胡晨光

（中國電子科技集團公司 第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

0 引 言

目前，接入車聯(lián)網的電動汽車日益增多，車輛上報數(shù)據呈爆炸式增長[1-2]。按照國家安全監(jiān)管相關要求，電動汽車的消息數(shù)據必須上報至國家平臺[3]，以便車輛銷售地區(qū)管理部門實時獲取本地車輛運行狀態(tài)。此外，商用電動汽車的購買企業(yè)需要實時掌握車輛所處位置及車輛電池等信息[4]；提供公共服務的第三方企業(yè)，如充電樁企業(yè)、電網公司等[5]，為更好服務車主，要求車聯(lián)網平臺將車輛信息接入其企業(yè)平臺。因此要求電動汽車上報的消息數(shù)據能夠及時轉發(fā)至多個平臺。

盡管通過文件配置和條件編碼編寫的路由轉發(fā)服務程序可以實現(xiàn)上述功能，但由于接入車輛不斷增加，且政府和企業(yè)對數(shù)據接入的需求不同，導致傳統(tǒng)路由轉發(fā)程序復雜，不宜維護。此外，單體轉發(fā)程序會帶來路由轉發(fā)程序的相互影響，一旦某一轉發(fā)邏輯出現(xiàn)問題，將影響其他轉發(fā)流程的進行，導致客戶體驗較差。

本文通過對消息路由目的地進行分類，利用Apache Camel框架編寫路由規(guī)則[6]，采用并串行數(shù)據處理方式，以提高路由效率和系統(tǒng)擴展性。采取微服務架構開發(fā)和部署路由轉發(fā)模式，通過獨立部署運行實現(xiàn)一個路由服務實例對應多個轉發(fā)服務實例。轉發(fā)服務與第三方平臺實行一對一服務，避免轉發(fā)服務相互影響，在提高系統(tǒng)魯棒性的同時也便于人員維護。

1 設計方案

車聯(lián)網消息路由轉發(fā)方案根據車輛的轉發(fā)目的地平臺要求，數(shù)據經由路由服務發(fā)向不同的消息主題隊列中，再通過轉發(fā)服務發(fā)送至各目的地平臺。本方案涉及兩個核心服務，即路由服務和轉發(fā)服務。

1.1 總體架構

數(shù)據路由轉發(fā)方案總體架構如圖1所示。

圖1 數(shù)據路由轉發(fā)方案總體架構

由圖1可知，路由轉發(fā)方案由一個消息隊列組件和兩項服務組成。其中，消息隊列組件[7]選用Apache ActiveMQ。車輛消息經過路由服務處理后，由路由器發(fā)向不同消息目的地的主題隊列。各轉發(fā)服務從各自主題隊列中讀取消息，再轉發(fā)至外部第三方服務平臺。

1.1.1 方案組成部分說明

（1）消息隊列組件

消息隊列組件是系統(tǒng)中消息交換的中間子系統(tǒng)[8]，用于存儲向外部提供的主題消息。消息隊列組件既支持主題消息寫入，也支持主題消息讀取。將消息的生產和消費過程解耦，以提高系統(tǒng)的并發(fā)能力和擴展性。此外，消息隊列組件具有“削峰填谷”的作用，若瞬間大量消息涌入系統(tǒng)，且超過系統(tǒng)的消費服務處理能力，那么消息隊列組件將緩存未處理的數(shù)據，待消息生產速度降低或消費服務能力提升后，再將緩存消息發(fā)送給消費者。

（2）消息路由服務

按照車輛配置的消息目的標識符將消息轉發(fā)至消息隊列的不同主題中[9]。對于消息隊列組件而言，消息路由服務是消息的生產者，由加載器、消息提取器、處理器、路由器組成。加載器在路由服務啟動時加載車輛的配置信息，形成路由表；消息提取器按照消息的格式協(xié)議提取本條消息所屬的車輛信息及消息的版本信息；處理器從消息中提取出車輛信息，找到其路由條目并進行消息轉換；路由器將本消息路由至不同的主題消息隊列中。

（3）消息轉發(fā)服務

消息轉發(fā)服務是由多個獨立的消息轉發(fā)服務實例組成[10]。每個消息服務實例對應一個外部第三方平臺，按照外部平臺的接入要求，實現(xiàn)消息的轉發(fā)。轉發(fā)服務組件包括消息轉換模塊和消息轉發(fā)模塊。其中，消息轉換模塊是將本地消息格式轉換成外部平臺的消息格式；消息轉發(fā)模塊則通過TCP或HTTP等方式把消息發(fā)送給第三方平臺。

1.1.2 路由服務流程

路由服務啟動時，由加載器從外部系統(tǒng)中加載車輛的配置信息，如車輛的VIN碼、T-BOX標識符、售賣地、所屬單位等，然后將配置信息組合成消息目的標識符，并建立車輛路由表。同時，車輛路由表也是車輛VIN碼、T-BOX標識符和目的標識符組成的Key-Value對應表。當收到一條車輛消息時，消息提取器提取出消息的協(xié)議版本，并根據此版本解析出消息所屬車輛的VIN碼或T-BOX標識符，之后再組合成路由表中的Key值，然后根據Key值查找消息目的標識符。處理器解析消息目的標識符，并將其分割成多個路由標識符類發(fā)送至路由器。路由器將路由標識符類按路由規(guī)則轉發(fā)至消息隊列中的目的地主題隊列，實現(xiàn)消息的路由過程。

