQ中获取响应消息进行处理，并将其反向发送至相应的RES-OUT MQ，入站适配器的MQ接收节点从RES-OUT MQ中获取响应消息进行处理，并通过入站返回节点将响应消息反向发送至服务请求方。其中MQ队列类型包括：请求入队列REQ-IN MQ，承载从入站适配器进入核心算法模块的请求消息的队列，该队列为面向服务请求方的公用队列；请求出队列REQ-OUT MQ，承载从核心算法模块进入出站适配器的请求消息的队列，该队列为面向服务提供方的私有队列，各服务提供方均拥有相应的私有队列；响应入队列RES-IN MQ，承载从出站适配器进入核心算法模块的响应消息的队列，该队列为面向服务提供方的公用队列；响应出队列RES-OUT MQ，承载从核心算法模块进入入站适配器的响应消息的队列，该队列为面向服务请求方的私有队列，各服务请求方均拥有相应的私有队列。MQ队列用于入站适配器、核心算法模块、出站适配器间的解耦，并结合核心算法模块的路径计算功能，实现各协议适配器间的动态组合，进行不同协议间的转换。
所述步骤B特征为：所述入站适配器，其组成结构如图3所示，具体包括：①入站接收节点，用于观测服务请求方发送的实时消息，当入站接收节点收到请求消息后，将原始报文发送至报文格式转换节点；②入站返回节点，用于将响应消息返回至相应的服务请求方；③报文格式转换节点，用于转换标准报文和原始报文；④MQ推送节点，用于将请求的标准报文发送至REQ-IN MQ中；⑤MQ接收节点，用于从RES-OUT MQ中获得响应的标准报文。其入站接收节点与入站返回节点为关联的节点对，当请求消息传输至入站接收节点时，存储该消息的唯一身份标识及来源地址；当响应消息传输回入站返回节点时，根据存储的唯一身份标识及来源地址将响应消息返回至相应的服务请求方。异构协议的入站适配器设置专用访问路径，服务请求方根据访问路径选择对应的入站适配器；标准报文和原始报文统称为消息。
所述步骤B特征为：所述核心算法模块，其组成结构如图4所示，具体包括：①MQ接收节点，用于从REQ-IN MQ中获得请求的标准报文；②日志记录节点，用于记录请求的标准报文、响应的标准报文及相关的参数信息；③权限管控节点，用于从标准报文中提取服务请求方信息，包括源IP、服务请求方身份标识，再根据权限配置信息进行判断，若该次请求具备服务调用权限则将消息传送至字段映射节点，若不具备调用权限则直接返回错误信息，并停止处理；④字段映射节点，用于将请求报文中的各字段名转换为服务提供方可识别的字段名，该节点根据映射配置信息判断各服务是否完成字段映射处理，当字段映射处理配置信息判断结果为“真”时，则进行字段映射处理，将请求报文中的各字段名转换为服务提供方可识别的字段名，并将映射后的请求报文传送至路径计算节点；当字段映射处理配置信息判断结果为“假”时，则停止字段映射处理，并将请求报文传送至路径计算节点；⑤路径计算节点，用于从标准报文中提取服务请求方和服务提供方的身份信息，再根据路径配置信息对身份信息进行解析，获得目标队列名，并将标准报文发送至目标队列中；⑥MQ推送节点，用于将请求的标准报文发送至REQ-OUT MQ中。核心算法模块由请求处理消息流和响应处理消息流构成，请求处理消息流处理请求消息，响应处理消息流处理响应消息，请求处理消息流与响应处理消息流在工作过程中相互独立。REQ-OUT MQ和RES-OUT MQ均为面向业务系统的私有队列，各业务系统均拥有相应的私有队列，避免在单个业务系统出现消息堵塞时造成其他业务系统的堵塞。
所述步骤B特征为：所述出站适配器，其组成结构如图5所示，具体包括：①MQ接收节点，用于从REQ-OUT MQ中获得请求的标准报文；②MQ推送节点，用于将响应的标准报文发送至RES-IN MQ中；③报文格式转换节点，用于转换标准报文和提供方收发的报文；④接口请求节点，用于将请求消息发送至服务提供方；⑤接口响应节点，用于接收服务提供方返回的响应消息。接口请求节点与接口响应节点为关联的节点对，出站适配器使用接口请求节点将请求消息发送至服务提供方，然后以阻塞的形式在对应的接口响应节点处等待响应消息；服务提供方处理完业务后，将响应消息返回至对应的接口响应节点。
