長江航道數據交換模式與通信協議設計及測試探究

曹春 董政 俞震宇

摘 要：長江數字航道通過不斷的建設發展，電子航道圖在長江干道的實際應用中已經越發的重要，因此，在未來的發展中長江航道的數據交換與通信協議將會發揮出更重要的作用。本研究通過對長江航道的現有的資源進行規劃分析，探究長江航道信息網絡中的實際需求，并以此為根據設計出可行的數據交換模式以及通訊協議平臺，以保證能夠進行數據的實時監測及分析。

關鍵詞：長江航道;數字航道;數據交換;通信協議;設計研究

1 長江航道數據資源分析

1.1 規劃研究路線

數據資源規劃研究工作具有一定的復雜性且需要在全局工作統籌的狀態下進行[1]。本研究根據長江航道信息公共服務職能為方向對其主要業務、數據過程進行整理，以此獲得長江航道核心業務中的數據構成，并將數據作為重心實現航道資源的管理。長江航道數據資源規劃研究技術路線如圖1所示。

1.2? 資源規劃分析

本研究依據長江航道具體的職能劃分以及戰略規劃，通過“職能范圍—業務流程—詳細活動”對長江航道的核心業務進行詳細的整理分析，以此完成對長江航道相關數據資源的策劃[2]。

（1）從現在的長江航道局的職能為切入點，整理與業務相關的制度與詳細的數據內容等，并對長江航道相關業務進行全局統籌，將長江航道中的資源規劃進行職能范圍的劃分。

（2）羅列出關于業務的所有活動，并以此作為業務的主要結構，建立起長江航道業務系統，其中包含職能范圍、業務流程、詳細活動。

（3）對于已經明確的業務模型及相關活動進行對應的數據分析，鑒別航道中的與主要業務相關的數據因素，強調不同管理組織之間的聯系性以及業務數據的交流能力，并確定數據信息的來源。

（4）對長江航道的信息資源與系統框架的現狀以及目前存在的具體問題進行分析，為長江航道數據資源規劃的制定提供方向以及目標。

（5）依據航道數據相關的理論對涉及到長江航道核心業務的主要元素進行重構，以構建更優秀的數據資源系統。

2? 長江航道數據信息網絡分析

信息化建設的主要基礎便是網絡信息化技術，依靠規范、統一、穩定的網絡信息平臺，以滿足電子航道系統的智能化、數字化航道建設的需求[3]。本研究項目依據長江航道的管理發展的現有情況進行詳細的網絡信息化分析[4]。

目前隨著長江航道的信息化建設，所覆蓋區域不斷增加，對于情況較為復雜的航道而言，急需加大網絡信息化的進程，以此為長江航道的信息化建設奠定堅實的基礎。從目前的進展情況而言長江航道網絡建設需要符合以下幾個要求：

（1）具有跨網傳輸性。長江航道中管理組織的位置較為分散，在日常工作中各個組織之間的數據傳輸需要跨越局域網進行傳輸。

（2）組織覆蓋較廣。各組織之間的工作位置是沿長江航道上的各個省市地區進行設置的，地域分布較為廣泛。

（3）網絡服務對象受眾面較多。長江航道中所使用的網絡需要能夠有效的完成交通運輸部門、運輸平臺的數據傳輸交換，并且與其它組織能夠保持較好的通訊，此外，網絡服務還要面對社會中各企事業單位、社會企業以及公眾提供電子航道地圖、信息等服務。

（4）多種網絡模式相結合。電子航道系統的建立與管理需要以航道信息數據作為支持，如航道水文、水位、航標狀態、航道實際情況等相關信息。航道數據信息的采集通常由航道終端設備提供，因此，數據采集的及時性應建立在長江航道信息平臺數據傳輸能力的快捷、高校等特性上，在實際工作中通過有線、無線、移動等多種網絡模式可以更好的為平臺提供支持。

在實際的長江航道服務中根據其服務對象的不同可以將其劃分為兩類，即主要面向于公眾的數字系統、面向于長江航道的數字系統操作人員所使用的系統[5]。服務系統分類概況如表1所示。

3? 長江航道數據交換與通信協議的設計研究

3.1 相關數據分類

為了在實際應用中更好的對系統進行管理及維護，系統中數據交換采取管理數據、業務數據分離的模式：

（1）管理數據。在此模式中包含有詳盡的終端信息、環境信息以及通訊信息等內容，在進行管理時這些內同將即時有效的反饋至相關操作或維護人員手中，以此保障信息傳輸交換的準確性。

