遠程交互式會商廣播系統應用研究*

劉 堅，李盛樂，戴 苗，劉珠妹，董興朋，彭 愿，蘇 融

0 引言

監測預報工作在防震減災三大體系中處于重要的位置，是防震減災工作的基石，做好監測預報工作是防震減災工作的發展方向;而震情會商是政府對地震監測預報、趨勢分析等重要決策的主要依據來源。目前的震情會商過程為:首先分析會商人員綜合前兆異常、測震活動性分析、數值模擬等多種技術方法對數據進行分析 (陳石等，2011)，借助基于GIS(地理信息系統)EIS2000、MAPSIS等分析預報軟件，事先做好PPT及各種靜態圖件;其次，參加會商人員集中在同一個地點進行會商;最后，結合歷史地震活動、區域地質構造運動特點等背景資料信息給出會商意見。

然而，現有的會商方式與震情會商系統，難以滿足社會公眾和分析預報人員對提高分析預報、地震預測的現實需求，傳統震情會商過程亦存在兩個主要缺點:第一，地震危險區或地震發生在兩區域交界時，各區域分析會商人員在異地，會商無法正常進行;第二，因會商材料是事先做好的PPT及各種靜態圖件，會商現場無法隨時改變參數，對數據進行動態分析。

1 網絡會議相關技術

目前，實現遠程網絡會議的技術和方法比較多，普遍選擇視頻會議系統 (張明德，王永東，2003)方式，該方式通過通信技術和視頻處理技術相結合實現 (吳奇生，蔡輝，2011;賴煥雄，2007;殷廣亞等，2009)，如電視電話會議，以及目前地震系統正在使用的應急視頻會議系統等;其次，使用遠程控制技術，比如WindowsXP的遠程桌面、Linux操作系統的遠程管理、QQ的遠程協助功能均通過該技術實現，當前利用該技術實現的網絡會議軟件有 Mikogo、QuickIP、PCANYWHERE等;另外，基于B/S模式微軟推出的Powerpoint2010廣播PPT功能，亦可實現簡單網絡會議，還有學者提出基于網格技術的虛擬地震會商系統 (黃靜，2004)，也得到了相關應用。

雖然以上網絡視頻、遠程控制等技術的網絡會議可以解決異地分析人員一起會商的問題，但因其受視頻圖像對網絡帶寬要求高或設備維護成本大、使用不方便等因素限制，而無法在會商中真正大規模推廣使用，不能真正實現震情會商分析人員之間的“商”，即動態交互與相互即時交流。

本文首先通過網絡推送技術將會商資料推送并同步至各信息節點，以保持各會商節點材料內容的一致性與完整性;其次，利用實時廣播消息同步“視頻”，即廣播計算機將即時操作消息向會商其他節點廣播，接收計算機接收到該即時操作消息，解譯此消息并執行廣播計算機相同的操作過程，同時廣播、接收語音，模擬并達到遠程視音頻效果，從而開發一套震情會商廣播系統，該系統無論何時、何地、何人，只要用戶能上網且得到授權，就可以參加會商，會商人員能看到自己的會商報告，也能看見其他人的會商材料內容，并且會商分析人員，可以現場修改參數進行數據動態繪圖分析。本文主要討論該系統的模型與總體框架、應用的關鍵技術、實現原理及應用實例。

2 應用模型與總體框架

2.1 應用模型

參考目前協同會商較主流的原理思想 (史美林等，2000;肖波等，1999;高嵩等，2000)，采用會議發起者—參與者模式，即國家地震臺網中心或區域中心作為會商的發起者，其它單位或區域中心代表作為參與會商者。參加遠程會商的異地參會者通過遠程交互式廣播會商系統，建立起虛擬的震情會商會場，圍繞震情進行討論、交流、相互分析協商，統一作決定并給出會商意見。

會議發起者負責創建會議及發布會議通知，邀請并審核參會者合法身份，控制發言次序，記錄各參會者的意見和上報會商結論 (崔璟等，2011)。參會者向會議發起者提出發言申請成功后，參與發言、討論、在線動態分析數據、作會商報告等 (王瓊等，2004;劉小鳳，張輝，2010)，某參會者可以將自己的會商材料及分析過程同步廣播給其他參會者，實現震情會議協商的同步感知。應用模式如圖1所示。

