數(shù)字模型同步下的信息管理系統(tǒng)研究

摘要：信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建與運(yùn)行是提升生產(chǎn)管理水平與效率的重要手段之一，為了解決現(xiàn)階段信息管理平臺異構(gòu)數(shù)據(jù)融合與同步困難的問題，該研究提出建立基于數(shù)字模型同步的信息管理系統(tǒng)，在明確系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)之上，深入分析系統(tǒng)管理云平臺數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)方案，進(jìn)一步探討了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸平臺網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（Network Time Procotol，NTP）及數(shù)據(jù)安全機(jī)制。測試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定通信，數(shù)據(jù)同步傳輸方面表現(xiàn)優(yōu)異，有一定應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：信息管理系統(tǒng)；管理云平臺；NTP同步模型

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的宏觀背景下，企事業(yè)單位及相關(guān)機(jī)構(gòu)定制的信息管理系統(tǒng)數(shù)量呈現(xiàn)出不斷增加之勢，由此有海量、分散且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù)生成，在很大程度上對數(shù)據(jù)價(jià)值的體現(xiàn)產(chǎn)生影響。怎樣對海量孤立且分散的異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，整合為高質(zhì)量、高價(jià)值的共享數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)信息傳輸同步性，是當(dāng)前諸多研究人員的關(guān)注重點(diǎn)。

1 基于數(shù)字模型的信息管理系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

以“云-端”分布式架構(gòu)為基礎(chǔ)，該研究對無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)加以運(yùn)用，進(jìn)行面向遠(yuǎn)程終端的信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要包括2個(gè)部分，其一為數(shù)據(jù)傳輸平臺，其二為管理云平臺，圖1所示為信息管理系統(tǒng)架構(gòu)。

其中，數(shù)據(jù)傳輸平臺建立于Linux系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對遠(yuǎn)程終端監(jiān)控系統(tǒng)中控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN）總線接口進(jìn)行集成，內(nèi)部嵌入NTP同步機(jī)制以及數(shù)據(jù)安全檢測機(jī)制，經(jīng)由無線與遠(yuǎn)程服務(wù)器建立連接，前者的功能在于和配置于服務(wù)端的遠(yuǎn)程終端參數(shù)模型實(shí)現(xiàn)邊緣同步，而后者則主要實(shí)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)的識別及排除。數(shù)據(jù)終端單元（Data Terminal Unit，DTU）對遠(yuǎn)程終端參數(shù)模型進(jìn)行加載，在完成解析任務(wù)之后便可以執(zhí)行由遠(yuǎn)程終端傳感系統(tǒng)傳遞而來的數(shù)據(jù)分析任務(wù)［1］。管理云平臺以3層C/S架構(gòu)為基礎(chǔ)，對終端參數(shù)模型進(jìn)行自動(dòng)加載和匹配，執(zhí)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的運(yùn)算、可視化分析以及存儲任務(wù)，為用戶提供相應(yīng)的智能化服務(wù)，例如：信息管理及業(yè)務(wù)監(jiān)控等。

1.2 管理云平臺數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

基于3層C/S架構(gòu)的管理云平臺以數(shù)據(jù)層中各類不同格式的數(shù)據(jù)為操作對象，不僅可以為數(shù)據(jù)訪問通道提供保證，還可以達(dá)到跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享的目的。在信息管理系統(tǒng)用戶量持續(xù)增加的過程中，基于3層C/S架構(gòu)的管理云平臺數(shù)據(jù)層面臨越來越復(fù)雜的業(yè)務(wù)請求，有較大的集中式請求出現(xiàn)率，以3層C/S架構(gòu)為支持，能夠?qū)崿F(xiàn)對該問題的有效解決［2］。

管理云平臺數(shù)據(jù)層對分布式多通道冗余數(shù)據(jù)平臺加以運(yùn)用，在對數(shù)據(jù)管理機(jī)制的優(yōu)化基礎(chǔ)之上，對數(shù)據(jù)庫的類型進(jìn)行多元化處理，以模塊化設(shè)計(jì)理念為支持，改進(jìn)數(shù)據(jù)接口、緩存以及處理等各模塊的處理機(jī)制，與用戶的不同權(quán)限相結(jié)合對輸入技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，確保數(shù)據(jù)層可以對業(yè)務(wù)請求的優(yōu)先級進(jìn)行高精度評估，最終達(dá)到提高管理云平臺高效運(yùn)行的目的。

