【后勤保障與裝備管理】

IETM數(shù)據(jù)顯示與存儲技術(shù)研究

喬福超，齊玉東，陳青華

(海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺264001)

摘要：為提高交互式電子技術(shù)手冊(IETM)的數(shù)據(jù)顯示和存儲能力，分析了IETM數(shù)據(jù)描述語言及其特點(diǎn)，討論了使用XSL和CSS樣式單對IETM數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示控制的方法，提出了一種使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)存儲IETM數(shù)據(jù)的方法；所討論的IETM數(shù)據(jù)顯示與存儲技術(shù)在某校園網(wǎng)IETM系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，具有一定的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：交互式電子技術(shù)手冊；XML；數(shù)據(jù)庫；XSL

收稿日期：2014-08-15

作者簡介：喬福超(1989—)，男，主要從事計(jì)算機(jī)測控技術(shù)研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.03.025

中圖分類號：TP391.1

文章編號：1006-0707(2015)03-0094-04

本文引用格式：喬福超，齊玉東，陳青華.IETM數(shù)據(jù)顯示與存儲技術(shù)研究[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(3):94-97.

Citation format:QIAO Fu-chao, QI Yu-dong, CHEN Qing-hua.Research on Technology of IETM’s Display and Storage[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(3):94-97.

Research on Technology of IETM’s Display and Storage

QIAO Fu-chao, QI Yu-dong, CHEN Qing-hua

(Naval Aeronautical Engineering Institute, Yantai 264001, China)

Abstract:In order to improve the ability to display and store the data from interactive electronic technical manual (IETM), we analyzed IETM’s description language and its characteristic, and discussed a technology to control IETM’s display with cascading style sheet and extensible style sheet language, and proposed a method to store IETM’s data with relational database and file system. The technology of IETM’s display and storage discussed above was used in an IETM of campus network system, which has a certain practicality.

Key words: interactive electronic technical manual; XML; database; XSL

交互式電子技術(shù)手冊(Interactive Electronic Technical Manual，IETM)是以數(shù)字形式存儲，采用文字、圖形、表格、音頻和視頻等形式，以人機(jī)交互方式提供裝備基本原理、操作使用和維修內(nèi)容的技術(shù)出版物[1]。該技術(shù)是上世紀(jì)80年代美軍提出的一項(xiàng)重要的軍事裝備保障技術(shù)，是美軍“持續(xù)采辦與壽命周期保障”(Continuous Acquisition and Life-cycle Support，CALS)戰(zhàn)略的重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)。目前，國內(nèi)外主流的IETM標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)模型、顯示布局、數(shù)據(jù)編碼體系等方面進(jìn)行了細(xì)致的規(guī)范，但關(guān)于數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲方面的詳細(xì)技術(shù)并未進(jìn)行說明。因此，結(jié)合某校園網(wǎng)系統(tǒng)IETM項(xiàng)目的實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對IETM數(shù)據(jù)的顯示和存儲技術(shù)進(jìn)行研究和討論，為相關(guān)的研究與開發(fā)提供參考。

1IETM數(shù)據(jù)的描述

IETM數(shù)據(jù)是指在IETM中用于描述裝備技術(shù)資料及自身元信息的數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)IETM數(shù)據(jù)的互操作性，便于IETM系統(tǒng)之間以及IETM系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)(如裝備綜合保障信息系統(tǒng))之間的數(shù)據(jù)交換和共享，IETM數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)具有一定的可重用性、可移植性。在IETM三十多年的發(fā)展歷程中，先后使用了多種標(biāo)記語言來描述數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和移植。其中，SGML、XML兩種標(biāo)記語言在IETM中有重要應(yīng)用。標(biāo)記語言的發(fā)展歷史如圖1所示。

