層次型嵌入式自助系統模塊智能切換方法仿真

羅建亮，孟利民

(浙江工業大學信息工程學院，浙江 杭州 310000)

1 引言

自助服務是一種全新的服務模式，現階段人們在工作和生活中的需求日益增加。由于經營范圍較大，市場競爭也更加激烈[1-2]。

互聯技術的飛速發展，促進了計算機領域以及服務領域的技術革新[3]，現階段正在利用自助服務形式取代傳統的人工服務形式，但是現階段所研究的自助終端存在一定的缺陷，例如體積較大、放置不方便等。

雖然嵌入式自助系統使用十分便利，但是網上支付仍然存在一定的風險，例如賬號被盜取等，這樣就導致用戶產生了巨額的經濟損失，針對上述問題，提出層次型嵌入式自助系統模塊智能切換方法，仿真結果表明，所提方法能夠快速、準確進行模塊智能切換。

2 方法

2.1 層次型嵌入式自助系統硬件設計

針對不同地區的自助系統現階段使用狀態進行相關的調查以及分析，通過調查結果可知，現階段各個地區自助系統的使用功能較為單一，并且每個自助系統只能夠辦理一家銀行的相關業務[4-5]。針對上述問題，要求所設計系統必須滿足同時辦理多家業務的需求，以下詳細給出所設計系統的功能結構內容：

系統硬件部分的終端主要由以下幾個部分組成，以下詳細給出：

1)系統的硬件部分中包含嵌入式控制模塊，在系統中安裝高速率的數據處理器，能夠有效提升系統的數據處理能力。

2)調制解調器(MODEM)，在系統中安裝調制解調器，能夠提升數據的傳輸速度。

3)內置密碼鍵盤：為了提升系統的安全性，需要在系統中安裝特殊的加密芯片，它具有一系列的安全防護措施，能夠提升整個系統的安全性。

4)在系統的硬件部分安裝終端磁條[6]，增加系統的刷卡次數以及使用周期。

5)打印機、鍵盤、PSAM卡座以及顯示屏等。

硬件接口主要包含以下的設備：主線(1根)、RJ-11接口(2個)、分線(1根)、RJ-45接口(1個)、RS-232串口(1個)，上述相關設備的存在主要是為了自助系統的后續拓展工作，以下給出系統的終端結構圖。

圖1 嵌入式自助終端結構圖

以下詳細給出系統的配置模塊所包含的主要功能：

1)針對不同的業務主機分配相應的IP地址以及通訊端口；

2)由于各個路由器配置的不同，需要選取合適的路由器[7]；

3)系統具有PSAM卡系統發卡管理的權限；

4)針對自主終端的管理，主要包含以下幾個功能：端號分配管理以及終端認證等等[8]。

5)系統中隊列的管理，重點是隊列的組建以及刪除；

6)系統中的連接配置主要負責系統中各個模塊間的通信以及檢測維護等。

系統中的監控管理模塊主要具有以下幾個功能：

1)用戶在進行交易的過程進行實時監測；

2)如果用戶在進行交易的過程中存在異常，需要及時向系統發出警報；

3)對每天、每個月、每個季度的交易記錄進行統計。

數據處理模塊是由數據批量處理單元以及消息實時處理單元組成。其中前者主要負責處理系統中的離線交易數據，后者主要負責在線數據的實時處理[9]。

業務接口模塊是指不同單位的業務主機與嵌入式自主系統中的數據在完成交換后，通過相關的接口實現數據的實時傳輸。

數據傳輸模塊主要是指組建消息隊列、信息存儲以及相關消息訂閱分布等，它的核心功能就是向業務主機傳輸以及接收數據。

系統的硬件部分主要采取了以下幾種技術，具體如下：

1)事件觸發

系統硬件部分的中心系統采用事件觸發機制，也就是系統在無交易的情況下處于休眠狀態，系統在休眠的情況下不會占用系統內的任何資源，此時則能夠更好的展示系統的多任務可操作性，增加系統資源的利用率。