2 數(shù)據(jù)傳輸平臺關(guān)鍵技術(shù)

2.1 NTP同步模型

NTP是一類應(yīng)用率比較高的同步組網(wǎng)機(jī)制，該研究利用客戶端/服務(wù)器工作模式實(shí)現(xiàn)同步模型的授時(shí)過程，工作原理如圖2所示。細(xì)化而言，客戶端能夠得到4個(gè)不同的時(shí)間戳，分別用T1、T2、T3、T4表示，其中，前3個(gè)時(shí)間戳在報(bào)文中記錄，最后一個(gè)時(shí)間戳則是在接收應(yīng)答報(bào)文的過程中由客戶端進(jìn)行記錄；d1、d2均為報(bào)文傳遞時(shí)延，d1方向?yàn)榭蛻舳酥练?wù)器，d2方向相反。

NTP同步機(jī)制如下：

T1時(shí)間戳：客戶端發(fā)送報(bào)文至服務(wù)器；T2時(shí)間戳：服務(wù)器接收由客戶端發(fā)送的報(bào)文，被稱作接收時(shí)間；T3時(shí)間戳：服務(wù)器對接收的報(bào)文做出響應(yīng)，將響應(yīng)結(jié)果向客戶端返回；T4時(shí)間戳：客戶端接收由服務(wù)器發(fā)送的響應(yīng)報(bào)文。

用t表示客戶端和服務(wù)器之間的時(shí)間偏差量，有：

T2=T1+t+d1（1）

T4=T3-t+d2（2）

用d表示客戶端和服務(wù)器之間報(bào)文的雙向傳遞時(shí)延，有：

d=d1+d2（3）

在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)榭蛻舳撕头?wù)器之間的傳輸時(shí)延存在差異且估算難度非常大，因而要想將二者之間的時(shí)間差求解出來并不可行。為了將上面公式簡化，文章提出以下假設(shè)：相同數(shù)目報(bào)文的來回途徑有一致的時(shí)延，亦即d1=d2=1/2d，據(jù)此可以得到簡化公式：

進(jìn)一步地，客戶端和服務(wù)器之間的時(shí)間偏差量可以被求解出來，有：

客戶端和服務(wù)器之間報(bào)文的雙向傳遞時(shí)延為：

d=（T2-T1）+（T4-T3）（7）

據(jù)此，該研究便可完成對t與d的求解，在此基礎(chǔ)上，客戶端能夠結(jié)合t的計(jì)算結(jié)果對本機(jī)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步。根據(jù)上述分析，客戶端和服務(wù)器之間的時(shí)間偏差量并不會受到服務(wù)器處理請求實(shí)際用時(shí)的影響，不過對時(shí)間偏差量的準(zhǔn)確測量建立于以下基礎(chǔ)之上：由客戶端向服務(wù)器的報(bào)文傳送時(shí)延與由服務(wù)器向客戶端的報(bào)文傳送時(shí)延是一致的，即前文強(qiáng)調(diào)的d1=d2=1/2d。

2.2 數(shù)據(jù)安全機(jī)制

信息管理系統(tǒng)所涉數(shù)據(jù)非常多，因而需要引入數(shù)據(jù)安全機(jī)制，執(zhí)行對新入庫數(shù)據(jù)的智能化分析任務(wù)，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確識別并排除各類潛在的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)［3］。在運(yùn)行過程中，此模塊主要對模糊認(rèn)知圖（Fuzzy Cognitive Map，F(xiàn)CM）理論加以運(yùn)用，進(jìn)行數(shù)據(jù)安全性評估模型的構(gòu)建，以特定公式的運(yùn)作為支持完成對數(shù)據(jù)安全性的準(zhǔn)確評估，此項(xiàng)設(shè)計(jì)能夠?yàn)閿?shù)據(jù)準(zhǔn)確性及系統(tǒng)可靠性提供重要保證［4］。細(xì)化而言，F(xiàn)CM是一個(gè)帶有反饋的有向網(wǎng)絡(luò)，能夠利用各個(gè)概念之間存在的關(guān)系建立起模糊反饋動(dòng)力系統(tǒng)中因果事件、目標(biāo)以及趨勢之間的聯(lián)系。二項(xiàng)FCM如圖3所示。

