应用于物联网自管理平台的业务运营支撑系统的设计方法与流程

本发明涉及一种应用于物联网自管理平台的业务运营支撑系统的设计方法，属于物联网技术领域。

背景技术：

伴随着物联网应用的广泛普及，各个网络运营商开始大力发展物联网业务运营平台，如何设计一种能融合运营商各种业务应用平台已成为当前的热点问题。特别是在物联网异构设备及技术日新月异的今天，面对各种复杂的物联网业务数据以及差异化巨大的用户需求，人们需要提供一种统一的物联网业务运营支撑平台，从而用于满足大量异构数据的融合与处理，为不同的用户提供方便、快捷的业务应用。

在传统运营商物联网系统中，有各种异构的业务系统，如信息检索业务系统、策略控制系统、用户信息系统、计费处理数据系统、权限认证系统、CRM客户关系管理系统，如何根据客户的需求，将来自不同系统的不同类型的数据进行汇集与处理，通过统一的平台展示给客户，让客户进行信息查询、权限管理等操作，这可以打造面向物联网产业群的业务运营服务新供给，形成一种面向物联网领域产业群的综合智能运营管理服务平台。

目前各个网络运营商的物联网业务数据、应用差异化和用户对物联网多元化需求在不断攀升，特别是物联网异构设备和技术革新所带动的市场价值远远超出了最初的预期。

技术实现要素：

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种应用于物联网自管理平台的业务运营支撑系统的设计方法，其着眼于集约运营物联网公共服务行业，如车联网、智能家居、智慧健康等行业，面向物联网客户输出业务应用信息。通过实时采集各种业务运营数据用于解决物联网异构设备数据融合和实时处理问题。本发明在于业务运营支撑，将运营商物联网业务信息进行汇聚，并对物联网业务进行抽取、组合和发布，构建稳定的泛在业务运行支撑环境，为业务使用者提供可扩展的业务应用。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种应用于物联网自管理平台的业务运营支撑系统的设计方法，该方法包括如下步骤:

步骤1：定义物联网业务运营支撑层的模块及功能；

步骤2：设计业务运营支撑层逻辑架构；

步骤3：设计业务运营支撑层核心模块消息队列管理模块，包括定义消息队列业务数据调度算法和描述消息队列的实现机制，即线程池机制、数据持久化机制和消息队列管理调度机制；

步骤4：设计通信层接口模块，定义通信层接入模块业务运行流程；

步骤5：设计通信层接入模块与消息队列管理模块交互过程。

本发明的方法应用于物联网自管理平台的业务运营支撑系统。

有益效果：

1、本发明能够很好地加快运营商物联网业务数据交互，实现了系统集成。

2、本发明的消息队列管理模块能够方便运营商业务数据高效接入平台。

3、本发明构建运营商物联网业务运营支撑层的架构和所需要的功能模块，方便搭建统一的运营支撑平台。

4、本发明的通信层模块描述了业务运行流程设计，包括数据封装格式，用伪代码描述了通信过程。

5、本发明整合了各个网络运营商的智能管道能力，形成一种面向物联网领域产业群的业务运营支撑体系。

附图说明

图1为本发明的系统架构图。

图2为本发明的物联网自管理平台逻辑架构图。

图3为本发明的数据中心交互图。

图4为本发明的业务运营支撑层架构图。

图5为本发明的消息队列数据交互结构图。

图6为本发明的通信层接口模块结构图。

图7为本发明的通信层接口模块业务运行流程图。

图8为本发明的通信层接口模块与消息队列管理模块数据交互图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种应用于物联网自管理平台的业务运营支撑系统，该系统从底至上依次包括通信层接入模块、消息队列管理模块、系统服务模块、业务解析模块、用户应用模块。该系统各个模块的物联网业务数据主要来源于物联网数据中心。

通信层接入模块的功能：是从物联网自管理平台数据中心获取物联网业务数据，从而为整个平台提供可靠的数据源。

消息队列管理模块的功能：作为一个开放式的物联网业务运营支撑，管理大量用户同一时刻的业务请求，引入消息队列管理机制。

系统服务模块：主要包括了用户信息管理服务，增值业务管理服务，业务受理服务、策略控制服务、数据库交互功能等。

业务解析模块：主要有两个方面的功能，一是对用户的请求进行解析得出用户请求的类型及参数，二是根据用户的业务请求去选择具体的业务，如用户选择了充值缴费这个业务，则平台会给用户分配充值缴费这个业务的入口权限。

