謝玉林 劉永平
摘要:傳統(tǒng)電子信息系統(tǒng)網絡通信存在延遲,為解決這一問題,提出基于自適配通信環(huán)境的電子信息系統(tǒng)。硬件設計方面,優(yōu)化系統(tǒng)架構,將總體架構從上到下分為應用層、服務層、中間構件層以及基礎資源層,在中間層中加入自適配通信環(huán)境中間件,優(yōu)化通信接口。軟件設計方面,優(yōu)化電子信息抗干擾流程,使電子信息的合成場強達到最大值,建立電子信息調度集,壓縮冗余數(shù)據(jù)特征,得到大規(guī)模存儲分布空間結構,提高電子信息存儲效率。實驗結果表明,此次系統(tǒng)縮短了通信時延,提高了信息數(shù)據(jù)傳輸速率,通信性能要優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)。
關鍵詞:自適配通信;電子信息系統(tǒng);通信接口
中圖分類號:U611.35 文獻標識碼:A
0引言
電子信息系統(tǒng)主要針對多格式的輸入信息,進行采集、加工、上報、傳輸和檢索等服務,實時展現(xiàn)多源信息,并將處理后的信息按需分發(fā)給相關用戶,在軍事領域應用較為廣泛,對區(qū)域信息進行一體化、綜合化集成,發(fā)展信息優(yōu)勢,具有重要的現(xiàn)實意義。國外電子信息系統(tǒng)研究較為成熟,在集成設計與分析技術領域,將系統(tǒng)快速原型作為設計目標,應用C4ISR體系結構框架,通過STK設計分析工具,對系統(tǒng)組件進行開發(fā),將建模與仿真作為系統(tǒng)評估的主要手段,根據(jù)仿真試驗結果,對電子信息系統(tǒng)進行修改和優(yōu)化,在復雜的開發(fā)環(huán)境中,通過Rhapsody為集成軟件的開發(fā)提供支持,分布式協(xié)作仿真與評估等功能,以此滿足開發(fā)環(huán)境的一體化需求。國內的電子信息系統(tǒng)研究起步較晚,對開發(fā)工具進行劃分,將其劃分為指控系統(tǒng)的構件化工具集,以及逆向工程工具集,然后無縫集成到網絡通信中,提高通信軟件的開發(fā)質量。在以上理論的基礎上,提出一種基于自適配通信環(huán)境的電子信息系統(tǒng),進一步改善傳統(tǒng)系統(tǒng)的網絡通信功能。
1電子信息系統(tǒng)設計
1.1電子信息系統(tǒng)硬件設計
1.1.1設計系統(tǒng)總體架構
對系統(tǒng)架構進行優(yōu)化,采取SOA為核心的技術框架,將服務中間件作為運行支撐,以基礎數(shù)據(jù)庫為基礎,將基礎服務作為系統(tǒng)架構的中心,將總體架構從上到下分為應用層、服務體系層、中間構件層、基礎資源層。利用基礎資源層,為系統(tǒng)開發(fā)提供各種資源,包括基礎數(shù)據(jù)和信息庫,控制基礎數(shù)據(jù)不受開發(fā)影響,利用文字、程序、圖形、框圖、文件等形式,對數(shù)據(jù)進行描述,使基礎數(shù)據(jù)以不同形式儲存于資源層中。在中間構件層,對構件接口標準規(guī)范進行定義,通過多層消息總線,對運算構件和表現(xiàn)構件進行集成,通過輕量級的構件集成框架,管理構件實體和運行時態(tài),提供系統(tǒng)服務運行的環(huán)境,使構件間的信息和功能進行交互,提供運行時所需的核心服務,包括用戶管理、安全作業(yè)等。將中間構件層劃分為消息中間件和集成構件,通過集成構件,實現(xiàn)構件運行管理、組件訪問、環(huán)境信息集成和構件注冊,屏蔽構件的開發(fā)、運行以及通信環(huán)境,為上層網絡通信提供一致的通信方式,綜合集成網絡通信,實現(xiàn)消息傳輸和時間統(tǒng)一等功能,以及專用協(xié)議轉換、通用信息傳輸和通信代理。利用服務體系層,為應用層提供服務,最后將應用層作為系統(tǒng)架構中服務的消費者,為支撐工具的開發(fā)提供支持,通過一致形式,將信息處理產品展現(xiàn)給操作者,集成界面構件,包括各種業(yè)務顯示、非實時信息顯示、實時信息顯示。至此完成系統(tǒng)架構的優(yōu)化。
