OpenTCS的基本结构与核心概念

本文介绍OpenTCS的核心架构和基本概念。

核心架构概览

OpenTCS采用模块化设计，主要包含以下核心组件：

Opentcs的基本架构描述

核心组件（Kernel）

kernel作用

• 小车外设控制，通过（Vehicile driver等驱动程序，直接通过http或者tcp自定义报文的方式控制其他设备）。
• 对外提供http接口和rmi接口（java的一种远程rpc调用），方便外部程序调用Kernel的一些方法或者数据数据。
• 订单分派管理（Dispatching）：客户要求把某个东西，从A移动到B，如何分配小车。
• 路由计算（Routing）：如何根据最短路径算法进行小车的移动路由，例如：基于距离的，基于边权重的，采用迪杰斯特拉算法或者A星算法等处理。
• 调度控制（Scheduling）：小车真正执行任务时，相关资源调度控制。可以锁定独占某些资源，例如：路径、点位。

哪些研究会涉及到Kernel

• 想要扩展一种小车或者外设，并和它们建立控制通信，实现新设备的兼容。
• 开发一种外部自动化程序，通过http或者rmi主动控制Kernel，实现小车调度的解耦，避免直接硬编码的方式去操作小车。
• 自定义一种更高效的订单分配策略，比默认的策略更优。
• 自定义一种路由计算方法，更好地让小车更低成本地寻路。
• 自定义一种调度控制算法，更好地锁定和释放资源，可以让单位时间的订单运输量提升。

Kernel无法实现的

• 无法对于现实场景的精确仿真。Kernel中只识别特定的点位（Point）、路径（Path）、特定的目的地(Location)。所以，只能基于现场情况，设计好具体的抽象定义。
• 无法具体控制小车的运动轨迹。Kernel只会告诉小车，应该从A地点移动到B地点，至于小车如何规划从A移动到B的运功轨迹，则属于小车硬件自身的调度建模控制。

地图编辑器（Model Editor）

自带一种java的swing实现的地图编辑器，可以opentcs的默认地图编辑；这里不详细展开说明。主要的功能：

• 编辑地图，把地图保存到本地的xml文件中，或者从本地的xml文件加载地图。
• 上传地图到kernel中，让kernel可以识别到最新的地图配置。

核心控制器（Kernel Control Center）

自带一种java的swing实现的核心控制台，可以控制小车和外设的最基本状态。主要的功能：

• 启用或者关闭某个小车或者外设。
• 切换小车或者外设的驱动程序。
• 修改小车或者外设的驱动程序的参数。

操作台（Operations Desk）

自带一种java的swing实现的操作台，可以新建订单，设置小车的位置等。主要的功能：

• 给小车分配管理订单任务。
• 给外设分配任务。
• 实时观测当前的运行状态。

核心技术栈

后台技术栈

• 编程语言：java
• 依赖管理容器：guice
• 插件扩展：spi机制

可视化技术栈

• 编程语言：java
• GUI层：swing
• GUI绘制框架：jhotdraw
• 可视化编辑IDE：Netbeans【可以用Eclipse或者IDEA去编辑开发，但是不能编辑swing组件的form文件，因为官方的源代码中，配置的swing组件都是netbeans组件，所以Netbeans可以顺利打开】

Java实现细节基础

需要预先了解guice的基本概念，如何管理和注入依赖。
需要了解SPI机制，了解如何自动发现其他的jar包，自动生效。
需要了解几个核心的Inject扩展机制：

• KernelInjectionModule：核心的Kernel的扩展机制，后续主要围绕此扩展进行。
• ControlCenterInjectionModule：核心控制器扩展机制，如果后续要增加 核心控制器的GUI功能，则需要针对gui需求进行扩展。如果改用接口调用，则一般不需要开发扩展此模块。
• PlantOverviewInjectionModule：地图扩展机制，一般用来地图编辑器和操作台的扩展，很少涉及到扩展。