2)任務控制

任務控制機制主要負責系統的交易進程，系統的交易進行主要是由任務控制機制所決定的，系統中的檢測機制能夠實時檢測系統的運行狀態，如果發現交易存在異常，則需要通過系統中的任務控制模塊結束整個交易的運行。

3)并發控制

如果系統在一定的時間段內收到用戶大量的交易請求時，系統需要利用通信層、路由層等相關隊列等進行交易[10]。

4)進程通信

系統中不同的模塊都有相應的交易進程，全部的交易進程都是通過IPC機實現的，為了確保整個交易過程的順利進行，需要在系中加入相應的軟中斷技術。

在系統的硬件部分加入自主終端，能夠增強整個系統的便捷性以及使用范圍，現階段對于金融交易的安全性提出了更高的要求，在系統硬件設計的過程中，需要增強系統的安全性以及穩定性，其中就重要的就是自主系統在經過遷移后的兼容性。

1)為了確保系統交易的正常運行，需要通過PSN電話線路以及業務子系統實現系統的通訊功能，在系統中安裝語音卡可確保通訊的正常進行。其中，通訊系統中的信息數據傳輸效率計算公式為

(1)

式中，N表示傳輸數據數量；Ts表示數據傳輸所用時長；λ表示數據傳輸的包絡幅值，λ>0。包絡幅值求解過程為

(2)

式中，u(t)信號的相位偏移量；si表示為變換算子。在上述過程下，進行系統調制。系統的物理層采用FSK進行調制，鏈路層采取問答的方式進行，與傳統的互聯網數據傳輸相比，能夠有效簡化調解過程，降低系統的運行難度。

2)自主系統的終端在進行交易的過程中，需要對用戶所使用的磁卡進行身份驗證，確定磁卡中的磁道信息以及用戶個人的PIN識別等，并且還需要去確認交易地點以及交易人的身份是可識別的，最重要的是銀行必須是可信的。

3)通過系統中支付業務的管理，能夠實現實名制電話和PSAM卡的綁定，確保用戶的身份信息與銀行卡信息相互匹配，這樣就能夠保證用戶的正常交易。

4)所設計的自主服務與傳統方法存在一定的不同，所設計系統的整個交易過程需要借助PSAM卡[11]以及終端設備等，這些設備的存在能夠有效增強系統的安全性。

2.2 層次型嵌入式自助系統模塊智能切換方法

在所研究方法的整體結構框架圖中，用戶能夠通過多種終端進入系統中，系統中的后臺數據庫主要負責存儲用戶、終端等重要信息。系統中的網絡協議以及數據轉換模塊主要負責各個模塊之間數據的轉換。在系統的服務側，能夠實現用戶身份注冊、用戶身份注銷以及用戶身份登錄等功能，還能夠對進行交易的用戶進行身份認證以及計費等服務，在上述基礎上，組建與上述模塊能力相匹配的通信信道，各個模塊具體的功能如表1所示。

表1 不同模塊功能簡介

智能切換方法的核心功能就是確保各個注冊的用戶交易過程的實時檢測以及系統自助端的性能。在進行交易的過程中，如果用戶手動進行功能切換[12]，則需要根據系統的相關機制為用戶提供最佳終端以及網絡接入服務，實現所設計系統各個模塊之間的切換，保證用戶在交易的過程中，一直都有十分滿意的終端以及網絡獲取。

智能切換模塊是整個系統中最為重要的模塊，它的存在能夠有效保證用戶交易的正常進行。

終端協同智能切換方法需要全面考慮用戶所在的網絡環境、終端狀態、用戶偏好以及所需要辦理的業務需求、費率等確定最佳的預切換終端以及網格。該算法的計算步驟如下所示：

嵌入式自助系統的核心部分就是用戶，首先需要考慮用戶所設計的終端優先級以及終端目標切換信息。如果用戶已經確定需要進行切換的終端目標，并且該終端目標的服務狀態滿足系統需求，此時則需要根據相關的參數來確定最佳接入網。然后繼續進行系統切換功能；反之，則需要通過用戶選定的優先級判斷系統中是否存在最佳加入網，如果系統中存在最佳終端，則系統繼續進行切換功能，否則系統中不存在符合系統需求的終端以及網絡。