1.1SGML在IETM中的應(yīng)用

20世紀(jì)60年代，IBM的研究人員創(chuàng)建了廣義標(biāo)記語言(Generalized Markup Language，GML)，其初衷是將其作為一種通用的文檔格式，以提高系統(tǒng)的可移植性。在隨后的應(yīng)用過程中，IBM進(jìn)一步完善并規(guī)范了GML，使其發(fā)展成為標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言(Standard Generalized Markup Language，SGML)。SGML是一種用于定義文檔結(jié)構(gòu)、描述文檔內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)語言，其主要功能是通過設(shè)計(jì)文檔類型定義(Document Type Definition，DTD)文件來定義文檔格式，并通過標(biāo)簽來表示文檔內(nèi)容。由于格式與內(nèi)容的分離，使用SGML編寫的文檔可以使用不同的程序進(jìn)行編輯、檢索，有效地解決了文檔在多種操作系統(tǒng)間的移植問題。SGML的這一特性迎合了裝備保障領(lǐng)域單位多且需要統(tǒng)一技術(shù)信息的特點(diǎn)，成為IETM數(shù)據(jù)描述最初的首選[2]。20世紀(jì)80年代，美軍制訂了以SGML為基礎(chǔ)的《MIL-PRF-28001 電子文件交換及表示的置標(biāo)要求與通用格式指南》標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定了凡是在武器裝備采購中所建立的電子文檔，必須遵循美國國防部的SGML標(biāo)準(zhǔn)[3]。歐洲在同時(shí)期發(fā)布的S1000D標(biāo)準(zhǔn)以及美軍在1992年發(fā)布的MIL-M-87268、MIL-M-87269標(biāo)準(zhǔn)也提供了對SGML的支持[4]。這些標(biāo)準(zhǔn)為IETM的快速發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

圖1　標(biāo)記語言的發(fā)展歷史

1.2XML在IETM中的應(yīng)用

可擴(kuò)展標(biāo)記語言(Extensible Markup Language，XML)是對SGML進(jìn)行簡化后的子集，它擯棄了SGML復(fù)雜、難以使用的部分，但同時(shí)保留了SGML的各種優(yōu)點(diǎn)，如優(yōu)良的可擴(kuò)展性、格式與內(nèi)容的分離等。可以說，凡是SGML能實(shí)現(xiàn)的功能，XML幾乎都能實(shí)現(xiàn)[5]。此外，通過多種XML周邊技術(shù)的支持，還可以實(shí)現(xiàn)文檔類型檢驗(yàn)、操作、搜索、查詢等功能。由于XML語言的優(yōu)勢，很多IETM標(biāo)準(zhǔn)都逐步由支持SGML轉(zhuǎn)為支持XML作為數(shù)據(jù)的描述語言，如S1000D標(biāo)準(zhǔn)、美軍MIL-STD-2361標(biāo)準(zhǔn)、美軍MIL-STD- 40051標(biāo)準(zhǔn)等。我國IETM因研究起步較晚，推出的GJB6600標(biāo)準(zhǔn)主要是以國外標(biāo)準(zhǔn)作為參考，因此也采用XML作為數(shù)據(jù)描述語言。總體來看，采用XML描述IETM數(shù)據(jù)已成為IETM創(chuàng)作的主流。

2IETM數(shù)據(jù)的顯示

XML只能用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和存儲，并不確定數(shù)據(jù)以何種方式、以怎樣的界面呈現(xiàn)出來。這種數(shù)據(jù)邏輯與顯示邏輯分離的特性帶來許多優(yōu)點(diǎn)，例如：在編寫XML文件時(shí)，只需要關(guān)注數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)；可以突出XML數(shù)據(jù)存儲的優(yōu)勢，簡化數(shù)據(jù)搜索的復(fù)雜度；可以使XML文件具有更好的自描述性等。在此基礎(chǔ)上，為了使XML數(shù)據(jù)能以可視化的方式顯示出來，還需要為XML文檔添加樣式單(Style Sheet)。樣式單是一種專門描述結(jié)構(gòu)化文檔表現(xiàn)方式的文件，它既可以描述這些文檔如何在屏幕上顯示，也可以描述它們的打印效果。對于XML的顯示，W3C給出了兩種推薦的樣式單標(biāo)準(zhǔn)：一種是級聯(lián)樣式單(Cascading Style Sheet，CSS)，另一種是可擴(kuò)展樣式單語言轉(zhuǎn)換(Extensible Style sheet Language，XSL)。通過XSL與CSS的相互配合，共同完成IETM數(shù)據(jù)的顯示。

