衛星導航軟件開發架構研究與設計

文/郝志剛

1 引言

目前，社會已經進入到了“互聯網+”時代，分布式管理系統已經在許多領域得到普及和應用，這些應用軟件覆蓋了電子商務、交通物流、電子政務、酒店旅游、金融證券、工業制造、科研教育等領域，取得了顯著的應用成效，大幅度提高了社會信息化水平。我國研發的北斗衛星導航系統已經上線運用，因此衛星導航軟件也成為分布式管理系統的重要應用領域之一，目前許多軟件公司研發了衛星導航軟件，比如高德地圖、百度地圖、滴滴打車、網格監控系統等，這些軟件都使用了衛星導航功能，并且可以安裝和部署于不同的設備，比如智能手機設備和PC電腦設備等。衛星導航軟件功能多、數據處理流程復雜，并且要擁有較強的普適性，因此需要選擇一個較好的軟件架構，以便能夠實現先進的數據處理功能。目前，衛星導航軟件主流開發架構包括兩個，分別是C/S體系架構、B/S體系架構，但是隨著數據處理速度和并發接入的要求提高，又提出了云計算架構，以便能夠整合軟件業務信息流、數據流和業務流，實現軟件的可擴展、可維護和可移植，具有重要的作用和意義。

2 衛星導航軟件開發架構應用現狀研究

衛星導航軟件開發經過多年的實踐和研究，已經誕生了很多種，從最原始的模塊化結構發展到了當前的分布式管理架構，本文重點介紹C/S體系架構和B/S體系架構。

2.1 C/S體系架構應用現狀

圖1：C/S體系架構業務處理流程

圖2：B/S體系架構業務處理流程

圖3：新型衛星導航軟件架構

衛星導航軟件需要實現網絡通信功能，因此最早引入的軟件架構就是C/S體系架構，這個架構開發的衛星導航軟件包括兩個關鍵組成部分，分別是客戶機（Client）和服務器（Service）。客戶機位于客戶端，比如可以安裝在用戶的筆記本電腦和PC機上，需要從服務器下載一個衛星導航軟件安裝包，然后安裝在PC機上。安裝完成之后就可以登錄，為用戶提供一個操作便捷的交互界面，用戶輸入邏輯業務請求，比如目標定位或搜索等，這些邏輯業務請求可以通過網絡傳輸給服務器。服務器接收到客戶機的邏輯業務請求之后，就可以將這些數據解析出來，將處理結果封裝在一起發送給客戶機。C/S體系架構業務處理流程如圖1所示。

C/S體系架構在應用過程中，由于其需要安裝一個客戶端程序，一般的衛星導航軟件功能比較復雜，因此安裝過程需要專業的計算機人才，這樣才可以通過調試運行形成一個精美化的運行界面。但是，由于許多用戶沒有經過專業的訓練，因此不利于安裝一個應用軟件，亟需改進降低用戶端的應用程序安裝工作。經過軟件工程師和計算機研究學者多年的努力，提出了B/S體系架構。

2.2 B/S體系架構

B/S體系架構改進了C/S體系架構的不足，其將衛星導航軟件劃分為三個層次，分別是瀏覽器層、Web服務層和數據層，這種架構的軟件又被稱為輕型瀏覽器。衛星導航軟件利用B/S體系架構開發，不需要安裝任何應用程序，只需要通過瀏覽器登錄Web服務器即可，瀏覽器利用XML技術生成一個表單，表單可以讓用戶輸入邏輯業務請求，然后通過超文本鏈接將其發送到Web服務器。Web服務器可以解析瀏覽器發送的邏輯業務請求，如果這個邏輯業務請求僅僅需要一些Web業務處理，就直接進行Web服務操作，然后將結果反饋給瀏覽器；如果邏輯業務請求存在數據請求，比如數據插入、數據查詢、數據刪除、數據修改等，此時就需要將這個請求解析出來發送給數據層。數據層由數據庫管理系統和數據庫組成，數據庫管理系統可以識別和分析數據請求內容，按照用戶的請求執行數據操作，同時將操作結果反饋給Web服務器。B/S體系架構每一層之間可以通過接口進行數據通信，傳輸各類型的通信數據，如果某一層發生改變，其余層也不需要改變，可以完成數據部署和軟件升級。分布式管理系統可以為用戶提供較強的交互服務。B/S體系架構經過多年的發展，已經得到了極大的改進和普及，目前已經引入了先進的HTML5技術、JSP技術、ASP .NET技術，基于XML技術實現數據信息交互操作，最大化利用Web服務器和數據庫服務器資源。如圖2所示。

3 新型衛星導航軟件開發架構設計

隨著人工智能、機器學習、移動通信、移動設備等新型軟硬件技術的誕生，未來衛星導航軟件架構需要向云端化、輕量級、高并發等方向發展，比如基于云計算構建一個高并發和云端化架構。云計算作為當前最為先進的計算機服務技術，其采用了矩陣技術將分布于網絡的終端服務器集成在一起，形成了一個按需分配、并發接入、矩陣處理的系統架構模式，基于云的分布式管理架構擁有很多的優勢，這些優勢能夠有效提升分布式管理系統的可移植性和可維護管理功能。輕量級也是架構發展的一個方向，輕量級是為了適應移動設備和移動通信的架構，實現線程化處理，為用戶提供一個強大的接入服務。新型衛星導航軟件采用先進的物聯網技術，包括ZigBee協議、Wi-Fi協議等，將傳感器采集到的數據發送給云平臺中心，實現數據的分析和處理，進一步提高新型衛星導航軟件的智慧性。新型衛星導航軟件可以使用分層架構，包括交互層、業務層和物理層，每一次之間都可以使用接口進行通信傳輸，為衛星導航工作人員提供一個可視化、導航化的交互接口，實現信息交互處理，全面提升衛星導航信息傳輸和共享，進一步改進衛星導航工作的科技化、信息化和智能化。新型衛星導航軟件交互界面可以為用戶提供一個可視化、導航化的操作平臺，該平臺具有較強的向導性和友好性，進一步改進新型衛星導航軟件的業務處理能力。業務層可以實現設備信息管理、導航系統、定位系統等功能處理效率，進一步提高衛星導航業務的管控水平，實現業務信息的解析和處理，傳輸各類型的消息，具有重要的作用。物理層可以部署和整合傳感器、存儲器和服務器等硬件設備，同時利用移動網絡、光纖網絡和ZigBee物聯網實現萬物互聯，進一步提高衛星導航數據共享能力，如圖3所示。

4 結束語

衛星導航軟件利用北斗導航衛星或GPS進行位置通信，隨著無線通信和智能移動設備的普及，衛星導航軟件已經得到廣泛應用，大大的提高了“互聯網+”時代人們的信息化水平，具有重要的作用和意義。衛星導航軟件部署的設備不同，因此也需要采用合適的應用軟件架構，以便能夠提高軟件的普適性，比如電腦PC端的軟件可以使用B/S體系架構，這個架構可以滿足電腦用戶使用；在移動設備上，衛星導航軟件可以采用云端架構，這樣就可以提高系統的獨立性和可移植性，同時還可以擴展系統應用層次，提高系統應用效率。