所述步骤B特征为：所述弹性伸缩机制，用于平衡适配器实例与服务器处理单元的负载率，当同协议类型的适配器通过启动多个实例，形成适配器组，其中实例表示适配器的实际运行进程，适配器组中的各实例共同完成对应协议的适配处理，适配器组通过弹性伸缩机制自主调节实例个数，如图6所示。其扩展过程为：WS适配器组1包含若干原始适配器实例，当WS适配器组1中的适配器实例平均负载率高于服务器处理单元平均负载率时，WS适配器组1扩展为WS适配器组2，其中WS适配器组2包含的扩展适配器实例个数大于WS适配器组1的原始适配器实例个数；收缩过程为：WS适配器组2包含若干原始适配器实例，当WS适配器组2中的适配器实例平均负载率低于服务器处理单元平均负载率时，WS适配器组2收缩为WS适配器组1，其中WS适配器组1包含的收缩适配器实例个数小于WS适配器组2的原始适配器实例个数。
所述步骤B特征为：所述弹性伸缩机制通过伸缩算法实现，用于获得支撑弹性伸缩机制的全局适配器动态负载量期望及相应适配器的伸缩实例数，其过程具体为：令在时间段Q1，按照适配器对应协议类别分类，若适配器组的类别总数为q，则适配器组类别为 {α1,α2,…,αg,…,αq}，每种适配器组的最大可用实例数为m，适配器组αg的实际运行实例数为ng，单实例最大容许负载量为Tgmax，实时负载量集为{Tg1,Tg2,…,Tgi…,Tgm}，其中Tgi表示αg中第i个实例的实时负载量，面向生产场景的适配器触发决策变量集为 {ωg1,ωg2,…,ωgi…,ωgm}，其中ωgi表示αg中第i个实例的决策变量，αg中运行实例的平均负载率为
服务器处理单元个数为p，服务器处理单元实时负载率集为 {λ1,λ2,…,λl…,λp}，其中λl表示第l个服务器处理单元的实时负载率，服务器处理单元平均负载率为
全局适配器负载量动态期望表示为
其中1≤g≤q,1≤i≤m,1≤l≤p,1≤ng≤m,0≤ηg≤1,0≤λl≤1,ωgi∈{0,1}。
适配器αg的伸缩实例数为
其中，当cg＝0时，适配器实例数保持不变；当cg>0时，增加适配器的实例数；当cg<0时，减少适配器的实例数；令完成伸缩后的实例数为zg＝ng+cg，若
则当zg≤0时，令完成伸缩后的实例数为1；当zg>m时，令完成伸缩后的实例数为m。
该公式的特征为：当
时，cg≥0，实例数不变或增加，且|cg|分别与CPU平均负载率
和适配器运行实例数ng呈负相关，|cg|与
呈正相关；当
时，cg≤0，实例数不变或减少，且|cg|分别与CPU平均负载率
适配器运行实例数ng和
呈正相关。
所述步骤B特征为：所述发布订阅消息模式用于发布方系统与订阅方系统间的信息交换，发布方系统将消息发送至工业互联网平台，再由工业互联网平台将消息发送至相应的订阅方系统。其中，发布方系统为用于发布订阅模式的服务请求方，订阅方系统为用于发布订阅模式的服务提供方。发布订阅模式下，工业互联网平台使用的节点包括发布阶段中的入站适配器和请求处理消息流、订阅阶段中的出站适配器，如图7所示，相应的选择流程为：
发布阶段，入站适配器路径选择流程，如图8所示：
①入站适配器接收发布方系统发出的消息H1，并转至步骤②，其中消息H1包含当前发布方服务标识和发布方系统标识；
②从消息H1中获取发布方服务标识和发布方系统标识，并转至步骤③；
③通过配置信息库中的配置信息，判断发布方系统标识是否合法，若合法则转至步骤⑥，否则转至步骤④；
④生成相应的提示信息，并转至步骤⑤；
⑤将提示信息发送至发布方系统，并结束当前路径选择流程；
⑥生成即时消息传输的传输标识I1，并转至步骤⑦；
⑦将消息H1的消息格式转换为标准报文格式的消息H'1，并转至步骤⑧，其中转换后的消息H'1中包含传输标识I1；
⑧将转换后的消息H'1发送至请求入队列，并转至步骤⑨；
⑨通过发布方系统标识，从配置信息库中获取发布方系统的入站协议和队列编号，并转至步骤⑩；
⑩通过发布方系统的入站协议和队列编号，获取响应出队列R1，并转至步骤
发布阶段，请求处理消息流路径选择流程，如图9所示：
①请求处理消息流从请求入队列中获取消息H2，并转至步骤②；
②从消息H2中获取发布方服务标识、发布方系统标识和消息传输标识I2，并转至步骤③；
③通过发布方服务标识和发布方系统标识，并结合配置信息库中配置信息判断发布方系统有无权限调用发布方服务，若有权限转至步骤④，否则转至步骤
