基于微服务的车辆监控系统架构设计与实现
作者：任女尔 陈辰 魏金津
来源：《电脑知识与技术》2018年第17期
        摘要：随着智慧交通、智慧城市的发展，以及新能源车辆在国家政策下的监控要求，车辆监控的业务场景需求、并发性能需求、对智能化扩展需求也日益增加和趋于繁复；传统的单体架构和分布式架构已经无法满足需求的快速变化。为此提出了基于微服务的车辆监控系统架构，从性能、扩展性、数据存储等方案完成架构设计和实现。从案例结果表明，在性能、扩展性方面大幅度提升了系统的变化响应能力，并在产品化发展上具有重要意义。
        关键词：微服务；车辆监控；高并发；系统架构
        中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）17-0218-02
        1引言
        在车辆监控的业务场景中，常见的有1）针对新能源车辆按照国标要求进行监控，由车企
监控到地方政府要求，最终到国家平台监控；2）针对货运车辆的监控，实现对货运车辆位置、安全等内容的监控；3）港口、机场等封闭园区的车辆监控，实现高效的调度和合理管控；4）无人驾驶车辆监控，从而有效地打通监督控制通路。大部分监控需要对数据采取持续收集、存储、处理与分析的方案，同时需要进行如疲劳驾驶、远程控制、车辆状态分析、辅助驾驶、VOC气味管控、视频识别等不同的功能。
微服务项目技术架构        在车辆监控技术体系中，传统方式采用单体式架构，如采用单体的J2EE架构，当并发响应无法支撑时，采用集部署的方式，一般能支撑到百级并发；为了更好地适配变更，部分企业采用了数据采集、解析、存储、分析用不同的应用承担，也就是简单的分布式架构来执行，能够实现多台部署，但是部署方式复杂，支撑到千级并发，运维能力较强的情况下支撑到万级并发；随着SOA、微服务及分布式数据库等技术体系的发展，逐步采用了基于SOA等技术体系的软件设计，但整体架构不支持异构，无法有效地利用资源。提出基于微服务技术的软件架构设计，解决资源充分利用、业务扩展能力要求高、并发变化响应快等问题。
        2 2 基于springcloud的微服务技术体系
        微服务作为互联网级别当前主流的技术架构，表现了更加稳定、扩展性更强、并发响应
更强的能力【1】。通过将业务进行组件化、服务化分离，每个服务功能简单、可独立集部署，更加灵活和易于调配；耦合度低，再复合上消息队列等技术进行进一步解耦，能够方便地进行业务扩展；服务拆分后，专注的业务领域可以由不同的技术团队执行，更加灵活【2】。
        在近几年，形成了以dubbo+zookeeper体系和springcloud体系的微服务技术架构，为企业解决了很多的业务扩展和运维问题。相比dubbo与springcloud技术体系，springCloud的容错和熔断机制更加完整，服务交互的友好性更强；而dubbo的协议比springcloud更低一层，因此性能好一点。但是基于微服务易于扩展的特性，采用springCloud可以轻松的达到性能效果，因此车辆监控系统采用springCloud技术体系完成微服务技术实施。
        SpringCloud基于springboot实现非常便捷，它是一套框架与组件的有序集合，其轻量级组件包括Eureka服务发现与治理、HyStrix服务容错与Turbine监控、Zuul服务网关、Config Server服务配置、Ribbon负载均衡、Spring Cloud Bus消息总线、Spring Cloud Sleuth服务跟踪等【3】。
        当服务为调用或客户端请求服务时，首先由网关Zuul进行请求控制管理，根据请求服务
的注册内容进行转发；当服务无法满足并发需求时，由Ribbon实现负载均衡处理；服务注册中心Eureka根据请求寻对应的服务【4】；由COnfig Server进行服务的统一配置；消息队列负责服务间解耦通信。此外，由Turbine和Hystrix监控服务健康状态，当有异常时合理处理熔断并进行监控展示；追踪组件记录请求服务的耗时、延误以及网络情况提供优化依据。
        3 架构设计与实现
        车辆监控的基础架构设计基于微服务技术体系进行，从而方便进行扩展和监控。对应图1中的服务部分，包括netty侦听服务、多线程处理服务、mongodb存储服务，以及在业务展示端的历里程服务、实时定位服务、轨迹回放服务、车辆管理服务、保养推荐服务、日志查询服务、远程控制服务及实施报警服务等。技术架构图如图2所示。
        从技术架构图进行设计，数据接口的分布式负载采用LVS与haProxy进行代理，将数据接收、数据解析、数据存储、业务与分析部分的服务均基于springcloud设计为服务，方便进行集扩展与部署，通过容易的技术体系进行注册发现与监控管理【5】。针对每一部分，可以通过监控信息查看负载情况，适当的调整集。其中，mongodb存储部分是分开的，因此针对数据存储的服务接口可以方便地将存储部分切换到新的hbase分布式数据存储架构中，
以适应高并发、大数据量需求。业务架构图展示的从业务的角度如何进行划分设计，如图3所示。
        从业务方面，当我们将业务数据进行不同方式的方法的接收、解析和存储，并且将设备最新实时数据及中间的分析结果业务数据存储到redis缓存中。基于数据库与redis完成实时快速响应业务接口。
        在业务扩展方面，基于疲劳驾驶部分进行扩展，可以基于存储的原始数据增加离线分析业务进行分析，然后基于springcloud开发按照不同的场景识别的疲劳驾驶方案，如针对连续驾驶时长、车辆的急刹车驾驶数据等【6】，然后调用报警服务接口来实现。整个业务扩展不需要针对其他代码进行改动，直接开发新的服务并调用既有服务即可。
        在并发性能方面，如数据解析服务需要计算，当数据由netty接收后调用解析服务，当万级并发是，解析服务需高度负载，因此，可以针对解析服务尽心集节点的快捷增加。因为有统一的服务接口接入，所以netty接收部分无须担心解析性能问题和调用接口是否需要变更问题，能够方便地进行并发性扩展。
        4 测试结果
        基于微服务进行整体设计以后，系统稳定性大幅度增加，测试10000辆车每s发送1kb数据进行存储展示，定位信息响应时间在45ms以内，轨迹回放在1.23s以内。从5000并发到10000并发进行扩展升级，硬件资源足够的情况下，耗时约25分钟，相比于单体应用和SOA架构是不可能的。因此，基于微服务的车辆监控系统架构达到了对系统的颠覆性改进。
        5 总结
        微服务在业务扩展性、系统稳定性、并发响应性等方面具有较大的优势，通过构建微服务技术体系，并将车辆监控业务进行服务设计与划分，能够大幅度改善车辆监控对业务场景的适应能力和产品的生存力。
        参考文献：
        [1] 王方旭.基于Spring Cloud和Docker的微服务架构设计[J].中国信息化，2018（3）：53-55.
        [2] Fowler M，Lewis J.Microservices.https：//martinfowler/articles/m i c r o s e r v i c e s . h t m l . a r t i c l e s /microservices.html.[2014-03-25].
        [3] 王方旭.基于Spring Cloud 实现业务系统微服务化的设计与实现[J].电子技术与软件工程，2018（4）：60-61.
        [4] 韩佼男.浅析微服务架构在企业信息系统构建中的应用价值[J].中国管理信息化，2018（02）.
        [5] 洪华军，吴建波，冷文浩.一种基于微服务架构的业务系统设计与实现[J].计算机与数字工程，2018（01）.
        [6] 李永坤.基于微服务架构的智慧停车场系统设计[J].信息与电脑，2018（02）.

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