1.1.2基于自適配通信環(huán)境優(yōu)化系統(tǒng)通信接口
在總體架構的中間構件層中,利用自適配通信環(huán)境這一主機基礎設施中間件,對電子信息的網絡接口進行優(yōu)化,簡化系統(tǒng)進程間的通信。在底層網絡通信中,加入自適配通信環(huán)境中間件,接收處理網絡傳輸?shù)哪繕诵畔?,充分發(fā)揮網絡傳輸?shù)氖录寗犹匦?,利用自適配通信環(huán)境提供公共接口,處理網絡連接的I/O事件,使系統(tǒng)通過中間件在接口間進行通信。通信接口采用UDP協(xié)議采集數(shù)據(jù),對I/O事件進行監(jiān)視,使自適配通信環(huán)境應用Wrapper Facade模式,接收實時轉播的數(shù)據(jù)。調用自適配通信環(huán)境中間件的登記對象,設置組播地址和端口號,使登記對象加入不同的組播地址,保持端口號相同,對電子信息數(shù)據(jù)進行接收。數(shù)據(jù)接收后,通過掛鉤方式處理網絡報文,解析網路報文協(xié)議標識,對不同類型的報文進行區(qū)分,最后使網絡接口更新電子信息數(shù)據(jù),通知用戶界面。當網絡傳輸存在長時間不通信的目標報文時,利用自適配通信環(huán)境反應器,登記I/O事件,判斷報文到達時間是否超時,當判斷為超時事件,則根據(jù)上一次收到位置,自動推算報文的當前位置,對目標報文進行定位,再次接收后轉入網絡報文接口,對信息數(shù)據(jù)進行處理。至此完成基于自適配通信環(huán)境中間件,系統(tǒng)通信接口的優(yōu)化。
1.2電子信息系統(tǒng)軟件設計
1.2.1設計電子信息抗干擾流程
在系統(tǒng)硬件設計完畢的基礎上,設計電子信息抗干擾流程,排除數(shù)據(jù)傳輸過程中的干擾信號。首先改變電子信息的傳輸信號,對傳輸信號的發(fā)射頻率進行合理調控,減小電子信號的干擾程度。然后利用擴頻技術,對傳輸信號進行調節(jié),由于電流會改變設備總電阻,對系統(tǒng)正常運作造成影響,因此降低接地線自身帶有的抗阻,使地線抗阻僅由電阻和電感兩部分組成,當電阻值較大時,避免電流在線路中受到阻礙。最后采用固態(tài)功率合成技術,預估傳輸信號到達的相位,計算距離相位一定距離處的場強,對各個單元信號的場強進行疊加,得到傳輸信號的分布式干擾源,利用矩量法,對干擾信號進行耦合求解,控制傳輸信號到接收點的相位皆為0,使合成場強的幅值達到最大值。分布式干擾下的耦合傳輸函數(shù)為:
1.2.2提高電子信息存儲效率
接收傳輸?shù)男畔?shù)據(jù),采用負載均衡控制理論,提高信息存儲密度。設置信息特征調度條件,建立電子信息的調度集,在存儲空間中,獲取電子信息存儲的任務調度向量,根據(jù)電子信息系統(tǒng)的應用環(huán)境,得到信息相應的用戶偏好程度,組建多用戶規(guī)則調度集,對電子信息的適應度函數(shù)進行計算,將其作為電子信息的自適應特征,從而對信息存儲的規(guī)則集屬性進行分類。其分類目標函數(shù)x為:
x=(t+1)cTwζ(2)