④通过发布方服务标识从配置信息库中获取对应订阅方服务标识集合 S＝{S1,S2,S3,…,Si,…,Sw}，并转至步骤⑤，其中订阅方服务标识集合S对应的订阅方系统标识集合为D＝{D1,D2,D3,…,Dj,…,Dw}、订阅方系统的出站协议集合为μ＝{μ1,μ2,μ3,…,μj,…,μw}、订阅方系统的队列编号集合为ν＝{ν1,ν2,ν3,…,νj,…,νw}、请求出队列集合为γ＝{γ1,γ2,γ3,…,γj,…,γw}以及发送至适配器模块的消息集为合 M＝{M1,M2,M3,…,Mj,…,Mw}，其中1≤j≤w，Sj为第j个订阅方服务标识，Sw为第w个订阅方服务标识，Dj为第j个订阅方系统的系统标识，Dw为第w个订阅方系统的系统标识，μj为第j个订阅方系统的出站协议，μw为第w个订阅方系统的出站协议，νj为第j个订阅方系统的队列编号，νw为第w个订阅方系统的队列编号，γj为第j个请求出队列，γw为第w个请求出队列，Mj为第j个消息，Mw为第w个消息；
⑤判断订阅方服务标识集合S是否为空，若为空则转至步骤
否则转至步骤⑥；
⑥从服务标识集合S中取出单个订阅方服务标识Sj，并转至步骤⑦；
⑦通过订阅方服务标识Sj从配置信息库中获取相应的订阅方系统标识Dj，并转至步骤⑧；
⑧通过订阅方系统标识Dj从配置信息库中获取订阅方系统的出站协议μj和队列编号νj，并转至步骤⑨；
⑨通过订阅方系统的出站协议μj和队列编号νj获取相应的请求出队列γj，并转至步骤⑩；
⑩对消息H2进行处理，处理后的消息为Mj，并转至步骤
其中处理后的消息Mj包含订阅方服务标识Sj；
订阅阶段，单个出站适配器路径选择流程，如图10所示：
①出站适配器从观测的请求出队列中获取请求处理消息流处理后的消息P，并转至步骤②；
②通过消息P获取订阅方服务标识，并转至步骤③；
③通过订阅方服务标识从配置信息库中获取服务的接口地址和请求方式，并转至步骤④；
④出站适配器根据订阅方系统要求的消息格式对请求消息P进行处理，并转至步骤⑤，其中处理后的消息为P'；
⑤通过获取服务的接口地址和请求方式将消息P'发送至订阅方系统，并结束当前路径选择流程。
所述步骤B特征为：所述适配器模型开发流程如图11所示，具体为：
①根据业务场景需求选择需要开发的适配器协议，并转至步骤②；
②根据适配器模型组件架构创建MQ队列，并转至步骤③；
③根据适配器模型组件架构开发各组件模块，并转至步骤④；
④将开发完成的组件模块进行部署，并转至步骤⑤；
⑤对入站适配器设置访问权限，保障其安全性，并转至步骤⑥；
⑥将入站适配器访问地址进行公开，并转至步骤⑦；
⑦由第三方系统进行调用，确保其稳定性、可靠性及准确性，完成适配器模型的开发，最终实现异构协议间的相互转换。
附图说明
图1适配器模型示意图
图2适配器模型组件架构图
图3入站适配器结构
图4核心算法模块结构
图5出站适配器结构
图6弹性伸缩机制
图7发布订阅模式消息传输示意图
图8发布订阅模式入站适配器路径选择流程
图9发布订阅模式请求处理消息流路径选择流程
图10发布订阅模式出站适配器路径选择流程
图11适配器模型开发流程
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
步骤1，建立工业互联网融通互联模型，其由入站适配器与出站适配器通过核心算法模块动态组合，并利用弹性伸缩机制实现适配器实例与服务器处理单元的负载率平衡，以及发布订阅消息模式实现发布方系统与订阅方系统间的信息交换，在工业互联网融通互联模型模块组件相互协同工作下，实现不同异构协议间的相互转换；其中，工业互联网融通互联模型由适配器模型、适配器模型组件、入站适配器、出站适配器、核心算法模块组成；弹性伸缩机制通过计算全局适配器动态负载量期望和伸缩实例数实现。
步骤2，构建适配器模型，适配器模型包括：①服务请求方，指使用工业互联网平台请求服务的系统，具体为：服务请求方向工业互联网平台发送请求消息，用于调用工业互联网平台发布的服务，获取服务内容；②入站适配器，指工业互联网平台提供的入站协议转换模块，其用于接收服务请求方发送的原始报文，并将其转换为标准报文；③核心算法模块，指进行通用算法处理的模块，包括日志记录、权限控制、字段映射、路径计算功能；④出站适配器，指工业互联网平台提供的出站协议转换模块，其用于将标准报文转换为满足服务提供方要求的格式，并发送至服务提供方；⑤服务提供方，指使用工业互联网平台发布服务的系统，具体为：服务提供方通过将对外公开的接口注册到工业互联网平台进行发布，供其他服务请求方调用；其中出/入站适配器协议包括：表述性状态转移传递协议REST，跨编程语言和跨操作系统平台的远程调用技术WS，SAP系统的远程函数调用协议RFC。适配器模型消息传输方式为：服务请求方选择对应协议的入站适配器接入工业互联网平台，服务提供方选择对应协议的出站适配器接入工业互联网平台，由核心算法模块连接入站适配器和出站适配器，完成双方系统间的信息交互，入站适配器和出站适配器相互独立，如图1所示。
