分布式多空間數據智能交換系統設計

張永安+譚振江

摘 要： 分布式多空間數據在利用主控計算機進行數據讀取中容易受到端口溢出限制，需要進行智能交換讀取，選擇塊傳輸模式提高數據的讀取和傳輸性能。提出一種基于高速局部總線控制的分布式多空間數據智能交換系統設計方法，系統的開發流程采用多線程自上而下開發方法，開發環境建立在嵌入式Web服務平臺中，采用Socket編程構建分布式多空間數據傳輸的網絡協議棧，通過協議棧開發智能交換系統的網絡應用程序，采用高速局部總線控制進行數據交換的端口設置和通道控制，通過局部總線送到接收模塊，實現智能數據交換。系統測試結果表明，該系統進行分布式多空間數據交換的可靠性較好，提高了總線接收數據塊的速率和準確性。

關鍵詞： 分布式多空間數據； 主控計算機； 局部總線； 數據交換

中圖分類號： TN916.428?34； TP391 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）18?0043?03

Design of intelligent exchange system for distributed multi spatial data

ZHANG Yongan1， TAN Zhenjiang2

（1. Songyuan Technical College， Songyuan 138000， China； 2. Jilin Normal University， Siping 136000， China）

Abstract： When the master computer is used to carry out data reading， the distributed multi spatial data is vulnerable to restriction on port overflow. Therefore， the intelligent exchange reading is needed， and the block transfer mode should be selected to improve the data acquisition and transmission performance. A design method of distributed multi spatial data intelligent exchange system based on high?speed local bus control is put forward. The multi?thread top?down development method is adopted in the system development process. The development environment is based on the embedded Web service platform. Socket programming is used to build the network protocol stack for distributed multi spatial data transmission. The protocol stack is employed to develop the network application program of intelligent exchange system. The high?speed local bus control is adopted to set the data exchange port and channel control. The data is sent to the receiving module through the local bus to realize the intelligent data exchange. The system test results show that the system has better reliability for the distributed multi spatial data exchange， and can improve the speed and accuracy of the bus to receive data blocks.

Keywords： distributed multi spatial data； host computer； local bus； data exchange

隨著物聯網、移動互聯網技術的發展以及集群網格云計算技術的應用，網絡空間中的數據采用的是分布式多空間網格存儲的傳輸，在網絡空間中產生的數據量以幾何級數增長，分布式多空間數據的優化存儲和調度設計能有效降低數據存儲的開銷，提高數據計算和處理的效率。在分布式網絡空間中，多空間數據存儲和檢索離不開數據的交換處理和智能調度，面對數據爆炸式的增長，構建云環境下公平性優化的資源分配方法[1]，通過智能交換系統設計能提高數據調度和檢索的有效性，因此研究分布式多空間數據智能交換系統設計方法具有重要的意義。在數據智能交換系統設計中，需要綜合考慮客戶/服務器的C/S構架和負載，數據的安全、可靠、效率等指標，設計異構云計算體系結構及其多資源聯合公平分配策略[2]，進行數據交換設計。本文針對在數據智能交換中存在端口溢出和網絡環境復雜多變的問題，利用高速局部總線控制原理進行數據智能交換系統的優化設計，并得出有效性結論。

1 系統模型

分布式多空間數據通過將無線訪問服務和云計算技術在網絡空間中進行信息交換，為了實現對分布式空間數據與其他實體和服務的通信訪問，需要進行數據交換智能設計，在數據的應用程序運行期間實現數據調度和任務移交，為計算資源（比如CPU、內存、存儲器）提供移動應用支撐，首先進行分布式多空間數據智能交換系統的總體模型構架分析。endprint

本文設計的分布式多空間數據智能交換系統建立在Microsoft公司的Visual C++和Visual Basic等開發軟件環境中，采用嵌入式Web服務平臺構建應用軟件的集成編程環境，在ANSI C內核中進行嵌入式設計[3]，進行多種數據采集、分析和顯示等；在LabWindows/CVI中1 ms內控制時間驅動，支持多種總線類型的用戶界面編輯，設計ANSI C庫作為分布式多空間數據的專用圖形控件；在圖形用戶界面中進行系統的人機交互控制和面向對象設計，提高了編程效率。綜上分析，得到本文設計的數據智能交換系統的軟件開發環境具有如下功能特征：

（1） 采用完整的ANSI C內核進行時間驅動與回調函數編程，用戶管理層通過底層的VISA軟件接口進行程序實時采集和驅動配置，物理接口層是軟件和硬件的結合層，采用的I/O控制庫構建物理接口層進行在源程序編程與數據交換的引擎控制， 基于ARM和LabVIEW 進行網絡數據采集測試[4]。

（2） 智能交換系統的程序運行時先啟動VISA資源管理器，若采集的數據有效，LabWindows/CVI則以工程文件為框架進行集成化軟件開發，循環讀取HP E1562E的SCSI硬盤數據，進行32位ANSI C編譯和堆棧控制[5]。

