微服务架构的智慧彩灯控制系统设计与实现_孙志尧.pdf
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1、Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第18卷第36期(2022年12月)第18卷第36期(2022年12月)本栏目责任编辑:梁书工程应用微服务架构的智慧彩灯控制系统设计与实现孙志尧,赵俊,甘雨航(四川轻化工大学 自动化与信息工程学院,四川 宜宾 644000)摘要:基于微服务架构,设计了一套智慧彩灯的控制系统,实现了对于多种类彩灯设备的物联网控制,解决了传统控制系统的智能化程度低,控制统一性和设备间协作性差的问题。系统的前端框架采用Vue.js,结合bootstrap模板进行样式优化设计,同时使用WebSocket通信协议,解决前后端之间,数据传输的
2、实时性问题;后端使用微服务框架Go-Zero进行开发,并利用docker容器引擎,实现系统的跨平台部署。根据彩灯控制系统的具体要求,实现了用户的权限管理,彩灯设备的在线监测,故障诊断和控制,以及多彩灯协同控制的功能,同时具备新类型设备接入的可扩展性需求。关键词:微服务;物联网;控制系统;WebSocket协议;前后端分离中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2022)36-0088-04开放科学(资源服务)标识码(OSID):1 引言每年都会盛大举办的彩灯灯会作为我国传统文化的杰出表现方式,也是非物质文化遗产之一,并对我国的文化传播产生深远的影响1。传统的彩灯灯组采
3、用独立单片机的控制方式,灯组之间没有协同控制能力。并且,彩灯控制器都采取线下的操控机制,需要维护人员到现场进行设备操控及维护。在举办大型的彩灯展会时,需要大量的设备维护人员,耗费了大量的人力资源成本。并且,灯组之间没有直接的协同关联,在进行配合表演的时候,存在一定的操作难度。物联网是指通过传感、识别、定位等新一代信息技术构建的物、人、物之间的信息互通互联,从而实现智能化感知、监控等全方面一体化管理2。利用物联网技术,将各个彩灯设备之间建立控制网络,优化控制方法,提高设备的管理效率,也能大幅降低人工成本。同时,在设备的故障监测及诊断方面,高速的网络传输能力也能更及时且全面地实现多设备的总体状态监
4、测,最大限度地保证设备运行的稳定性和安全性。2 系统技术介绍系统在前后端分离的架构基础上,使用微服务的后台架构模式进行系统搭建。前端采用Vue.js框架作为基础框架,加入bootstrap模板实现页面的样式优化和接口通信。同时,利用H5的websocket协议,实现界面数据的实时更新。后端采用Go语言的微服务框架Go-Zero进行开发,与控制器之间采用TCP协议进行数据通信。数据库采用关系型数据库MySQL,ORM框架采用Gorm框架实现数据库的相关操作。2.1 前端开发技术Vue.js是一个国内很流行的前端开发框架,框架将原本耦合的网页构成部分,通过组件的形式进行拆分,实现网页的结构解耦。同
5、时,页面中重复性的功能部分也不再需要重复开发,可以直接沿用已有组件进行功能实现3-4。Bootstrap模板为前端最为流行的样式设计模板之一,提供了丰富的样式组件和功能组件,极大地减轻了界面美化的工作难度。同时,模板也提供了详尽的开发文档,让开发人员能快速地上手开发,极大地提高了开发人员的开发效率。WebSocket通信协议是一种基于TCP,可以实现双向推送数据的全双工通信协议5。在传统的实时通信策略中,网站大多采用Ajax轮询方式实现数据的实时推送。然而,由于HTTP请求中可能会包含大量的无效信息,占用了大量的通信资源。为此,在HTML5中定义了WebSocket通信协议。该协议支持双边的数
6、据推送,实现了服务器主动向界面端推送数据的功能。2.2 后端开发技术Go语言是Google开发的一种静态强类型、编译收稿日期:2022-07-25作者简介:孙志尧(1997),男,山东临沂人,硕士,主要研究方向为物联网云平台;赵俊(1984),男,新疆巴音郭楞蒙古自治州人,博士,主要研究方向为网络化控制系统;甘雨航(2001),男,四川广安人,本科在读。E-mail:http:/Tel:+86-551-65690963 65690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术Vol.18,No.36,December20228
7、8DOI:10.14004/ki.ckt.2022.2287Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第18卷第36期(2022年12月)第18卷第36期(2022年12月)工程应用本栏目责任编辑:梁书型、并发型,并具有垃圾回收功能的编程语言。Go语言的高并发以及部署简单的特性能够较为完美地契合微服务架构的开发模式,可以实现快速开发,并且能够承受系统在接收大量访问时的承压能力。传统的单体式架构将所有的功能模块嵌合到同一个服务系统中,当某个模块发生故障或进行升级时,整个系统都需要下线并重新开发,各个功能的实现程序之间的依赖性强,耦合度高,而且具有扩展局限性6
8、-7。微服务架构的设计理念是将传统的单一应用程序转变成为一套小型的服务组合,根据业务逻辑将单体架构拆分成多个服务,每一个微小的服务都具有单一职责且可以单独部署和运行8。Go-Zero框架是一款国内开发的微服务框架,集成了各类工程实践中的Web和RPC框架,在支持传统的 HTTP API 接口的基础上,也支持模块间通信的RPC接口。通过弹性设计保障了大并发服务端的稳定性,并且内建服务发现和负载均衡。同时,它支持中间件,方便进行系统的功能扩展和优化。2.3 云服务器部署技术Docker是一款开源的容器引擎,开发人员可以将开发程序打包为一个镜像文件或容器,从而实现系统跨系统的部署能力,简化部署流程9
9、。同时,Docker容器之间相互独立,容器之间的运行状态不会相互影响,保证了程序运行的稳定性。3 系统关键功能实现3.1 用户权限管理图1 前端页面权限管理系统在人员管理方面,采用了权限管理机制,即根据用户的权限等级,给予对应的系统操作功能。权限管理机制能使系统在进行功能展示和设备管理与维护保障方面提供更加安全的操作机制,防止误操作及恶意操作导致彩灯灯组设备的损坏,增强系统的操作安全性和稳定性。利用Vue.js提供的路由守卫,在页面跳转时,会由路由守卫进行用户登录状态的判定,并根据账号的权限等级,对界面中的操作按钮组等功能模块进行对应的调整,实现基本的权限管理功能,前端验证流程如图1所示。同时
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