公式中,t為存儲開銷,c為電子信息傳輸閾值,T為信息數(shù)據(jù)規(guī)則集的規(guī)模,w為權重系數(shù),ζ為調度信息的傳輸時長。針對不同類別的電子信息,設置存儲節(jié)點,對信息存儲密度進行最大化處理,使存儲空間負載均衡,滿足特征調度條件。對調度的電子信息進行散布輸出,得到冗余數(shù)據(jù)的特征子集,進而壓縮處理冗余數(shù)據(jù),針對剩余的電子信息數(shù)據(jù),校驗其特征約束,得到大規(guī)模的存儲分布空間結構。在此基礎上,按照時間序列,對信息數(shù)據(jù)進行空間重構,根據(jù)最近鄰點的聯(lián)合概率,分布重組信息數(shù)據(jù),將大規(guī)模信息流映射至相空間中,獲得信息最優(yōu)特征分解條件。最后對特征集合進行輸出,實現(xiàn)電子信息的聚類處理,得到若干個數(shù)據(jù)塊,將數(shù)據(jù)塊關聯(lián)至緩存空間區(qū)域,提高電子信息數(shù)據(jù)的存儲效率。至此完成系統(tǒng)軟件設計,結合硬件設計和軟件設計,完成基于自適配通信環(huán)境的電子信息系統(tǒng)設計。
2實驗論證分析
將此次設計系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)進行對比實驗,比較兩種電子信息系統(tǒng)的通信性能。部署兩種系統(tǒng)的測試環(huán)境,使每臺計算機通過網絡與其他計算機相連,網絡環(huán)境為帶寬100M/s的局域網,計算機配置為WindowsXP系統(tǒng),內存為1G,主頻1.90GHz。使用實時模擬信號源,模擬實時數(shù)據(jù)信源,控制實時數(shù)據(jù)產生的批量和速率,將實時數(shù)據(jù)顯示工具部署在客戶端主機上,通過圖形的方式顯示在終端。利用網絡協(xié)議對產生數(shù)據(jù)進行切片,設置socket緩沖區(qū),避免兩個系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)產生阻塞。在不同時間段,啟動模擬信號源和分發(fā)服務,發(fā)送不同長度數(shù)據(jù),將信息數(shù)據(jù)產生速率設定為60報/s,發(fā)送報文數(shù)量10000次為一個樣本空間,設置數(shù)據(jù)報文長度為1000byte。測試可得兩種系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)到達率都為100%,記錄報文序號、發(fā)送時間和接收時間,得到系統(tǒng)傳輸信息的延時均值,對比結果見表1所列。
當發(fā)送報文數(shù)量不同時,設計系統(tǒng)延遲時間要少于傳統(tǒng)系統(tǒng),平均延時為16.9ms,而傳統(tǒng)系統(tǒng)平均延時為24.7ms,信息數(shù)據(jù)的傳輸延時縮短了7.8ms。在第一組實驗的基礎上,設置發(fā)送報文數(shù)量為10000,改變傳輸數(shù)據(jù)長度,測試兩種系統(tǒng)的傳輸速率,對比結果見表2所列。
當數(shù)據(jù)長度不同時,設計系統(tǒng)傳輸速率要大于傳統(tǒng)系統(tǒng),平均傳輸速率為8.11M/s,傳統(tǒng)系統(tǒng)平均傳輸速率為5.25M/s,傳輸速率提高了2.86M/s。綜上所述,此次設計系統(tǒng)利用自適配通信環(huán)境構件,處理傳輸數(shù)據(jù)的網絡報文,縮短了信息傳輸時延,提高了傳輸速率,信息傳輸更加高效,其通信性能要優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng),進一步提高了信息傳輸性能。
3結束語
此次設計系統(tǒng)充分發(fā)揮了自適配通信環(huán)境構件的優(yōu)勢,提高了電子信息傳輸速率,縮短了數(shù)據(jù)延遲時間。但此次設計系統(tǒng)仍存在不足,線程間通信機制有待完善,在今后的研究中,會給系統(tǒng)添加安全模塊,合理使用ACE的并發(fā)能力,提高系統(tǒng)的安全性和并發(fā)性。