用户应用模块：主要针对平台物联网用户，提供服务运营开发接口。

本发明主要包括六大功能：信息查询功能、业务受理功能、策略控制功能、增值服务功能、权限管理功能、API开放功能。(1)信息查询功能包括账单查询、清单查询、套餐使用量查询、充值查询、调账查询、余额查询、历史费用查询、下载任务查询，各种查询信息通过消息队列进行交换；(2)业务受理功能包括充值缴费功能、活卡激活功能、自助停复机管理，各种受理类操作通过消息队列进行处理；(3)策略控制功能包括用户状态查询、预警监控查询、号码清单查询、卡信息查询、业务统计查询，各种策略控制信息通过消息队列进行控制；(4)增值服务功能包括成员管理、充值管理、使用量查询管理，增值服务信息通过消息队列进行传递；(5)权限管理功能包括二级用户管理和二级用户权限配置管理；(6)API开放功能指将各个功能模块的数据进行标准数据格式处理并提供给用户使用。

图2所示的是本发明物联网自管理平台逻辑架构，业务运营支撑层属于自管理平台核心位置，以一种开放性的架构，整合了电信运营商的智能管道能力、成熟的运营管理经验和能力，采用分层结构，整个业务运营支撑层包括以下几个模块：有五个最主要的核心模块，从底至上依次为通信层接入模块、消息队列管理模块、系统服务模块、业务解析模块、用户应用模块。各个模块的物联网业务数据来源于物联网数据中心，图3所示是整个平台的物联网数据中心结构图，包括物联网自管理平台数据处理中心、信息检索数据仓库、策略控制数据仓库、用户信息仓库、计费处理数据仓库、权限认证数据仓库、CRM客户关系管理仓库。其中，物联网自管理平台数据处理中心负责集约采集各模块数据仓库的信息数据，并对整个平台的数据进行逻辑控制。

通信层接入模块的功能：从物联网自管理平台数据中心获取物联网业务数据，从而为整个平台提供可靠的数据源。

消息队列管理模块的功能：作为一个开放式的物联网业务运营支撑平台，如何管理大量用户同一时刻的业务请求是至关重要的，因此需要引入消息队列管理机制。

业务解析模块：主要有两个方面的功能，一是对用户的请求进行解析得出用户请求的类型及参数，二是根据用户的业务请求去选择具体的业务，如用户选择了充值缴费这个业务，则平台会给用户分配充值缴费这个业务的入口权限。

系统服务模块：主要包括了用户信息管理服务，增值业务管理服务，业务受理服务、策略控制服务、数据库交互功能等。

用户应用模块：主要针对平台物联网用户，提供服务运营开发接口。

本发明设计的物联网业务运营支撑层主要包括通信层接入模块、消息队列管理模块、系统服务模块、业务解析模块、用户应用模块，其中消息队列管理模块与各个模块进行物联网业务数据的传递与交换，是业务运营支撑层的核心功能模块。

针对运营商各种业务系统之间存在异构数据的问题，本发明将介绍一种物联网运营支撑层的设计技术，描述了消息队列管理管理模块与业务解析模块、系统服务模块的数据交互流程与实现方法，同时阐述了通信层模块业务运行流程。

一、物联网自管理平台逻辑架构设计

如图2所示为物联网自管理平台逻辑架构，自管理平台是按照面向服务的设计思想来进行架构设计的，目前物联网行业数据来源复杂、非结构性特点突出，故而需要采用业务使能的形式进行开发与运行。此外，为了达到跨平台、高并发、高性能的要求，我们采用Java软件进行程序开发。

本发明的各层主要功能包括如下：

(1)平台的接入用户，主要分为两类，即业务开发人员与业务接入用户。业务开发人员工作于平台的服务器端，负责开发各类物联网业务，是平台业务的提供者；业务接入用户指平台的客户端用户，是平台业务的直接使用者。

(2)业务运营支撑层主要有五个最主要的核心模块，分别是通信层接入模块、消息队列管理模块、系统服务模块、业务解析模块、用户应用模块。图4所示的框图中描述了业务运营支撑层的主要功能模块。

(3)物联网客户自管理平台通过物联网平台数据处理中心获取数据，并经由数据交互模块存入数据库，由此完成数据的交互对接工作。图3所示为自管理平台数据交互图，其中，物联网自管理平台数据处理中心负责集约采集各模块数据仓库的信息数据，并对整个平台的数据进行逻辑控制。

(4)平台用户可通过各类终端设备，包括PC端、移动端、Web端等方式接入物联网客户自管理平台服务器。

二、业务运营支撑层架构设计主要包括如下：

业务运营支撑层是整个平台的核心功能构件，负责运营商物联网业务数据的传输及面向用户提供服务能力，是平台数据处理的中间桥梁与纽带。

如图4所示为业务运营支撑层的架构，本发明首先采用描述了模块层次结构，提出一种通用的业务支撑框架，具体包括通信层接入模块、消息队列管理模块、系统服务模块、业务解析模块、用户应用模块，在此基础上，设计了消息队列的业务数据交互过程，并描述了通信层业务数据请求模型。

