基于微服务架构的智慧路灯管理平台的设计与实现

摘要 : 随着智慧城市建设的快速发展 , 一批以智慧、环保、节能为特征的物联网应用迅速发展起来 , 智慧路灯是其中一种典型应用 , 其平台的建设尤其重要 , 然而业务功能的繁多和系统规模的巨大给平台建设带来新的挑战。本文通过结合最新的RESTful 接口技术、API 网关技术、Kafka 消息通信机制以及 ZooKeeper 配置中心等技术组件 , 提出了基于微服务架构的智慧路灯管理平台总体设计方案 , 来达到增强平台的可用性、扩展性和自动化配置运行的目的。最后 , 通过实际应用证明了该平台的可行性和应用价值 , 并为其他智慧城市项目提供可参考的价值。

1 引言

目前“智慧城市”项目在每个大城市中如火如荼地进行 , 旨在通过网络把无处不在的被植入城市各种建筑体内的智能化传感器连接起来形成物联网 , 实现对物理城市的全面感知[1] 。而城市的路灯系统作为在城市设施中拥有数量最多 , 其在“智慧城市”中的发展作用非常重大。传统的路灯由于控制照明方式人工化 ,应用方面单一而急需改进 ,“智慧路灯”项目就在此基础上孕育而生[2] 。本平台的设计主要是满足对路灯照明时间进行智能控制 , 以及对路灯监测数据的收集和显示和其他子系统的应用

[3] 。由于平台中业务功能的繁多和规模的巨大可能导致整体单一的架构难以应付统一技术栈,部署复杂,并发量不足等问题 , 平台将应用最新的微服务架构来实现。通过收集和分析本次项目的实施经验 , 进行本系统的架构设计上的验证 , 以满足未来其他“智慧城市”项目建设的需求 , 达到易用性、稳定性、高性能、易扩展等要求。微服务架构技术 , 是一种将业务功能合理分解成几

个独立的服务子系统的架构技术。微服务的基本思想是通过围绕着业务领域组件来创建应用 , 每一个应用都可以独立地进行管理、开发、和加速。在分散的组件中使用微服务云架构和平台使系统的管理、部署和服务功能交付变得更加简单

[4] 。

要使用微服务架构来实现整个系统 , 需按功能需求进行拆解 , 分解成独立的服务子系统分别实现。分别从应用开发部署、技术选择、部署难度、扩展性等方面进行考虑 :

首先 , 通过分解系统功能为多个微服务方法解决了复杂性问题。在系统功能保持不变的情况下 , 应用被拆分为多个可管理的服务或分支 , 每个服务都有一个用

API 定义清楚的边界。微服务架构模式为分解后的功能提供了独立的模块化解决方案 , 因此 , 单个服务更容易开发、理解和维护。

第二 , 微服务架构使得每个单独的服务都可以有专门开发者来开发 , 在开发过程中开发者可以自由选择开发技术 , 提供 API 服务。当然 , 开发者可以在指定技术选择范围选择现在的技术或高级的技术。

第三 , 这种架构模式是每个微服务独立的部署。由于部署独立化 , 开发者将不再在本服务部署的时候 , 需要考虑其它服务部署对其的影响。由此可以加快部署速度 , 使得持续化部署成为可能。最后 , 这种架构模式有利于每个服务独立扩展。开发者可以根据每个服务的规模来部署满足业务需求的规模 , 或者进行平行扩展部署。当然微服务架构也存在不足 , 最大的问题就是开发者需要明确了解各服务模块之间的进程间通信机制 , 并选择合适的通信方法。另外 , 基于微服务架构的应用测试任务相对复杂 , 单个微服务测试相对简单 , 在按功能进行接口组合时 , 复杂性将呈几何级上升 , 但对于这一点可以通过自动化测试和部署进行缓解[5] 。

3 系统设计

3.1 系统需求分析

智慧路灯通过在传统路灯灯杆上扩充控制器和传感设备 , 对现有城市路灯进行升级 , 就可以方便快捷地建立起覆盖范围足够广的信息感知网[6] 。具体的智慧路灯集成系统架构示意图如图 1 所示。

由图 1 所示 , 智慧路灯主要是由传感设备 , 路灯控制器 , 区域控制器以及管理平台四部分组成 , 通过这四部分的相互作用 , 智慧路灯可以完成无线 WIFI、智慧照明、动环监控、LED 屏、实时监控、充电桩和一键报警等等功能。