（2）業務數據。長江航道中業務數據主要用于將用戶所需要的數據進行收集整合，然后傳輸至終端設備供外界使用。

3.2 數據交換傳輸模式

針對不同的系統數據交換模式，其數據交換模式可分為兩種，即管理與業務數據并行、管理與業務數據分離兩種：

（1）管理與業務數據并行。長江航道管理及業務數據通過終端傳輸至數據交換平臺，然后通過平臺進行統一的分析，之后將結果傳輸至應用平臺，最后管理員便可以通過應用平臺獲得詳細的業務數據。管理與業務數據并行示意圖如圖2所示。

（2）管理與業務數據分離。終端管理中所獲得的數據是由各區域終端設備將數據傳輸至交換平臺，并由平臺進行分析處理;航道業務相關數據則無需通過數據交換平臺處理直接傳輸至應用平臺完成所需的數據交換。管理與業務數據分離示意圖如圖3所示。

3.3 通信協議設計

對長江航道的數據通訊協議的設計需要建立在整體數據的交換過程中，以此確保數據的傳輸以及信息管理的有效實施。本研究將根據長江航道數據資源規劃為依托構建全航道數據系統，使用美國國家標準學會（ANSI）標準中數據格式編碼BER-TLV數據結構作為規范，編制適用于長江航道信息收集以及數據交換的TAG-LENGTH-VALUE數據通訊格式，并使用TAG-LENGTH-VALUE中TAG值相關規范進行長江航道數據交換中的元素劃分[6]。

通常情況下數據通信傳輸使用的協議是由TCP、UDP、SMS單獨或進行組合而成，而長江航道信息服務終端與長江航道數據交換平臺中使用的傳輸協議是SOAP協議以及WSDL接口。

4 長江航道數據傳輸網絡及其測試平臺設計

4.1 數據傳輸網絡設計

為了確保長江航道中數據業務的穩定運行以及滿足工作運行的需要，更好的為長江航道局提供服務，本研究將分別對網絡信息傳輸平臺的內外業務網絡進行分析[7]。數據傳輸網絡系統結構示意圖如圖4所示。

內部業務網絡是長江航道中的核心網絡構架，是由長江航道局局域網絡、下屬機構中的局域網、數據信息采集終端專用網絡、長江航道互聯網絡所構成。長江航道區域內航道中的終端采集設備將使用有線、無線或是移動網絡進行連接，而航道動態數據信息的采集將與二級單位進行連接、視頻圖畫的采集則與三級單位進行連接。

外部業務網絡是長江航道管理機構中不同組織所涉及的工作內容。各個組織結構之間通過網絡進行連接并保持各自獨立的外部網絡。此外，在對長江航道的規劃中建立相應的外部服務網能夠更好的面向社會提供用戶所需的服務。

各級組織的外部業務網絡均使用多層次的網絡架構而成，并通過設備、通訊網絡以及用戶接收終端完成與內網的阻隔。當內外部業務網絡需要進行數據交換時可以使用移動儲存設備進行二者的連接交換，以此確保各網絡的安全性[8]。

4.2 數據交換測試平臺功能開發

長江航道數據交換測試平臺主要用于實時數據的監測與結果采集分析。數據的收集UI界面由標題、地理信息系統界面以及功能區構成[9]。分析界面由標題、元素列表以及顯示內容區域，用于相關的協議分析的編輯與管理。顯示界面區域的每一條項目均表示需要進行分析的協議。協議分析界面如圖5所示。

5 結論

通過長江數字航道不斷的建設發現，智能航道具有龐大的數據信息所構成，數據的復雜、多樣以及廣泛性是以往所不能比擬的。因此，長江航道的數據交換與通訊協議的設計以及測試需要具有規范性，通過對長江航道的現有的資源進行規劃分析建立起能夠保障數據實時監測及分析的網絡信息平臺，對水文工作的建設具有重要的意義。

參考文獻：

[1]王壘. 內河航道智能航標系統的研究與開發[D].湖北工業大學，2019.

[2]聞光華，曾科偉，周孝羽，聞豪，何碧艷.LoRa無線技術在長江重慶航道的應用研究[J].中國新通信，2018，20（21）：106-107.

[3]卞寧，張中建，王德軍，毛雄磊.低功耗廣域網絡在長江數字航道應用中的思考[J].中國水運.航道科技，2018（02）：43-48.

[4]宋濤. 控制河段通行信號揭示系統運行狀態監控設計與實現[D].重慶大學，2018.

[5]杜梓平.基于無線傳感網絡的航道水下數據監測系統[J].艦船科學技術，2018，40（04）：118-120.