（3） 支持多種總線類型的儀器和數據采集設備，為用戶提供GPIB 488.2庫、DAQ庫、VISA庫、RS 232庫和IVI庫等。各種功能函數集成在一個開發環境中，并且為用戶提供函數面板和儀器驅動編程向導等交互式開發工具。用戶可以快速地編寫、調試和修改應用程序，形成獨立的可執行文件[6]。

（4） 分布式多空間數據信息的數據傳輸單元提供格式化I/O庫、Analysis庫，在Advanced Analysis庫進行狀態觸發控制，在所有采集參數配置成功后，保存采集的信息為系統文件，建立ANSI C數據庫[7]。

2 系統的軟件開發實現

2.1 分布式多空間數據傳輸的網絡協議棧設計

開發環境建立在嵌入式Web服務平臺中，采用Socket編程構建分布式多空間數據傳輸的網絡協議棧，分布式多空間數據傳輸的網絡協議棧開發相比桌面軟件的開發，有其特殊性，采用交叉編譯環境配置分布式多空間數據傳輸的網絡協議內核，要建立一個分布式的網絡系統進行數據傳輸通信，一個對稱協議的例子是Internet中用于終端仿真的TELNET。分布式多空間數據傳輸的服務程序被“驚醒”并且為客戶提供服務，采用了流式套接字來實現連接的服務客戶機/服務器通信[8]，進行分布式多個空間數據的智能交換請求，得到客戶機/服務器請求過程如圖1所示。

圖1 分布式多空間數據傳輸的客戶機/服務器請求過程

2.2 數據交換系統的高速局部總線控制

采用高速局部總線控制進行數據交換的端口設置和通道控制，進行智能交換讀取，使用不同的通道組句柄命令設置交換系統的高速局部總線，調用hpe1432_getGroupInfo（ ）函數獲取通道組的信息。得到分布式多空間數據傳輸的模塊列表、通道號等信息，數據交換系統的控制器采用至多7個PXI或CompactPCI儀器模塊，通過協議棧開發智能交換系統的網絡應用程序，提供了系統參考時鐘、觸發總線、星形觸發線的數據交互和通道設計，接口設計中主要是對數據交換系統的串口、并口、USB端口、鼠標、鍵盤口、以太網口進行設計。PXI?6713模擬輸出系統采集的數據，通過外部I/O接口的EXTREF引腳上引入通道控制程序，10個可編程功能口（PFI）連接在高速局部總線的主要接口通道，使用可編程功能口引入外部觸發、高速局部總線輸入或輸出時鐘信號，通過任意可編程功能口實現PXI總線高速PCI數據交換。由于執行數據交換的數據量較大，采用雙緩沖區回放，采用高速局部總線控制進行數據交換的端口設置和通道控制，通過局部總線送到接收模塊，設置雙緩沖區的大小和傳輸緩沖區，先讀數據到循環緩沖區，且讀取數據文件中的數據加載雙緩沖區和傳輸緩沖區，數據交換過程中用WFM_DB_HalfReady函數檢測時鐘路由，啟動數據采集和交換程序，進行計數器工作模式和參數配置，打開數據文件，讀文件頭信息，選擇外部更新信號、外部觸發信號、時鐘源信號，在多個模塊間保證分布式多空間數據交換過程的嚴格同步。綜上分析，得到本文設計的分布式多空間數據智能交換系統的軟件實現流程如圖2所示。

3 系統測試分析

為了測試文本設計的基于高速局部總線控制的分布式多空間數據智能交換系統的性能，進行實驗法分析，測試的分布式多空間數據來自于3個云服務提供商，數據在網絡中傳輸的帶寬分別為1 Mb/s，2 Mb/s，1 Mb/s，分布式多空間數據被分為8 KB固定大小的數據塊，數據中心網絡中具有40%的服務器利用率。根據上述測試環境設定，得到本文設計的數據交換系統的GUI控制界面如圖3所示。在圖3給出的數據交換界面中進行分布式多空間數據智能交換，通過主界面進行參數設定，通過主設備號向內核注冊字符設備驅動程序，執行數據交換。圖4給出了采用本文系統和傳統方法進行數據交換下總線接收數據塊的速率對比，分析得知，本文設計的系統進行數據交換的速率較快，說明對分布式多空間數據的處理效能較高。

4 結 語

本文提出一種基于高速局部總線控制的分布式多空間數據智能交換系統設計方法，采用多線程自上而下開發方法，在嵌入式Web服務平臺中進行軟件開發，采用Socket編程構建分布式多空間數據傳輸的網絡協議棧，通過協議棧開發智能交換系統的網絡應用程序，采用高速局部總線控制進行數據交換的端口設置和通道控制，通過局部總線送到接收模塊，實現智能數據交換。測試得知，該系統進行分布式多空間數據交換的可靠性較好，提高了總線接收數據塊的速率，數據交換的效率和準確性較好。

注：本文通訊作者為譚振江。

參考文獻

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