2.1CSS簡介

CSS最初是為HTML頁面設(shè)計(jì)的一個(gè)網(wǎng)頁排版樣式標(biāo)準(zhǔn)，用以增強(qiáng)HTML有限的表現(xiàn)功能。CSS文檔通常包含一系列的顯示規(guī)則，這些規(guī)則可以控制網(wǎng)頁內(nèi)容的精確布局、邊框、字體、顏色等顯示樣式，甚至一些網(wǎng)頁特效也可以借助于CSS實(shí)現(xiàn)。CSS雖是為HTML設(shè)計(jì)的，但它同樣適用于XML文檔的顯示控制。CSS具有以下幾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢：

1) 表達(dá)效果豐富。CSS支持文字和圖像的精確定位、交互性操作等功能，其對于文檔內(nèi)容的表現(xiàn)力遠(yuǎn)超過HTML中的標(biāo)記。此外，CSS的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范獨(dú)立于其他結(jié)構(gòu)化文檔的規(guī)范，當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)更加豐富的表現(xiàn)效果時(shí)，只需要修改樣式單規(guī)范即可，無需修改原始的數(shù)據(jù)文檔內(nèi)容。

2) 文檔較小。在實(shí)際應(yīng)用中，若相同標(biāo)記下的內(nèi)容有相同的表現(xiàn)形式，使用傳統(tǒng)的方法需要為每一個(gè)標(biāo)記分別定義顯示格式，從而造成大量的重復(fù)定義。而在CSS中，對同一類標(biāo)記只需要進(jìn)行一次格式定義即可，大大減少了需要傳輸?shù)奈募拇笮?，提高傳輸速度，?jié)約帶寬。

3) 可讀性好。CSS對各種標(biāo)記的顯示進(jìn)行集中的定義，且定義方式直觀易讀。這使得它的可讀性、可維護(hù)性都比較好。

2.2XSL簡介

XSL的主要作用是將一份XML文檔徹底地轉(zhuǎn)換為另一份格式文檔，如轉(zhuǎn)換為一份HTML文檔或另一份不同的XML文檔。相比于CSS所能夠定義的布局定位、顏色控制、字體控制等功能，XSL要強(qiáng)大得多，也復(fù)雜得多：它不僅可以定義XML文檔的顯示外觀，還能夠獲得對XML文檔里所有數(shù)據(jù)的全部控制權(quán)，從而完成將XML文檔向其他格式文檔轉(zhuǎn)換的工作。此外，XSL還內(nèi)置了一些具有計(jì)算、排序功能的函數(shù)，甚至允許開發(fā)者開發(fā)自定義函數(shù)，因而可以對XML文檔的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新整理，并添加開發(fā)者所需要的控制邏輯，然后再將其顯示出來。

XSL樣式單的實(shí)質(zhì)只是控制源XML文檔到結(jié)果文檔之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，它本身并不能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此必須要使用XSL轉(zhuǎn)換器才能夠完成實(shí)際的轉(zhuǎn)換工作。目前，很多程序和工具支持都XSL轉(zhuǎn)換，最常見的有各種瀏覽器，如Internet Explorer、Firefox等。除此之外，各種XML編輯器，如XMLSpy、Stylus Studio等也可以支持XSL轉(zhuǎn)換。

2.3IETM數(shù)據(jù)顯示技術(shù)

IETM數(shù)據(jù)的顯示是由XSL樣式單、CSS樣式單等文檔共同合作完成的，其顯示過程如圖2所示。首先，依據(jù)Schema或DTD文檔定義的數(shù)據(jù)模型約束，將與裝備相關(guān)的技術(shù)資料編輯為XML文檔和其他相關(guān)的信息對象。同時(shí)，依據(jù)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)相應(yīng)的XSL轉(zhuǎn)換文檔，考慮到所有的IETM數(shù)據(jù)均符合數(shù)據(jù)模型的約束，因此可直接針對數(shù)據(jù)模型的元素結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)XSL轉(zhuǎn)換文檔。符合同一數(shù)據(jù)模型約束的多個(gè)XML文檔在XSL作用下可轉(zhuǎn)換為風(fēng)格一致的多個(gè)HTML文檔。轉(zhuǎn)換之后的HTML文檔再通過引用CSS樣式單文檔，對網(wǎng)頁的布局、色彩、字體、對齊方式等顯示風(fēng)格進(jìn)行詳細(xì)的控制，最終將IETM頁面顯示在通用的瀏覽器中。