圖3中，Ci與Cj均表示概率，二者之間的連接值用eij表示，取值范圍為-1～1。如果eij=0，意味著Ci與Cj并沒有任何關(guān)系；如果eij＞0，意味著Ci與Cj之間存在正向關(guān)系，Ci為原因，Cj為結(jié)果，亦即在Ci持續(xù)變大的過程中，Cj會以eij倍數(shù)同樣呈現(xiàn)出不斷增加之勢，且eij絕對值越大，Ci與Cj之間因果關(guān)系所產(chǎn)生的影響越強(qiáng)烈。

對于以不同安全事件Ik（事件的影響力即eij）為來源的證據(jù)，文章根據(jù)下式對數(shù)據(jù)Ri的安全狀態(tài)進(jìn)行表達(dá)：

式中，I表示安全事件，該研究在對各安全事件進(jìn)行量化處理之后，與其影響力相乘，進(jìn)一步除以全部影響力之和，便能完成IAS數(shù)值的求解。利用FCM模型求解的IAS值越大，意味著安全事件所對應(yīng)的數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)越大，故此，該研究對FCM加以運(yùn)用，能夠?qū)撛陲L(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確識別出來。

3 系統(tǒng)測試

3.1 測試環(huán)境

系統(tǒng)構(gòu)建完成之后，須要對其進(jìn)行測試，由于該研究重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、傳輸同步，因而本次測試以系統(tǒng)連接穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)監(jiān)測與傳輸情況為主。以車間為例，該研究在測試之時(shí)將系統(tǒng)應(yīng)用于車間信息管理中，先將車間遠(yuǎn)程終端設(shè)備DTU啟動(dòng)，建立系統(tǒng)和遠(yuǎn)程終端之間的網(wǎng)絡(luò)連接，之后，遠(yuǎn)程終端主動(dòng)向本文信息管理系統(tǒng)服務(wù)器發(fā)送注冊報(bào)文，服務(wù)器對該報(bào)文做出響應(yīng)；在此基礎(chǔ)上，遠(yuǎn)程終端基于NTP同步模型向系統(tǒng)服務(wù)器發(fā)送請求報(bào)文，服務(wù)器同樣基于NTP同步模型做出報(bào)文響應(yīng)，向DTU下發(fā)同步模型文件，在DTU完成加載與解析之后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步傳遞，在系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)，遠(yuǎn)程終端在開機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)之下可以和服務(wù)器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連接［5-6］。

3.2 測試結(jié)果

該研究分別在4個(gè)車間設(shè)備上進(jìn)行遠(yuǎn)程終端傳感器的安裝，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集與測試任務(wù)，對各遠(yuǎn)程終端數(shù)據(jù)的上傳周期進(jìn)行設(shè)置，時(shí)間為10 s，另外，設(shè)置2 h測試時(shí)長，得到表1所示測試結(jié)果。

如表1所示，4臺車間設(shè)備基于傳感器及DTU的支持能夠建立起與該項(xiàng)目信息管理系統(tǒng)的穩(wěn)定連接，報(bào)文接收與發(fā)送的成功率均在99.70%以上，意味著系統(tǒng)在數(shù)據(jù)同步傳輸方面具有優(yōu)異表現(xiàn)。

4 結(jié)語

數(shù)據(jù)融合主要是針對諸多數(shù)據(jù)執(zhí)行動(dòng)態(tài)性的抽取及轉(zhuǎn)換任務(wù)，將其集成至統(tǒng)一建模的大型信息管理系統(tǒng)中，可以在顯著程度上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)利用率及其一致性的提升。而為了達(dá)到全面與有效融合異構(gòu)數(shù)據(jù)的重要目的，既須要構(gòu)建數(shù)字模型，針對持續(xù)變化的數(shù)據(jù)實(shí)施同步處理，又要嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)安全性，本文基于數(shù)字模型同步的信息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對上述問題的有效解決，可在相關(guān)信息管理工作中得到推廣。

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Research on information management system under digital model synchronization

Abstract： The construction and operation of an information management system is one of the important means to improve the level and efficiency of production management. In order to solve the difficulty of heterogeneous data fusion and synchronization in the current information management platform， this study proposes to establish an information management system based on digital model synchronization. On the basis of clarifying the system architecture， the implementation plan of the system management cloud platform data layer is analyzed in depth， and the network time protocol （NTP） and data security mechanism of the system data transmission platform are further explored. The test results show that the system can achieve stable communication， perform well in data synchronization transmission， and has certain application value.

Key words： information management system; management cloud platform; NTP synchronization model