圖1 系統應用模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of system application model

2.2 總體結構框架

遠程交互式會商廣播系統的整體架構分為典型的3層結構，如圖2所示。

圖2 系統總體框架示意圖Fig.2 Schematic diagram of system total framework

(1)數據層:管理、存儲會商的所有相關數據，包括統一會商前兆、測震數據庫、會商背景知識庫、基礎與分析數據、為應用提供信息服務數據支撐。

(2)服務層:連接底層數據層和上層應用的核心層，主要包括三大功能模塊:協同管理功能模塊:具有會議控制、發言管理、用戶管理等功能;數據分析與處理功能模塊:主要有異常計算、數據分析方法庫、定制內容頁等功能;數據共享服務模塊:包括信息自動發布、信息查詢、對外服務二次開發接口等功能。

(3)應用層:實現用戶認證、創建會議、會商資料網絡推送、將普通PPT導入會商系統、以圓形區域、按矩形、測項分量查看數據曲線;亦可在線進行數據動態分析;分析操作將實時消息方式廣播至其他會商節點計算機。

3 關鍵技術及部分功能實現

3.1 開發工具與集成環境

采用Windows操作系統，C sharp(C#)開發語言，Oracle 11g數據庫，VisualStudio2010.Net集成開發與編譯環境工具;采用C/S模式開發，實現軟件各部分功能。

3.2 關鍵技術及功能實現

3.2.1 網絡信息推送技術

為使分析預報人員在會商中能有身臨其境之感，分析人員在本機上的操作與分析數據的過程中，同時在其他參加會商節點機器上感知并顯示同樣的操作過程，為此，需要解決兩個關鍵性問題:(1)所有參與會商計算機的操作演示內容材料，應在本地或公共服務器查找到，且內容要一致完整;(2)會商主講人在其本機操作過程的畫面，其他參與會商機器實現同步。

該系統通過網絡信息推送技術實現并成功解決了上述兩個問題:當會商主講人有新的會商材料加入到會商廣播系統或進行數據分析操作時，系統將發生變化或更新操作信息格式化后，壓縮加密成網絡消息數據包，通過網絡推送到同會議其他參會人員的客戶端，接收端根據數據包的內容進行相同的操作，并將主講人會商變化的材料內容抓取到本地，實現參會者感知主講人遠程發出的分析及操作效果。

數據包主要包括兩方面的內容:(1)會商材料內容頁面信息，包括頁面編號、名稱、頁面類型 (動態頁還是靜態PPT頁)、頁面內容來源 (數據庫、文件)、所用分析方法、所用數據起止日期、存放位置等;(2)分析操作過程信息，即每個用戶要感知其他用戶的分析操作過程，建立材料內容頁面狀態信息監控和操作過程記錄，使用戶能了解會議當前狀態及進展，感知其他參會者的改變數據參數狀態、分析數據操作過程及結果，最終使廣播與接收畫面完全同步一致。

3.2.2 UDP用打洞技術穿透NAT

本系統目標之一是參會者的會商機器只要能上網且得到授權，就可以參加會商，要實現此目標，必須解決某臺機器通過一個公共網絡路由作為上網出口參加會商的問題。而通過網絡TCP協議難以完成該任務，因為TCP協議只能訪問同一局域網內或具有公網IP的機器，如果兩臺機器分別在不同的局域內網，則需借助UDP打洞技術穿透NAT，實現這兩臺機器之間的相互通信。

假設Client A(客戶端)和Client B分別置于不同的局域網，Client A開始發送一個UDP信息到Client B的公網地址上，同時它又通過中間服務器S中轉發送一個邀請信息給Client B，請求Client B也給Client A發送一個UDP信息到Client A的公網地址上。這時Client A向Client B的公網IP發送的信息導致NAT A打開一個處于Client A的私有地址和Client B的公網地址之間的新的通信會話，NAT B也打開了一個處于Client B的私有地址和Client A的公網地址之間的新的通信會話。一旦這個新的UDP會話各自向對方打開了，Client A和Client B之間就可以直接通信，而無需中間服務器S來牽線搭橋了。這就是UDP利用打洞技術穿透NAT，從而實現處于不同局域內網計算機之間通信。