圖2　IETM的數(shù)據(jù)顯示過程

這種顯示方式有以下優(yōu)點(diǎn)：

1) 各個(gè)文檔各司其職：XML文檔負(fù)責(zé)傳輸、存儲數(shù)據(jù)；XSL樣式單負(fù)責(zé)將XML文檔轉(zhuǎn)換為HTML文檔，從而將XML數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合在瀏覽器中顯示的內(nèi)容；CSS樣式單針對轉(zhuǎn)換后的HTML定義顯示樣式。在數(shù)據(jù)模型和HTML顯示框架確定的情況下，各個(gè)文檔可獨(dú)立設(shè)計(jì)與開發(fā)。

2) 當(dāng)XML遵守一定的數(shù)據(jù)模型(如描述類數(shù)據(jù)模型、程序類數(shù)據(jù)模型等)時(shí)，開發(fā)人員只需要針對這幾種特定的數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)相應(yīng)的XSL樣式單文檔即可，不必對每一份XML文檔都重新設(shè)計(jì)XSL樣式單，從而提高效率，極大地減少了工作量。

3) CSS樣式單可以只設(shè)計(jì)一份，重復(fù)使用；也可以設(shè)計(jì)多種樣式，以便用戶選擇喜愛的顯示風(fēng)格。

以筆者近期研發(fā)的校園網(wǎng)系統(tǒng)IETM為例，該IETM使用XML文檔進(jìn)行數(shù)據(jù)描述，使用XSL樣式單進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使用CSS樣式單進(jìn)行顯示控制，最終的顯示效果如圖3所示。

圖3　IETM數(shù)據(jù)在瀏覽器中的顯示效果

3IETM數(shù)據(jù)的存儲

3.1IETM數(shù)據(jù)存儲方案

目前，對XML數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理主要有以下3種方式：

1) 文件系統(tǒng)。該方式將XML數(shù)據(jù)直接存儲在XML文檔中，并通過文件系統(tǒng)進(jìn)行管理。當(dāng)程序需要對XML數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問時(shí)，首先利用文件系統(tǒng)找到所需的XML文檔，然后結(jié)合XML文檔的元素結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進(jìn)行遍歷訪問和操作。這種方法結(jié)構(gòu)簡單且容易實(shí)現(xiàn)，但也有很多不足之處，例如，數(shù)據(jù)組織存儲效率低下，數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等功能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，數(shù)據(jù)的完整性、一致性、安全性得不到保證等。這些缺陷使得該方法無法滿足IETM大量數(shù)據(jù)管理的功能及性能要求。

2) 原生XML數(shù)據(jù)庫。原生XML 數(shù)據(jù)庫(Native XML Database，NXD)是專用于存儲XML文檔的數(shù)據(jù)庫。它維持原有XML文檔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和元數(shù)據(jù)不變，通過XML相關(guān)技術(shù)(如XPath、XQuery、DOM等技術(shù))對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。與其他類型數(shù)據(jù)庫相比，它同樣支持事務(wù)管理、安全、多用戶訪問、編程API和查詢語言等，唯一區(qū)別是其內(nèi)部模型是基于XML的，而不是其他的模型(如關(guān)系模型)。該型數(shù)據(jù)庫尤其適合存儲以文檔為中心以及半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。目前，原生XML數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)尚不成熟，但這種存儲方式已成為IETM數(shù)據(jù)存儲的發(fā)展趨勢。

