廖列法，張幸平

(江西理工大學 信息工程學院，江西 贛州 341000)

0 引 言

數(shù)字化時代的到來在很大程度上改變了人們傳統(tǒng)的生活生產(chǎn)方式，在各行業(yè)領域中基于iOS移動端的應用越來越多，同時隨著智能設備的逐漸普遍，移動互聯(lián)網(wǎng)技術已然成為未來高新技術發(fā)展的重要方向。與此同時，移動互聯(lián)網(wǎng)技術在傳統(tǒng)行業(yè)中的應用越來越廣泛，各個行業(yè)的改革也都朝著智能、智慧化方向發(fā)展。例如國家電網(wǎng)、各大高校、醫(yī)院、制造業(yè)，家居業(yè)等眾多領域都紛紛提出建設智能電網(wǎng)[1]、”互聯(lián)網(wǎng)+”課堂[2]、智慧醫(yī)療[3]、智能制造[4]、智能家居[5]。因此傳統(tǒng)指揮系統(tǒng)的升級也成為迫切需要解決的問題。

目前，傳統(tǒng)的指揮系統(tǒng)要求特定設備，功能較為單一，沒有良好的交互界面。比如樓宇對講系統(tǒng)[6]、基于Linux對講系統(tǒng)[7]分別使用對講機、Linux終端作為對講設備，同時也沒有可視化界面，難以滿足互聯(lián)網(wǎng)時代用戶的需求。在互聯(lián)網(wǎng)時代下，如何利用移動互聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)指揮系統(tǒng)的升級成了智能化發(fā)展的一個方向。比如以目前主流的iOS系統(tǒng)設備替換原有的舊型專用設備，增加地圖上實時顯示用戶位置，通過耳機控制對講，增加狀態(tài)類消息實時顯示當前狀態(tài)，設計更加人性化的UI提升用戶體驗效果等都是用戶提出的真實需求。因此開發(fā)基于iOS的智能可視化指揮系統(tǒng)[8]對傳統(tǒng)指揮系統(tǒng)的升級具有非常重要的意義以及應用價值。

1 總體方案設計

1.1 架構(gòu)設計

系統(tǒng)采用主流的C/S架構(gòu)，通過TCP協(xié)議實現(xiàn)客戶端與云服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸。首先，云服務器作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，主要負責用戶驗證，語音流數(shù)據(jù)，上下線、位置、控制類、狀態(tài)類等消息的解析與轉(zhuǎn)發(fā)，以及提供可靠的數(shù)據(jù)高速訪問和存儲服務，同時采用Ngnix[9]，Redis[10]，Nodejs[11]，Mysql[12]作為技術框架，支持分布式集群化部署滿足多用戶、高并發(fā)需求，實現(xiàn)云服務器的高性能，高可用。其中，Nginx為負載均衡反向代理服務器，可實現(xiàn)靜態(tài)分離，將所有客戶端的請求依據(jù)權重隨機的分配到相應的Nodje服務器，避免單臺Nodejs服務器負載過大的問題。Nodejs為應用服務器，負責與客戶端之間的數(shù)據(jù)分析與轉(zhuǎn)發(fā)，是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)中心。Redis為高速緩存服務器，建立主從的集群方案，作為mysql的緩存服務器，實現(xiàn)讀寫分離，保證數(shù)據(jù)的持續(xù)高速訪問。Mysql為多臺Nodejs的共享數(shù)據(jù)庫，提供數(shù)據(jù)存儲服務。整個系統(tǒng)的整體框架如1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 功能設計

在實現(xiàn)基礎對講功能外，客戶端以地圖作為基礎元素，利用網(wǎng)絡定位[13]、GPS定位[14]、離線定位[15]技術監(jiān)聽位置變化信息并實時通過云服務器轉(zhuǎn)發(fā)都所有在線的用戶，另外除了基本位置消息外，擴展了個人信息(包括頭像，真實姓名等)、搶麥消息、麥閑與麥忙消息、上下線消息等，結(jié)合這些消息，在地圖上可以非常直觀看出用戶上下線變化、位置變化、麥狀態(tài)變化等，其主要特點如下：