本发明的业务运营支撑层主要包括如下：

(1)通信层接入模块。该模块从物联网自管理平台数据中心获取物联网业务数据，从而为整个平台提供可靠的数据源。

(2)消息队列管理模块。作为一个开放式的物联网业务运营支撑平台，如何管理大量用户同一时刻的业务请求是至关重要的，因此消息队列管理模块是业务支撑层的核心模块。

(3)业务解析模块。主要有两个方面的功能，一是对用户的请求进行解析得出用户请求的类型及参数，二是根据用户的业务请求去选择具体的业务，如用户选择了充值缴费这个业务，则平台会给用户分配充值缴费这个业务的入口权限。

(4)系统服务模块。该模块主要包括以下服务，用户信息管理服务，增值业务管理服务，业务受理服务、策略控制服务，这些都是运营商物联网业务的基础服务。

(5)用户应用模块。该模块主要针对平台物联网用户提供了服务运营开发接口。

本发明的消息队列管理模块设计主要包括如下：

如图4所示，本发明的消息队列管理模块是整个业务运营支撑层的核心部分，它位于通信层接口模块与系统服务模块之间，在行业现有的传统单条队列的基础上，提出了多级多用户的消息队列管理机制，作为一个开放式物联网业务运营支撑平台，如何管理大量用户同一时刻的业务请求是至关重要的。

图5所示为消息队列数据交互结构图，消息队列模块主要包括了两大类：接受消息队列和发送消息队列，其中接收消息队列包括三个子队列，发送消息队列包括三个。每一个队列有不同的优先级，本发明设计了一种通过队列调度的算法，从而实现了物联网用户请求的优先级的管理。

本发明的消息队列业务数据调度流程包括主要如下：

步骤1：物联网自管理平台用户请求经过HTTP协议编码，通过Socket套接字传送到服务器端；

步骤2：到达服务器端的业务消息经过HTTP解码后封装为Message消息对象，并根据操作类型的优先级存入相应的接收消息队列中，接收队列包括三个优先级；

步骤3：通过对队列的调度控制，获取消息队列模块中的Message消息对象，进入物联网业务解析模块并进行解析。根据物联网业务类型选择相应的下部操作。如果业务请求类型为登录执行步骤4；如果业务请求类型为注册执行步骤5；如果业务请求类型为业务查询执行步骤6；如果业务请求类型为修改执行步骤7；如果业务请求类型为业务定制受理，执行步骤8；

步骤4：用户请求类型为登录操作时时，消息队列管理模块获得用户名密码，并查询数据库中用户信息表，若果没有用户名或者密码不对，服务器拒绝用户登录，返回到登陆界面。如果用户名密码匹配，查询用户物联网订购业务和用户权限，根据相应权限将结果返回到Result消息对象，执行步骤9；

步骤5：用户请求类型为注册操作时时，消息队列管理模块获得用户名和密码，若否存在用户已存在则拒绝注册，若用户不存在，在将相应的用户信息插入用户信息表中返回success成功接收消息，并将消息封装为Result消息对象，执行步骤9；

步骤6：用户请求为物联网业务查询操作时，消息队列管理模块获得查询条件，如果是套餐使用量查询，则根据相应的条件查询物联网数据中心库中的相应记录，并将结果封装为Result消息对象，执行步骤9；

步骤7：用户请求为业务修改操作时，消息队列管理模块获得修改的业务属性值，如活卡激活操作业务变更，在物联网数据中心库中进行修改。返回结果success成功接收消息，封装为Result消息对象。执行步骤9；

步骤8：用户请求为业务定制时，消息队列管理模块获得修改的业务定制类型，如果物联网数据中心存在相关的业务类型，则服务器返回success成功接收消息，反之，则返回错误。执行步骤9；

步骤9：用户请求为消息确认时，消息队列管理模块获得相应应答请求，在物联网数据中心中进行修改。并返回结果最终竣工消息。执行步骤9。

本发明同时设计了消息队列的实现机制，包括线程池机制、数据持久化机制和消息队列管理调度机制。主要解决的问题包括：多线程资源共享问题，消息队列的调度问题以及数据库访问机制的优化。如图1所示，业务支撑层业务数据交互主要包括了信息查询交互、业务受理交互、策略控制交互、增值服务交互、权限管理交互、API开放交互，数据交互信息均是通过消息队列进行管理。

