基于自適配通信環(huán)境的電子信息系統(tǒng)

謝玉林 劉永平

摘要：傳統(tǒng)電子信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(shè)計方面，優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，將總體架構(gòu)從上到下分為應(yīng)用層、服務(wù)層、中間構(gòu)件層以及基礎(chǔ)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(shè)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(diào)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(jié)構(gòu)，提高電子信息存儲效率。實驗結(jié)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(guān)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(wù)，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(guān)用戶，在軍事領(lǐng)域應(yīng)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(shè)計與分析技術(shù)領(lǐng)域，將系統(tǒng)快速原型作為設(shè)計目標，應(yīng)用C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架，通過STK設(shè)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(jié)果，對電子信息系統(tǒng)進行修改和優(yōu)化，在復(fù)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(nèi)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(gòu)件化工具集，以及逆向工程工具集，然后無縫集成到網(wǎng)絡(luò)通信中，提高通信軟件的開發(fā)質(zhì)量。在以上理論的基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)通信功能。

1電子信息系統(tǒng)設(shè)計

1.1電子信息系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1.1設(shè)計系統(tǒng)總體架構(gòu)

對系統(tǒng)架構(gòu)進行優(yōu)化，采取SOA為核心的技術(shù)框架，將服務(wù)中間件作為運行支撐，以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，將基礎(chǔ)服務(wù)作為系統(tǒng)架構(gòu)的中心，將總體架構(gòu)從上到下分為應(yīng)用層、服務(wù)體系層、中間構(gòu)件層、基礎(chǔ)資源層。利用基礎(chǔ)資源層，為系統(tǒng)開發(fā)提供各種資源，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息庫，控制基礎(chǔ)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(chǔ)數(shù)據(jù)以不同形式儲存于資源層中。在中間構(gòu)件層，對構(gòu)件接口標準規(guī)范進行定義，通過多層消息總線，對運算構(gòu)件和表現(xiàn)構(gòu)件進行集成，通過輕量級的構(gòu)件集成框架，管理構(gòu)件實體和運行時態(tài)，提供系統(tǒng)服務(wù)運行的環(huán)境，使構(gòu)件間的信息和功能進行交互，提供運行時所需的核心服務(wù)，包括用戶管理、安全作業(yè)等。將中間構(gòu)件層劃分為消息中間件和集成構(gòu)件，通過集成構(gòu)件，實現(xiàn)構(gòu)件運行管理、組件訪問、環(huán)境信息集成和構(gòu)件注冊，屏蔽構(gòu)件的開發(fā)、運行以及通信環(huán)境，為上層網(wǎng)絡(luò)通信提供一致的通信方式，綜合集成網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換、通用信息傳輸和通信代理。利用服務(wù)體系層，為應(yīng)用層提供服務(wù)，最后將應(yīng)用層作為系統(tǒng)架構(gòu)中服務(wù)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(chǎn)品展現(xiàn)給操作者，集成界面構(gòu)件，包括各種業(yè)務(wù)顯示、非實時信息顯示、實時信息顯示。至此完成系統(tǒng)架構(gòu)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(gòu)的中間構(gòu)件層中，利用自適配通信環(huán)境這一主機基礎(chǔ)設(shè)施中間件，對電子信息的網(wǎng)絡(luò)接口進行優(yōu)化，簡化系統(tǒng)進程間的通信。在底層網(wǎng)絡(luò)通信中，加入自適配通信環(huán)境中間件，接收處理網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪繕诵畔ⅲ浞职l(fā)揮網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖录?qū)動特性，利用自適配通信環(huán)境提供公共接口，處理網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用Wrapper Facade模式，接收實時轉(zhuǎn)播的數(shù)據(jù)。調(diào)用自適配通信環(huán)境中間件的登記對象，設(shè)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(wǎng)絡(luò)報文，解析網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)接口更新電子信息數(shù)據(jù)，通知用戶界面。當網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(zhuǎn)入網(wǎng)絡(luò)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(shè)計

1.2.1設(shè)計電子信息抗干擾流程

在系統(tǒng)硬件設(shè)計完畢的基礎(chǔ)上，設(shè)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(diào)控，減小電子信號的干擾程度。然后利用擴頻技術(shù)，對傳輸信號進行調(diào)節(jié)，由于電流會改變設(shè)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(shù)，預(yù)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(shè)置信息特征調(diào)度條件，建立電子信息的調(diào)度集，在存儲空間中，獲取電子信息存儲的任務(wù)調(diào)度向量，根據(jù)電子信息系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，得到信息相應(yīng)的用戶偏好程度，組建多用戶規(guī)則調(diào)度集，對電子信息的適應(yīng)度函數(shù)進行計算，將其作為電子信息的自適應(yīng)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(quán)重系數(shù)，ζ為調(diào)度信息的傳輸時長。針對不同類別的電子信息，設(shè)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(diào)度條件。對調(diào)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(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，按照時間序列，對信息數(shù)據(jù)進行空間重構(gòu)，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(guān)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(shè)計，結(jié)合硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，完成基于自適配通信環(huán)境的電子信息系統(tǒng)設(shè)計。

2實驗論證分析

將此次設(shè)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(wǎng)絡(luò)與其他計算機相連，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為帶寬100M/s的局域網(wǎng)，計算機配置為WindowsXP系統(tǒng)，內(nèi)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(chǎn)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(wǎng)絡(luò)協(xié)議對產(chǎn)生數(shù)據(jù)進行切片，設(shè)置socket緩沖區(qū)，避免兩個系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生阻塞。在不同時間段，啟動模擬信號源和分發(fā)服務(wù)，發(fā)送不同長度數(shù)據(jù)，將信息數(shù)據(jù)產(chǎn)生速率設(shè)定為60報/s，發(fā)送報文數(shù)量10000次為一個樣本空間，設(shè)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(jié)果見表1所列。

當發(fā)送報文數(shù)量不同時，設(shè)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(chǔ)上，設(shè)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(jié)果見表2所列。

當數(shù)據(jù)長度不同時，設(shè)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(shè)計系統(tǒng)利用自適配通信環(huán)境構(gòu)件，處理傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)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(jié)束語

此次設(shè)計系統(tǒng)充分發(fā)揮了自適配通信環(huán)境構(gòu)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(shè)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。