步骤3，完成适配器模型组件架构设计，其由入站适配器、核心算法模块、出站适配器组成，通过MQ队列连接各模块，如图2所示。其中，实线表示请求消息的传输流程：服务请求方将请求消息发送至入站适配器的入站接收节点，入站适配器将处理后的请求消息通过MQ 推送节点发送至REQ-IN MQ，请求处理消息流从REQ-IN MQ中获取请求消息进行处理，并将其发送至相应的REQ-OUT MQ，出站适配器的MQ接收节点从REQ-OUT MQ中获取请求消息进行处理，并通过接口请求节点将请求消息发送至服务提供方；虚线表示响应消息的传输流程：服务提供方将接收到的请求消息处理完后，并将生成的响应消息反向发送至出站适配器的接口响应节点，出站适配器将处理后的响应消息通过MQ推送节点反向发送至RES-INMQ，响应处理消息流从RES-IN MQ中获取响应消息进行处理，并将其反向发送至相应的RES-OUT MQ，入站适配器的MQ接收节点从RES-OUT MQ中获取响应消息进行处理，并通过入站返回节点将响应消息反向发送至服务请求方。其中MQ队列类型包括：请求入队列REQ-IN MQ，承载从入站适配器进入核心算法模块的请求消息的队列，该队列为面向服务请求方的公用队列；请求出队列REQ-OUT MQ，承载从核心算法模块进入出站适配器的请求消息的队列，该队列为面向服务提供方的私有队列，各服务提供方均拥有相应的私有队列；响应入队列RES-IN MQ，承载从出站适配器进入核心算法模块的响应消息的队列，该队列为面向服务提供方的公用队列；响应出队列RES-OUT MQ，承载从核心算法模块进入入站适配器的响应消息的队列，该队列为面向服务请求方的私有队列，各服务请求方均拥有相应的私有队列。MQ队列用于入站适配器、核心算法模块、出站适配器间的解耦，并结合核心算法模块的路径计算功能，实现各协议适配器间的动态组合，进行不同协议间的转换。
步骤4，完成入站适配器结构设计，其组成结构如图3所示，具体包括：①入站接收节点，用于观测服务请求方发送的实时消息，当入站接收节点收到请求消息后，将原始报文发送至报文格式转换节点；②入站返回节点，用于将响应消息返回至相应的服务请求方；③报文格式转换节点，用于转换标准报文和原始报文；④MQ推送节点，用于将请求的标准报文发送至REQ-IN MQ中；⑤MQ接收节点，用于从RES-OUT MQ中获得响应的标准报文。其入站接收节点与入站返回节点为关联的节点对，当请求消息传输至入站接收节点时，存储该消息的唯一身份标识及来源地址；当响应消息传输回入站返回节点时，根据存储的唯一身份标识及来源地址将响应消息返回至相应的服务请求方。异构协议的入站适配器设置专用访问路径，服务请求方根据访问路径选择对应的入站适配器；标准报文和原始报文统称为消息。
步骤5，完成核心算法模块设计，其组成结构如图4所示，具体包括：①MQ接收节点，用于从REQ-IN MQ中获得请求的标准报文；②日志记录节点，用于记录请求的标准报文、响应的标准报文及相关的参数信息；③权限管控节点，用于从标准报文中提取服务请求方信息，包括源IP、服务请求方身份标识，再根据权限配置信息进行判断，若该次请求具备服务调用权限则将消息传送至字段映射节点，若不具备调用权限则直接返回错误信息，并停止处理；④字段映射节点，用于将请求报文中的各字段名转换为服务提供方可识别的字段名，该节点根据映射配置信息判断各服务是否完成字段映射处理，当字段映射处理配置信息判断结果为“真”时，则进行字段映射处理，将请求报文中的各字段名转换为服务提供方可识别的字段名，并将映射后的请求报文传送至路径计算节点；当字段映射处理配置信息判断结果为“假”时，则停止字段映射处理，并将请求报文传送至路径计算节点；⑤路径计算节点，用于从标准报文中提取服务请求方和服务提供方的身份信息，再根据路径配置信息对身份信息进行解析，获得目标队列名，并将标准报文发送至目标队列中；⑥MQ推送节点，用于将请求的标准报文发送至REQ-OUT MQ中。核心算法模块由请求处理消息流和响应处理消息流构成，请求处理消息流处理请求消息，响应处理消息流处理响应消息，请求处理消息流与响应处理消息流在工作过程中相互独立。REQ-OUT MQ和RES-OUT MQ均为面向业务系统的私有队列，各业务系统均拥有相应的私有队列，避免在单个业务系统出现消息堵塞时造成其他业务系统的堵塞。