(1)設備多型化，支持當前主流的iOS移動系統(tǒng)設備作為客戶端，不再需要專用設備，隨身攜帶的iOS手機，iPAD就是一臺指揮設備。

(2)可視化指揮，在地圖上實時顯示用戶上下線、位置的變化，可以非常直觀反應出每個用戶的位置信息以及運動軌跡。

(3)特色功能，增加管理員優(yōu)先搶麥功能，耳麥控制對講功能，人性化的狀態(tài)提功能等，增強了指揮系統(tǒng)的功能和提升了客戶端的體驗效果。

2 系統(tǒng)軟件設計

云服務器作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，負責所有數(shù)據(jù)的解析與轉(zhuǎn)發(fā)，控制著整個數(shù)據(jù)的流向，其數(shù)據(jù)流程如圖2所示。當收到用戶上下線、語音流、麥狀態(tài)等消息時透傳給所有在線的用戶，再更新用戶列表、對語音流進行轉(zhuǎn)碼和播放以及顯示當前麥的狀態(tài)。當收到搶麥消息時，如果用戶具有管理員權限，都以管理員優(yōu)先的規(guī)則保證搶麥的成功。如果用戶是普通用戶權限，此時若麥處于空閑狀態(tài)則搶麥成功，反之，則搶麥失敗。如果搶麥成功，用戶可以開始說話，同時采集語音流數(shù)據(jù)進行編碼和實時發(fā)送到云服務器，再由云服務器轉(zhuǎn)發(fā)給所有在線用戶。

圖2 服務器數(shù)據(jù)流程

客戶端主要分為登錄與對講兩個模塊。首先，用戶在登錄模塊填寫用戶名、密碼、房間名、服務器地址信息后與云服務器建立連接。其次，進入對講模塊后，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)類型做出不同的響應，比如位置消息在地圖上標注位置，上下線消息更新用戶列表并在地圖上增加或刪除用戶，狀態(tài)類消息在界面上顯示提醒信息，語音流消息進行解碼與播放。同時建立數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機制，當位置、上下線發(fā)送變化時實時發(fā)送到云服務器。當需要說話時，發(fā)送搶麥消，如果搶麥成功，則進入對講流程，實時的采集語音流數(shù)據(jù)，并將編碼后的數(shù)據(jù)實時發(fā)送到云服務器，其功能流程如圖3所示。

圖3 客戶端功能流程

3 功能實現(xiàn)

利用Object-C層實現(xiàn)音頻的錄制、播放、事件回調(diào)的接口封裝(AudioStream)，C層實現(xiàn)音頻的錄制、播放、網(wǎng)絡傳輸。

3.1 錄音與播放

(1)錄音

通過原生組件AudioUnit錄制原始PCM格式的音頻流，經(jīng)Speex[8]編碼后再發(fā)送到服務器。

(2)播放

從網(wǎng)絡接收到音頻數(shù)據(jù)流，經(jīng)Speex解碼轉(zhuǎn)換為采樣位數(shù)為16 bit的PCM格式音頻數(shù)據(jù)，再通過AudioUnit進行播放。

3.2 對講功能API

(1)配置音頻流[[AudioStream singleStream] setupStream:(NSDictionary *)info];

Info參數(shù)參考表1。

表1 視頻流Info中的鍵值對

(2)連接

[[AudioStream singleStream] connect];

(3)斷開連接

[[AudioStream singleStream] disconnect];

(4)請求麥

[[AudioStream singleStream] reqMic];

(5)釋放麥

[[AudioStream singleStream] freeMic];

(6)錄音

[[AudioStream singleStream] record];

(7)停止錄音

[[AudioStream singleStream] stopRecord];