3) 支持XML的數(shù)據(jù)庫。支持XML的數(shù)據(jù)庫(XML Enabled Database，XED)是指在已有的其他類型數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上增加了XML支持模塊，通常是利用映射層來管理XML數(shù)據(jù)，使得XML數(shù)據(jù)能夠與數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換。支持XML的數(shù)據(jù)庫可以是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫或者關(guān)系數(shù)據(jù)庫，其中，使用較為廣泛的是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，需要將XML數(shù)據(jù)按一定的算法映射到數(shù)據(jù)庫的表中，XML文檔存入到數(shù)據(jù)庫時(shí)就是XML源文件“打碎”的過程，而文件的取出則需要“重新組合”。在這種存儲方式下，關(guān)系數(shù)據(jù)庫所具有的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理能力依然沒有改變，數(shù)據(jù)的移植性較高。此外，關(guān)系數(shù)據(jù)庫發(fā)展成熟，存儲規(guī)范，應(yīng)用領(lǐng)域廣，因此，使用支持XML的關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲IETM數(shù)據(jù)是一種可行方案。

3.2一種簡化的關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲方案

IETM數(shù)據(jù)包含大量的XML文檔和信息對象。如果將這些XML文檔中的數(shù)據(jù)全部分解映射為關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的字段再進(jìn)行存儲，則需要進(jìn)行復(fù)雜的映射轉(zhuǎn)換過程，其結(jié)果將產(chǎn)生大量的表格，且很能出現(xiàn)空置(null)字段，導(dǎo)致浪費(fèi)空間、效率低下[6]。因此，提出一種簡化的利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲XML數(shù)據(jù)的方案。該方案采用“元數(shù)據(jù)+文件”的方式，將IETM數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)中。以GJB6600標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的IETM數(shù)據(jù)(包括XML數(shù)據(jù)模塊和信息對象)為例，對這種存儲方法進(jìn)行說明。

3.2.1數(shù)據(jù)模塊的存儲

在對數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行存儲時(shí)，首先提取其元數(shù)據(jù)(即標(biāo)識與狀態(tài)段數(shù)據(jù))并進(jìn)行分解，將分解后的數(shù)據(jù)模塊編碼、發(fā)布日期、標(biāo)題等元數(shù)據(jù)信息分別存儲到關(guān)系數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的字段中；然后，將數(shù)據(jù)模塊文件以二進(jìn)制格式存儲到BLOB字段中。由于IETM數(shù)據(jù)模塊普遍使用標(biāo)準(zhǔn)的編碼體系對數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行唯一標(biāo)識，因此通過元數(shù)據(jù)便可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模塊的檢索與管理。使用這種存儲方式，極大程度地減少了數(shù)據(jù)表的數(shù)量和null字段的產(chǎn)生，且數(shù)據(jù)模塊具備一定的安全性。以GJB6600標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的數(shù)據(jù)模塊為例，關(guān)系數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)模塊的存儲表如表2所示。

表2　XML數(shù)據(jù)的存儲數(shù)據(jù)表

3.2.2信息對象的存儲

信息對象的存儲與數(shù)據(jù)模塊存儲方法相似。首先提取信息對象的元數(shù)據(jù)并進(jìn)行分解，將分解后的信息控制碼、文件類型、創(chuàng)建日期等元數(shù)據(jù)提取并存儲在數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的字段中。考慮信息對象文件一般體積較大，若直接將其存儲為二進(jìn)制文件必定會影響數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行效率。因此，將信息對象文件存放至文件系統(tǒng)中，而在數(shù)據(jù)庫中僅存儲該信息對象的文件路徑URL。如此，IETM數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)只需要到數(shù)據(jù)庫中讀取相應(yīng)文件的存放路徑，再根據(jù)該路徑訪問相應(yīng)的信息對象即可。在這種存儲方式下，關(guān)系數(shù)據(jù)庫中信息對象的存儲表如表3所示。

表3　多媒體數(shù)據(jù)的存儲數(shù)據(jù)表

4結(jié)束語

論文主要研究了IETM數(shù)據(jù)的顯示和存儲技術(shù)。在數(shù)據(jù)顯示方面，討論了使用XSL和CSS樣式單對IETM數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示控制的技術(shù)；在數(shù)據(jù)存儲方面，提出了一種使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)來存儲IETM數(shù)據(jù)的方法。所討論的IETM數(shù)據(jù)顯示與存儲技術(shù)在某校園網(wǎng)IETM系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，具有一定的實(shí)用性。

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(責(zé)任編輯楊繼森)