步骤6，完成出站适配器结构设计，其组成结构如图5所示，具体包括：①MQ接收节点，用于从REQ-OUT MQ中获得请求的标准报文；②MQ推送节点，用于将响应的标准报文发送至RES-IN MQ中；③报文格式转换节点，用于转换标准报文和提供方收发的报文；④接口请求节点，用于将请求消息发送至服务提供方；⑤接口响应节点，用于接收服务提供方返回的响应消息。接口请求节点与接口响应节点为关联的节点对，出站适配器使用接口请求节点将请求消息发送至服务提供方，然后以阻塞的形式在对应的接口响应节点处等待响应消息；服务提供方处理完业务后，将响应消息返回至对应的接口响应节点。
步骤7，完成适配器弹性伸缩机制设计，用于平衡适配器实例与服务器处理单元的负载率，当同协议类型的适配器通过启动多个实例，形成适配器组，其中实例表示适配器的实际运行进程，适配器组中的各实例共同完成对应协议的适配处理，适配器组通过弹性伸缩机制自主调节实例个数，如图6所示。其扩展过程为：WS适配器组1包含若干原始适配器实例，当WS适配器组1中的适配器实例平均负载率高于服务器处理单元平均负载率时，WS适配器组1扩展为WS适配器组2，其中WS适配器组2包含的扩展适配器实例个数大于WS适配器组1的原始适配器实例个数；收缩过程为：WS适配器组2包含若干原始适配器实例，当WS适配器组2中的适配器实例平均负载率低于服务器处理单元平均负载率时，WS适配器组2收缩为WS适配器组1，其中WS适配器组1包含的收缩适配器实例个数小于WS适配器组2的原始适配器实例个数。
步骤8，完成弹性伸缩机制伸缩算法的设计，用于获得支撑弹性伸缩机制的全局适配器动态负载量期望及相应适配器的伸缩实例数，其过程具体为：令在时间段Q1，按照适配器对应协议类别分类，若适配器组的类别总数为q，则适配器组类别为{α1,α2,…,αg,…,αq}，每种适配器组的最大可用实例数为m，适配器组αg的实际运行实例数为ng，单实例最大容许负载量为Tgmax，实时负载量集为{Tg1,Tg2,…,Tgi…,Tgm}，其中Tgi表示αg中第i个实例的实时负载量，面向生产场景的适配器触发决策变量集为{ωg1,ωg2,…,ωgi…,ωgm}，其中ωgi表示αg中第i个实例的决策变量，αg中运行实例的平均负载率为
服务器处理单元个数为p，服务器处理单元实时负载率集为{λ1,λ2,…,λl…,λp}，其中λl表示第l个服务器处理单元的实时负载率，服务器处理单元平均负载率为
全局适配器负载量期望表示为
其中1≤g≤q,1≤i≤m,1≤l≤p,1≤ng≤m,0≤ηg≤1,0≤λl≤1,ωgi∈{0,1}。
适配器αg的伸缩实例数为
其中，当cg＝0时，适配器实例数保持不变；当cg>0时，增加适配器的实例数；当cg<0时，减少适配器的实例数；令完成伸缩后的实例数为zg＝ng+cg，若
则当zg≤0时，令完成伸缩后的实例数为1；当zg>m时，令完成伸缩后的实例数为m。
该公式的特征为：当
时，cg≥0，实例数不变或增加，且|cg|分别与CPU平均负载率
和适配器运行实例数ng呈负相关，|cg|与
呈正相关；当
时，cg≤0，实例数不变或减少，且|cg|分别与CPU平均负载率
适配器运行实例数ng和
呈正相关。
步骤9，发布订阅消息模式的设计与实现，该模式用于发布方系统与订阅方系统间的信息交换，发布方系统将消息发送至工业互联网平台，再由工业互联网平台将消息发送至相应的订阅方系统。其中，发布方系统为用于发布订阅模式的服务请求方，订阅方系统为用于发布订阅模式的服务提供方。发布订阅模式下，工业互联网平台使用的节点包括发布阶段中的入站适配器和请求处理消息流、订阅阶段中的出站适配器，如图7所示，相应的选择流程为：
发布阶段，入站适配器路径选择流程，如图8所示：
①入站适配器接收发布方系统发出的消息H1，并转至步骤②，其中消息H1包含当前发布方服务标识和发布方系统标识；
②从消息H1中获取发布方服务标识和发布方系统标识，并转至步骤③；
③通过配置信息库中的配置信息，判断发布方系统标识是否合法，若合法则转至步骤⑥，否则转至步骤④；
④生成相应的提示信息，并转至步骤⑤；
⑤将提示信息发送至发布方系统，并结束当前路径选择流程；
