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PAGE 1 基于微服务架构的高速公路监控管理系统设计 摘要：高速公路监控管理系统在国内高速公路机电工程建设中是必不可少的系统，现在的主流系统采用传统的C/S架构，为适应未来公路信息化的快速发展，巴基斯坦KKH二期项目监控系统采用微服务架构进行设计开发，结合本项目实际情况，本文从系统架构设计、系统非功能性设计、系统功能测试等方面全面剖析了系统设计及开发的全过程。巴基斯坦KKH二期机电工程项目，全线120公里，包含6条隧道、6座收费站、1个路段管理中心，管理中心作为该路段的收费、监控、通信的总控制中心，负责全线视频、微波车检、气象检测器、隧道内监控设备等的数据采集，对采集的数据进行分析处理，并根据分析的结果向沿线的可变信息标志发布引导和提醒信息。本项目公路监控管理系统结合现在的云技术，采用微服务架构完成该系统的设计、开发、应用。目前，巴基斯坦公路信息化工程处于初级阶段，没有统一的标准和技术要求，因此采用现在国际上主流的微服务架构设计，为后期的扩容和兼容打下坚实的基础。 一 系统架构设计 从技术架构方面，通过引入“以数据为中心的分层结构”，以及大量使用面向对象的技术和组件化技术，可以从技术角度极大提高系统的可扩展性，能较好地满足高速公路的发展需要。从业务架构方面，通过对各类业务需求的分类、归纳和抽象，提炼出具有充分弹性的业务处理模型，能够较好地适应业务需求不断变化的现实情况。（一）系统设计原则系统开发遵循以下技术原则。（1）规范性：严格遵循中国交建智能交通研发中心相关技术规范和业务规范的要求。（2）开放性：系统采用开放的接口协议与开发平台，提供统一的、开放的接口进行接入，系统的开放性主要体现在系统的易拓展性，能够方便后期的拓展，且不影响当前系统运行的稳定性。（3）安全性：系统按照相关要求的应用进行设计，系统软硬件架构充分考虑整个系统运行的安全策略和机制。（4）成熟性：采用成熟稳定的现今主流的硬件平台和第三方软件，以保障系统运行的稳定以及硬件平台维护的便捷性。（二）总体技术架构针对本系统建设的需求及目标，对整个技术架构进行分层设计，每层对应一个或一类技术架构，按模块进行建设，并通过SOA标准方式集成，在整体上实现开放式的网络能力架构，具体如图1所示。图1 系统总体技术架构PC端兼容主流浏览器，包括IE11及以上、chrome等浏览器。UI层开发使用vue和jquery。系统基于springboot框架进行开发，并采用springcloud微服务分布式架构，使系统具有高稳定性和高扩展性。数据库访问采用mybatis和本地SQL互补实现的方式，实现一套代码支持Sybase、Oracle、mysql三种主流数据库，采用分布式缓存Redis3.0提高实时性，减轻数据库压力。系统分发层采用nginx的软件分发模式，并配置静态页面缓存技术，实现动态请求和静态请求分离，减轻tomcat的处理压力。接口统一采用restful风格的http接口，并使用OATH2认证，保证接口的安全性。后台采用zookeeper分布式应用程序协调服务，构建分布式后台集群，提高后台整体的稳定性和性能，避免后台的单点故障。（三）总体软件架构系统采用分层结构开发和设计，将界面（控制）、业务逻辑和数据分离，通过微服务管理平台实现系统内部耦合链接，可以快速、灵活地增加或减少系统业务模块。系统分层结构划分为数据层、业务逻辑层和控制层，通过各层次系统构件间服务的承载关系，实现系统功能[1]。各层的应用构件利用系统服务框架所提供的基础服务实现系统设计、运行与管理机制，总体软件架构如图2所示。图2 系统总体软件架构（四）总体功能架构系统总体功能架构由系统模块和功能模块组成。系统模块主要包含路段监视、信息发布、视频管理、隧道管理、统计查询、事件管理、基础数据管理、系统安全管理等，每个系统模块为实现功能，需要增加各种功能模块以完善系统模块的整体功能，总体系统功能架构如图3所示。图3 系统总体功能架构 二 系统非功能性设计 （一）总体设计（1）整个应用系统的设计应具有良好的灵活性、可操作性和易扩展性，系统软件的结构应更灵活，技术上应采用面向对象和中间件等。（2）保障应用系统和硬件平台的稳定性，能够连续7×24小时不间断工作。（3）应用系统具有较高的自动化程度，能够实现一定程度的自主调度、告警、恢复等。（4）具有完善的系统安全机制，拥有操作权限管理功能，能够对每次操作有详细的记录，对每次非法操作产生告警，能为系统管理员提供多种发现系统故障和非法登录的手段。（5）采用简洁、直观、友好的英文人机界面。（6）具备一定容错措施，允许操作人员有限范围内的误操作。（7）支持英文、乌尔都语、中文字符集等巴基斯坦和中国国家标准规定的字符处理，可进行处理、显示和打印。（8）支持云计算技术。（9）第三方