針對網絡業務只考慮以下三個較為主要的網絡參數，分別為：時延、時延抖動、丟包率。利用下式給出描述網絡整體行為的開銷函數

(3)

式中，D代表時延；J代表時延抖動；L代表丟包率；R代表系統的服務效率；W代表各個參數的權重值的大小；T代表用戶需要辦理業務的性能需求門限。

利用下圖給出本文的層次型嵌入式自助系統模塊智能切換方法流程圖，當接收到用戶的手動切換請求信息時，需要通過終端協同選擇方法來確定需要進行切換的終端目標以及網絡。如果功能切換是由用戶手動發起的，系統繼續執行切換操作，并且將用戶的交易過程切換到系統的網格中，進行同化處理；反之，當接收到的切換請求是由系統QoS監測所獲取的，并且系統并沒有收到明確的強制切換請求，此時系統需要通過新終端進行模塊切換，并做好實時接收消息的準備。系統中的模塊在切換成功后，系統中的其它模塊需要繼續進行切換操作，組建相對完整的切換思路；反之，則需要重新獲取最佳預切換目標終端以及網絡。

綜上所述，實現了層次型嵌入式自助系統模塊智能切換。

3 仿真研究

為了驗證所提層次型嵌入式自助系統模塊智能切換方法的綜合有效性，需要進行仿真，實驗環境為：Windows7(64位)操作系統，CPU主頻為1.90GHz，內存為16.0GB，1TB機械硬盤，軟件平臺為matlab2014a。使自助系統與 ANDSF 保持通信的情況下進行仿真，ANDSF連接下的信息發送狀態如圖2所示：

圖2 ANDSF連接狀態

在上述實驗背景及網絡連接狀態下進行智能切換算法丟包率及時延性的性能檢測，檢測過程及結果如下所示：

1)丟包率

丟包率是指各個模塊在進行智能切換的過程中丟失數據所占的比例，以下分別給出不同方法的丟包率對比結果，如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 所提方法的丟包率變化趨勢

圖4 文獻[6]方法丟包率變化趨勢

圖5 文獻[7]方法丟包率變化趨勢

由上圖可知，不同方法的丟包率隨著時間的變化而變化。通過詳細的對比可知，所提方法的丟包率一直處于相對穩定的狀態，文獻[6]方法的丟包率呈緩慢上升的趨勢，但是文獻[7]方法的丟包率上升幅度明顯高于另外兩種方法，通過具體的對比分析可知，所提方法的丟包率在3種方法中為最低。由此可見，在各個模塊進行切換的過程中，所提方法能夠有效減少數據的丟包率，確保數據的完整性。

2)時延

將文獻[6]方法、文獻[7]方法作為對比方法，對比不同方法的時延，以下詳細給出對比結果，如表2所示。

表2 不同方法時延對比結果

分析表2可知，所提方法的時延在3種方法中為最低；文獻[6]方法次之；文獻[7]方法的時延最長。其主要原因在于，所提方法針對傳統方法存在弊端，進行了改進，有效降低模塊智能切換過程中產生的時間延時。

4 結束語

針對傳統嵌入式自助系統模塊智能切換方法存在的弊端，對其進行了改進。經過改進后能夠將各種業務集中到一個層次型嵌入式系統進行辦理，這樣能夠有效降低用戶的出行次數。通過實驗結果表明，該系統設計新穎、技術先進、可靠性強，方便業務的拓展以及各個模塊之間的切換，具有較強的兼容性以及開放性。