(1)线程池机制设计

线程池主要用来管理各种消息请求，本文设计了一种基于中断任务控制的线程池管理机制，具体业务伪代码设计如下：

(2)数据持久化机制设计

访问数据库的方式有很多，JDBC(Java Data Base Connectivity,java数据库连接)是一种用于执行SQL语句的Java API，可以为多种关系数据库提供统一访问，它由一组用Java语言编写的类和接口组成。JDBC为工具/数据库开发人员提供了一个标准的API，据此可以构建更高级的工具和接口，使数据库开发人员能够用纯Java API编写数据库应用程序。但是JDBC存在的缺陷是每次访问数据库都需要建立和数据库的的链接，这个链接的过程浪费了大量的时间。

本设计在考虑数据库交互的优化时，首先想到了数据库的连接池机制，数据库的连接池仍然采用JDBC机制，但是他不需要每次对去连接数据库，节省了大量的时间。其后经过大量的调查，发现了Hibernate机制，它包含了数据库的连接池机制，而且还能实现了数据的持久化，简化了数据的操作过程，并提高了系统的可靠性，具体过程如下：

步骤1：在工程中加入Hibernate功能，配置相应的配置文件，数据库连接池根据数据库服务器配好URL，JDBC驱动等。

步骤2：数据库中使用到的表包括用户信息表，业务库，权限管理表等进行映射处理。生成对应的关联文件以及POJO实体类。

步骤3：将数据库的各种操作封装在HibernateDao类中。

(3)消息队列管理调度机制设计

消息队列管理调度算法主要是实现消息队列的调度，它是一种特殊的队列机制，阻塞仍然采用FIFO(即：先进先出)原则进行存取数据，可以实现对线程共享资源的管理，提高运营商物联网业务数据高效安全的传输。

消息队列中我们事先封装好相应的消息对象，我们将用户的物联网业务请求封装成Message消息对象，并将处理结果封装为了Result消息对象，具体业务伪代码设计如下：

本发明的通信层接入模块设计主要包括如下：

如图6所示为通信层模块结构图，该模块从物联网自管理平台数据中心获取物联网业务数据，从而为整个平台提供可靠的数据源，并将数据传输至消息队列管理模块。

本发明的通信层接入模块业务内部通信过程主要包括如下：

步骤1：物联网自管理平台数据中心将业务数据进行ASN.1编码；

步骤2：将ASN.1编码后的消息体通过Socket套接字传送到消息队列管理模块；

步骤3：消息队列管理模块将收到的物联网业务消息进行解码，然后放在一个消息发送队列中，交给业务运营支撑层去处理；

步骤4：业务运营支撑层从消息队列中取出处理后的消息；

步骤5：通过Socket套接字将接收的消息回传给用户；

本发明的通信层接入模块业务运行流程设计如图7所示，为了满足双工通信的要求，即服务器和客户端可以同时收发数据，需建立发送，接收两个线程，如图8所示，通信层接口模块与消息队列管理模块有两个接口：receiveQueue(即：接收消息队列)和sendQueue(即：发送消息队列)，接口数据类型为Message消息对象和ResaultMessage结果对象类，具体流程主要包括如下：

步骤1：在建立连接后该线程取出Socket连接；

步骤2：接收消息并通过接收消息队列传送至消息队列管理模块，同时建立发送线程；

步骤3：监听发送消息队列sendQuene，取出结果并发送，与此同时，接收线程处于阻塞状态；

步骤4：如果物联网平台用户请求断开连接，则关闭Socket连接；

步骤5：为防止连接数过多，将超过池中线程数的连接放入缓冲池，等到出现空闲线程再取出；

步骤6：关闭Socket套接字连接，并记录接收消息队列receiveQueue中的消息对象。

本发明的通信层接入模块与消息队列管理模块交互过程设计如下：

通信层接入模块和消息队列管理模块以消息队列作为数据传递接口，消息队列采用的是BlockingQueue机制，它是一种特殊的队列机制，BlockingQueue仍然采用FIFO原则进行存取数据，但是他加入了特殊的机制实现了对线程共享资源的管理，可以高效安全传输数据。消息队列中元素是封装好的业务对象。我们将用户的业务请求封装为了Message对象，并将服务器处理结果封装为了ResultMessage。消息队列、Message以及ResultMessage的定义如下：

为了体现业务的优先级我们分别定义了三个接受队列和三个发送队列，接受队列分别为：receiveQueue1，receiveQueue2，receiveQueue3，其中三个队列的优先级依次递增。发送队列分别为：sendQueue1，sendQueue2，sendQueue3优先级依次递增，队列伪代码如下：

Message是对用户请求的封装主要包括：业务类型、地点、时间、请求对象、用户名密码、socket标记、登录时间、操作状态等，详细可见如下代码。

ResultMessgae是对服务器对用户请求响应的封装，主要包括：主要包括了结果和socket标记两个属性。结果是用户请求的处理结果，包括两大类，一种是status表示的是状态值，一种是result是结果集。socket标记是保证服务器的响应能够正确的交付给相应用户。代码如下

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