3.2.3 交互并發控制策略

當多個會商者并發的對某一個會商報告或內容頁面進行廣播操作時，可能產生并發操作沖突。為了解決這種沖突，首先嘗試系統自動裁決，如不能，則由相關發言規則控制解決，或者通過權威仲裁消除。

3.2.4 涉密會商數據加密傳輸

會商涉密數據加密傳輸采用數字簽名原理實現，其基本原理是私鑰對數字摘要進行加密，用公鑰進行解密和驗證。

對原文作數字摘要，實際上是對原文進行“哈?！?(Hash)運算，其運算結果稱為哈希值。哈希值的長度為定長且運算是不可逆的，不同明文其哈希值也不同，而相同的明文其哈希值相同并且唯一，原文發生任何改動，哈希值就會隨之發生變化。

公鑰密碼理論與傳統對稱密鑰算法有本質區別，對稱密鑰算法常用的是DES算法，加密與解密時用的是同一個密鑰，一旦這個密鑰被破解，原文內容就會被解密。而公鑰算法是利用非對稱密鑰，即利用兩個足夠大的質數與被加密原文的積來加密與解密。無論用這兩個質數的哪一個與被加密的原文相乘 (模乘)，即對原文件加密，均可由另一個質數再相乘來進行解密。但是，如果想利用這個乘積而求出另一個質數，就要將大數進行分解質因子，眾所周知，分解一個大數質因子是十分困難的，若選用的質數足夠大，這種求解幾乎是不可能的。

私鑰對數字摘要進行加密，用公鑰進行解密和驗證，這樣就做到了敏感信息在數字簽名的傳輸中不被篡改，未經認證和授權的人，看不見原數據，起到了在數字簽名傳輸中對敏感數據的保密作用。

4 應用情況

該會商系統在地震系統內部分省局試點單位(河北地震局、新疆地震局、安徽地震局、湖北地震局等)得到初步應用。會商會議開始時，通過遠程交互式會商廣播系統創建會商環境，異地參會人員如圖3所示界面登錄系統會商環境。啟動會商廣播系統后，選擇會商會議進行廣播或接收的PPT報告，便會出現如圖4所示界面，上半部分為廣播窗口，下半部分為收聽窗口，廣播窗口中可以通過點擊左邊導航條的頁面縮略圖，定位顯示該內容頁，亦可隨時改變參數，如圖5所示，通過相關測項選擇、矩形區域選擇、圓形區域選擇瀏覽所關心的分量觀測數據曲線。如圖6所示，可以瀏覽選擇分量一天、兩天、一周、一個月的數據曲線，亦可以根據需要，選擇任意起止時間段的分量數據觀測曲線，以達到預期的動態分析會商效果。

圖3 系統登錄界面Fig.3 Login screen of the system

圖4 系統廣播與接收功能界面Fig.4 Broadcasting and receiving functions interface of the system

圖5 按不同方式查詢界面Fig.5 Query interface in different style

圖6 廣播會商現場查詢的觀測曲線Fig.6 Observation curve queried in broadcast consultation field

5 結論與討論

通過剖析目前地震會商存在的問題，提出了會議發起者—參與者應用模式，介紹了系統的總體框架結構、所用關鍵技術及實例應用情況。

(1)系統既能延續所有會商人員在同一會場面對面式交流的傳統優勢，又可實現遠程異地緊急會商帶來的交互式快捷便利。

(2)通過網絡傳輸即時消息，廣播與接收機器使異地人員參加會商成為可能，且消息占用網絡帶寬小。

(3)廣播與接收功能集成在廣播會商系統中，會商可以現場隨時操作改變參數，對數據進行動態分析;隨著這項技術的深入研究，將影響并推廣至其他應用領域。

(4)該系統還有待于提高和繼續開發，比如目前比較成熟的視頻技術，視頻在會商中所起的作用比較大，后續可通過軟件方式加以實現;據實際情況需要開發類似軟終端，可以安裝在PC、平板、手機上，進一步解決會商場所，時間等限制等問題。

本文撰寫與系統測試與應用過程中得到試點單位 (河北地震局、新疆地震局、安徽地震局、湖北地震局等)同事的大力支持和熱心幫助指導，在此表示衷心感謝!

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