⑥生成即时消息传输的传输标识I1，并转至步骤⑦；
⑦将消息H1的消息格式转换为标准报文格式的消息H'1，并转至步骤⑧，其中转换后的消息H'1中包含传输标识I1；
⑧将转换后的消息H'1发送至请求入队列，并转至步骤⑨；
⑨通过发布方系统标识，从配置信息库中获取发布方系统的入站协议和队列编号，并转至步骤⑩；
⑩通过发布方系统的入站协议和队列编号，获取响应出队列R1，并转至步骤
发布阶段，请求处理消息流路径选择流程，如图9所示：
①请求处理消息流从请求入队列中获取消息H2，并转至步骤②；
②从消息H2中获取发布方服务标识、发布方系统标识和消息传输标识I2，并转至步骤③；
③通过发布方服务标识和发布方系统标识，并结合配置信息库中配置信息判断发布方系统有无权限调用发布方服务，若有权限转至步骤④，否则转至步骤
④通过发布方服务标识从配置信息库中获取对应订阅方服务标识集合 S＝{S1,S2,S3,…,Si,…,Sw}，并转至步骤⑤，其中订阅方服务标识集合S对应的订阅方系统标识集合为D＝{D1,D2,D3,…,Dj,…,Dw}、订阅方系统的出站协议集合为μ＝{μ1,μ2,μ3,…,μj,…,μw}、订阅方系统的队列编号集合为ν＝{ν1,ν2,ν3,…,νj,…,νw}、请求出队列集合为γ＝{γ1,γ2,γ3,…,γj,…,γw}以及发送至适配器模块的消息集为合 M＝{M1,M2,M3,…,Mj,…,Mw}，其中1≤j≤w，Sj为第j个订阅方服务标识，Sw为第w个订阅方服务标识，Dj为第j个订阅方系统的系统标识，Dw为第w个订阅方系统的系统标识，μj为第j个订阅方系统的出站协议，μw为第w个订阅方系统的出站协议，νj为第j个订阅方系统的队列编号，νw为第w个订阅方系统的队列编号，γj为第j个请求出队列，γw为第w个请求出队列，Mj为第j个消息，Mw为第w个消息；
⑤判断订阅方服务标识集合S是否为空，若为空则转至步骤
否则转至步骤⑥；
⑥从服务标识集合S中取出单个订阅方服务标识Sj，并转至步骤⑦；
⑦通过订阅方服务标识Sj从配置信息库中获取相应的订阅方系统标识Dj，并转至步骤⑧；
⑧通过订阅方系统标识Dj从配置信息库中获取订阅方系统的出站协议μj和队列编号νj，并转至步骤⑨；
⑨通过订阅方系统的出站协议μj和队列编号νj获取相应的请求出队列γj，并转至步骤⑩；
⑩对消息H2进行处理，处理后的消息为Mj，并转至步骤
其中处理后的消息Mj包含订阅方服务标识Sj；
订阅阶段，单个出站适配器路径选择流程，如图10所示：
①出站适配器从观测的请求出队列中获取请求处理消息流处理后的消息P，并转至步骤②；
②通过消息P获取订阅方服务标识，并转至步骤③；
③通过订阅方服务标识从配置信息库中获取服务的接口地址和请求方式，并转至步骤④；
④出站适配器根据订阅方系统要求的消息格式对请求消息P进行处理，并转至步骤⑤，其中处理后的消息为P'；
⑤通过获取服务的接口地址和请求方式将消息P'发送至订阅方系统，并结束当前路径选择流程。
步骤10，完成适配器模型开发流程，如图11所示，具体为：
①根据业务场景需求选择需要开发的适配器协议，并转至步骤②；
②根据适配器模型组件架构创建MQ队列，并转至步骤③；
③根据适配器模型组件架构开发各组件模块，并转至步骤④；
④将开发完成的组件模块进行部署，并转至步骤⑤；
⑤对入站适配器设置访问权限，保障其安全性，并转至步骤⑥；
⑥将入站适配器访问地址进行公开，并转至步骤⑦；
⑦由第三方系统进行调用，确保其稳定性、可靠性及准确性，完成适配器模型的开发，最终实现异构协议间的相互转换。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种工业互联网的传输协议适配方法，其特征在于：该方法通过建立工业互联网融通互联模型实现异构传输协议间的相互转换，并利用弹性伸缩机制实现适配器实例与服务器处理单元的负载率平衡，并运用发布订阅消息模式实现发布方系统与订阅方系统间的信息交换；其中，工业互联网融通互联模型由适配器模型、适配器模型组件、入站适配器、出站适配器、核心算法模块组成；弹性伸缩机制通过计算全局适配器动态负载量期望和伸缩实例数实现；传输协议简称为协议。