1.1.3 轉發(fā)服務流程

轉發(fā)服務流程從主題隊列中提取消息，解析出目的地平臺所需要的數(shù)據（地理數(shù)據等），再經過消息轉換模塊將其轉換成第三方平臺的消息協(xié)議格式。在此過程中，按照目的地平臺的要求，需要增加或過濾車輛上報信息，以滿足平臺車輛上報數(shù)據的時序要求。最后，將數(shù)據進行轉換并發(fā)送到內部轉發(fā)隊列，再由轉發(fā)模塊轉發(fā)到指定的目的地平臺中。

1.2 關鍵設計

1.2.1 消息目的標識符

按照車輛各類目的地平臺轉發(fā)要求，可以將其分為三類：國家政府類平臺、地方政府類平臺、企業(yè)類平臺。其中，國家政府類平臺出于安全監(jiān)管的目的，對全國車輛進行監(jiān)控；地方政府類平臺只監(jiān)控在本地銷售的車輛運行狀態(tài)，一般一個省或直轄市是一個監(jiān)管平臺；企業(yè)類平臺主要監(jiān)控本企業(yè)購買和運營車輛的運行狀態(tài)。此外，上述三類平臺各自包括多個獨立平臺，如國家政府類平臺還包括質監(jiān)局平臺、商用車平臺等。國家政府類平臺和地方政府類平臺數(shù)量可控，企業(yè)類平臺數(shù)量較多。在國家政府類平臺中，車輛上報消息數(shù)據可能會同時發(fā)送至多個獨立平臺，而在地方政府類平臺和企業(yè)類平臺中，車輛上報信息數(shù)據只發(fā)送給本類平臺中的其中一個監(jiān)管平臺?；诖?，結合空間和效率，本設計將每個車輛的消息目的標識符設置為一個32位的整型變量。消息目的地標識符定義如圖2所示。

圖2 消息目的地標識符定義

（1）地方政府類段占據0～7位，最大可標識255個城市或省份；

（2）國家段占據8～11位，信息可同時發(fā)送到國家類平臺的多個獨立平臺，但目前只支持4個國家平臺；

（3）企業(yè)段是高16位，如1代表運輸企業(yè)，2代表銀行企業(yè)等，最多支持65 535家企業(yè)；

（4）保留區(qū)為4位，其可支持企業(yè)平臺類段或者國家政府類段的擴展。

1.2.2 路由規(guī)則

消息分段路由流程如圖3所示。

圖3 消息分段路由流程

根據目的地平臺轉發(fā)分類特點建立路由規(guī)則。首先判斷國家類字段，如果此字段為0，則轉到判斷地方政府字段；如果該字段非0，則按位依次判斷，其中某一位為1時，將信息轉發(fā)至相應的“國家+數(shù)值”名稱的主題隊列中。

地方政府字段非0時，依次判斷其余位是否為1，為1則轉發(fā)至“地方+數(shù)值”名稱的隊列中。企業(yè)類字段處理與地方政府字段處理流程基本一致。

以上隊列名稱可根據需要設定具體名稱，如“國家4隊列”可命名為“國家質監(jiān)局隊列”。如果地方政府類和企業(yè)類隊列較多，則無需為每個隊列命名，簡化處理后直接將消息轉發(fā)至“地方（企業(yè)）+數(shù)值”的隊列中。

2 方案實現(xiàn)

2.1 Camel簡介

Apache Camel是基于企業(yè)集成模式（EIP）、整合了數(shù)百種第三方組件而建立的開源集成框架。其可為消息處理過程提供便捷的消費、計算和存儲框架，在軟件設計框架領域應用廣泛。本文利用其強大的規(guī)則引擎實現(xiàn)復雜的路由策略。

2.2 路由實現(xiàn)

路由實現(xiàn)基于車輛消息在消息隊列中（如ActiveMQ，路由服務從隊列中讀取該消息并提取車輛VIN碼）找到與之對應的消息目的標識符。消息目的標識符經過路由處理后，將其發(fā)送到不同的主題隊列中。

在做條件判斷之前，需要將消息目的標識符分割為國家類段、地方政府類段、企業(yè)類段，然后分別對三段標識符進行判斷。該過程邏輯的目的是實現(xiàn)Camel的Processor接口，將其命名為SeperatorDestinationTagProcessor處理過程。消息協(xié)議轉換處理類的目的同上。

為了編寫路由，必須繼承RouterBuilder類并將其命名為UploadMessageRouter，重寫Configure函數(shù)并在其中編寫路由規(guī)則。整合上述Processor處理類，利用choice、when、otherwise取代傳統(tǒng)代碼中的if-else，形成流式處理方法。

并行轉發(fā)數(shù)據時，采用Camel方式實現(xiàn)的路由規(guī)則無需進行額外線程操作，只需增加一行ParallelProcessing（）即可實現(xiàn)并行發(fā)送。此外，把數(shù)據轉發(fā)至文件或其他消息隊列（如Kafka）時，只需創(chuàng)建文件或Kafka訪問端點，然后在to中導入訪問端點即可。

3 結 語

本文介紹了一種基于Camel框架的車聯(lián)網消息路由轉發(fā)方案。通過采用路由轉發(fā)服務分離設計，對轉發(fā)目的地平臺類型進行梳理，引入消息隊列組件，之后利用Camel強大的規(guī)則引擎實現(xiàn)順序和并行消息路由規(guī)則與路由轉發(fā)方案。此方案較之傳統(tǒng)的條件判斷方法具有擴展性強、代碼邏輯清晰、易于維護等特點，大大提高了系統(tǒng)消息并發(fā)處理效率。