(8)注冊音頻流的事件回調(diào)

[[AudioStream singleStream] setAudioStreamEventHandler:

fe_audio_event_handle_t*audio_event_handle_callback];

參數(shù)為事件回調(diào)函數(shù)，回調(diào)事件說明參考表2。

表2 回調(diào)的事件說明

JSON消息

{′code′:′0′,′cmd′:′xxx′,′msg′:′xxx′}

消息說明參考表3。

表3 JSON消息格式說明

cmd說明參考表4。

表4 消息類型說明

msg說明參考表5。

表5 消息狀態(tài)說明

(9)自定義消息

[[AudioStream singleStream]sendCustom Event:(id)

msg];

參數(shù)為自定義的消息類型。

(10)位置變化消息

通過自定義消息方式發(fā)送位置變化消息，具體消息格式如下：

{

"type":"location",

"data":{

"userName":"zxp",

"latitude":"23.171999",

"longitude":"113.462033"

}

}

消息說明參考表6。

表6 消息說明

4 系統(tǒng)測試及結(jié)果

系統(tǒng)測試中，采用單機部署方案，將系統(tǒng)部署在一臺騰訊云服務器，其服務器配置信息為：CentOS 7.2 64位、雙核CPU、2 G內(nèi)存、5 M帶寬、1 T磁盤。以iOS手機，iPAD平板電腦作為測試客戶端，同時為了提升客戶端在不同機型下的適配性，分別在iPad系列，iPhone 5 s、6 s、7、8、X等不同設備上測試，所有的UI界面都能在這些主流機型正常的顯示。另外，分別在WiFi和4 G，3 G和2 G，網(wǎng)絡不穩(wěn)定等3種情況下進行測試，從測試結(jié)果來看，在網(wǎng)絡信號穩(wěn)定的情況下應用非常穩(wěn)定順暢，在網(wǎng)絡信號一般但可用的情況下基本可用，不影響正常功能的使用，在網(wǎng)絡不穩(wěn)定、時不時出現(xiàn)網(wǎng)絡斷開的情況下，應用會斷開，但一旦網(wǎng)絡可用則會自動重新與云服務器建立連接，恢復對講的所有功能。同時采用自動化測試工具，對服務器性能進行測試，其測結(jié)果見表7。

表7 服務器測試結(jié)果

從表7中可以看出，并發(fā)量從100增加到1000時，CPU利用率的變化為0.2%，0.3%，0.5%，說明服務器端為輕量型應用服務器，具有良好的性能。另外，消息數(shù)量從100增加到1000時，服務器響應時間都在毫秒之間且時間差為0.02 s，0.04 s，0.07 s，說明服務端具有較好消息處理能力，能夠達到指揮系統(tǒng)中對消息實時性的要求。

圖4登錄界面中，輸入賬號，密碼，房間名，服務器地址點擊登錄與服務器連接完成登錄操作。

圖4 登錄界面

圖5、圖6對講界面中，以地圖為基礎元素，在頂部顯示所有在線的用戶，同時在地圖上標注所有在線用戶的位置。

圖5 對講界面-搶麥成功

圖6 對講界面-其它人正在說話

5 結(jié)束語

隨著人工智能與移動互聯(lián)網(wǎng)技術在移動端的應用越來越廣泛，針對主流的iOS設備實現(xiàn)一套可視化指揮系統(tǒng)，既能增強指揮系統(tǒng)的功能，又能提供多元化的界面交互。另外，整個系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)均來自真實項目中用戶的實際需求，同時在用戶環(huán)境下進行分布式集群化部署，當前系統(tǒng)仍在健壯的運行中，評價較好，未收到用戶反饋的功能性問題。因此本文為傳統(tǒng)指揮系統(tǒng)的升級提供了一套非常實用有效的解決方案。下一步將在另一主流的Android系統(tǒng)上實現(xiàn)相應的指揮系統(tǒng)。