2.根据权利要求1所述适配器模型，其特征在于：所述适配器模型包括：①服务请求方，指使用工业互联网平台请求服务的系统，具体为：服务请求方向工业互联网平台发送请求消息，用于调用工业互联网平台发布的服务，获取服务内容；②入站适配器，指工业互联网平台提供的入站协议转换模块，其用于接收服务请求方发送的原始报文，并将其转换为标准报文；③核心算法模块，指进行通用算法处理的模块，包括日志记录、权限控制、字段映射、路径计算功能；④出站适配器，指工业互联网平台提供的出站协议转换模块，其用于将标准报文转换为满足服务提供方要求的格式，并发送至服务提供方；⑤服务提供方，指使用工业互联网平台发布服务的系统，具体为：服务提供方通过将对外公开的接口注册到工业互联网平台进行发布，供其他服务请求方调用；其中出/入站适配器协议包括：表述性状态转移传递协议REST，跨编程语言和跨操作系统平台的远程调用技术WS，SAP系统的远程函数调用协议RFC；适配器模型消息传输方式为：服务请求方选择对应协议的入站适配器接入工业互联网平台，服务提供方选择对应协议的出站适配器接入工业互联网平台，由核心算法模块连接入站适配器和出站适配器，完成双方系统间的信息交互，入站适配器和出站适配器相互独立。
3.根据权利要求1所述适配器模型组件，其特征在于：所述适配器模型组件的基本架构由入站适配器、核心算法模块、出站适配器组成，通过MQ队列连接各模块，其中，请求消息的传输流程为：服务请求方将请求消息发送至入站适配器的入站接收节点，入站适配器将处理后的请求消息通过MQ推送节点发送至REQ-IN MQ，请求处理消息流从REQ-IN MQ中获取请求消息进行处理，并将其发送至相应的REQ-OUT MQ，出站适配器的MQ接收节点从REQ-OUTMQ中获取请求消息进行处理，并通过接口请求节点将请求消息发送至服务提供方；响应消息的传输流程为：服务提供方将接收到的请求消息处理完后，并将生成的响应消息反向发送至出站适配器的接口响应节点，出站适配器将处理后的响应消息通过MQ推送节点反向发送至RES-IN MQ，响应处理消息流从RES-IN MQ中获取响应消息进行处理，并将其反向发送至相应的RES-OUT MQ，入站适配器的MQ接收节点从RES-OUT MQ中获取响应消息进行处理，并通过入站返回节点将响应消息反向发送至服务请求方；其中MQ队列类型包括：请求入队列REQ-IN MQ，承载从入站适配器进入核心算法模块的请求消息的队列，该队列为面向服务请求方的公用队列；请求出队列REQ-OUT MQ，承载从核心算法模块进入出站适配器的请求消息的队列，该队列为面向服务提供方的私有队列，各服务提供方均拥有相应的私有队列；响应入队列RES-IN MQ，承载从出站适配器进入核心算法模块的响应消息的队列，该队列为面向服务提供方的公用队列；响应出队列RES-OUT MQ，承载从核心算法模块进入入站适配器的响应消息的队列，该队列为面向服务请求方的私有队列，各服务请求方均拥有相应的私有队列；MQ队列用于入站适配器、核心算法模块、出站适配器间的解耦，并结合核心算法模块的路径计算功能，实现各协议适配器间的动态组合，进行不同协议间的转换。
4.根据权利要求1所述入站适配器，其特征在于：所述入站适配器具体包括：①入站接收节点，用于观测服务请求方发送的实时消息，当入站接收节点收到请求消息后，将原始报文发送至报文格式转换节点；②入站返回节点，用于将响应消息返回至相应的服务请求方；③报文格式转换节点，用于转换标准报文和原始报文；④MQ推送节点，用于将请求的标准报文发送至REQ-IN MQ中；⑤MQ接收节点，用于从RES-OUT MQ中获得响应的标准报文；其入站接收节点与入站返回节点为关联的节点对，当请求消息传输至入站接收节点时，存储该消息的唯一身份标识及来源地址；当响应消息传输回入站返回节点时，根据存储的唯一身份标识及来源地址将响应消息返回至相应的服务请求方；⑥异构协议的入站适配器设置专用访问路径，服务请求方根据访问路径选择对应的入站适配器；标准报文和原始报文统称为消息。
5.根据权利要求1所述核心算法模块，其特征在于：所述核心算法模块具体包括：①MQ接收节点，用于从REQ-IN MQ中获得请求的标准报文；②日志记录节点，用于记录请求的标准报文、响应的标准报文及相关的参数信息；③权限管控节点，用于从标准报文中提取服务请求方信息，包括源IP、服务请求方身份标识，再根据权限配置信息进行判断，若该次请求具备服务调用权限则将消息传送至字段映射节点，若不具备调用权限则直接返回错误信息，并停止处理；④字段映射节点，用于将请求报文中的各字段名转换为服务提供方可识别的字段名，该节点根据映射配置信息判断各服务是否完成字段映射处理，当字段映射处理配置信息判断结果为“真”时，则进行字段映射处理，将请求报文中的各字段名转换为服务提供方可识别的字段名，并将映射后的请求报文传送至路径计算节点；当字段映射处理配置信息判断结果为“假”时，则停止字段映射处理，并将请求报文传送至路径计算节点；⑤路径计算节点，用于从标准报文中提取服务请求方和服务提供方的身份信息，再根据路径配置信息对身份信息进行解析，获得目标队列名，并将标准报文发送至目标队列中；⑥MQ推送节点，用于将请求的标准报文发送至REQ-OUT MQ中；核心算法模块由请求处理消息流和响应处理消息流构成，请求处理消息流处理请求消息，响应处理消息流处理响应消息，请求处理消息流与响应处理消息流在工作过程中相互独立；REQ-OUT MQ和RES-OUT MQ均为面向业务系统的私有队列，各业务系统均拥有相应的私有队列。
6.根据权利要求1所述出站适配器，其特征在于：所述出站适配器具体包括：①MQ接收节点，用于从REQ-OUT MQ中获得请求的标准报文；②MQ推送节点，用于将响应的标准报文发送至RES-IN MQ中；③报文格式转换节点，用于转换标准报文和提供方收发的报文；④接口请求节点，用于将请求消息发送至服务提供方；⑤接口响应节点，用于接收服务提供方返回的响应消息；接口请求节点与接口响应节点为关联的节点对，出站适配器使用接口请求节点将请求消息发送至服务提供方，然后以阻塞的形式在对应的接口响应节点处等待响应消息；服务提供方处理完业务后，将响应消息返回至对应的接口响应节点。
7.根据权利要求1所述弹性伸缩机制，其特征在于：所述弹性伸缩机制，用于平衡适配器实例与服务器处理单元的负载率；其扩展过程为，WS适配器组1包含若干原始适配器实例，当WS适配器组1中的适配器实例平均负载率高于服务器处理单元平均负载率时，WS适配器组1扩展为WS适配器组2，其中WS适配器组2包含的扩展适配器实例个数大于WS适配器组1的原始适配器实例个数；收缩过程为：WS适配器组2包含若干原始适配器实例，当WS适配器组2中的适配器实例平均负载率低于服务器处理单元平均负载率时，WS适配器组2收缩为WS适配器组1，其中WS适配器组1包含的收缩适配器实例个数小于WS适配器组2的原始适配器实例个数。
8.根据权利要求1所述弹性伸缩机制，其特征在于：所述弹性伸缩机制通过伸缩算法，用于获得支撑弹性伸缩机制的全局适配器动态负载量期望，其过程为：令在时间段Q1，根据适配器对应协议类别分类，若适配器组的类别总数为q，则适配器组类别为{α1,α2,…,αg,…,αq}，每种适配器组的最大可用实例数为m，适配器组αg的实际运行实例数为ng，单实例最大容许负载量为Tgmax，实时负载量集为{Tg1,Tg2,…,Tgi…,Tgm}，其中Tgi表示αg中第i个实例的实时负载量，面向生产场景的适配器触发决策变量集为{ωg1,ωg2,…,ωgi…,ωgm}，其中ωgi表示αg中第i个实例的决策变量，αg中运行实例的平均负载率为
服务器处理单元个数为p，服务器处理单元实时负载率集为{λ1,λ2,…,λl…,λp}，其中λl表示第l个服务器处理单元的实时负载率，服务器处理单元平均负载率为
全局适配器负载量动态期望为：
其中1≤g≤q,1≤i≤m,1≤l≤p,1≤ng≤m,0≤ηg≤1,0≤λl≤1,ωgi∈{0,1}。
9.根据权利要求1所述弹性伸缩机制，其特征在于：所述弹性伸缩机制实现过程中适配器αg的伸缩实例数为：
其中，当cg＝0时，适配器实例数保持不变；当cg>0时，增加适配器的实例数；当cg<0时，减少适配器的实例数；令完成伸缩后的实例数为zg＝ng+cg，若
则当zg≤0时，令完成伸缩后的实例数为1；当zg>m时，令完成伸缩后的实例数为m。
10.根据权利要求1所述发布订阅消息模式，其特征在于：所述发布订阅消息模式用于发布方系统与订阅方系统间的信息交换，发布方系统将消息发送至工业互联网平台，再由工业互联网平台将消息发送至相应的订阅方系统；其中，发布方系统为用于发布订阅模式的服务请求方，订阅方系统为用于发布订阅模式的服务提供方；发布订阅模式下，工业互联网平台使用的节点包括发布阶段中的入站适配器和请求处理消息流、订阅阶段中的出站适配器。
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