肖挺莉，李名杰

（北京首都國際機場股份有限公司信息技術(shù)部，北京 100621）

北京首都國際機場是“中國第一國門”，是中國最重要、規(guī)模最大、設備最先進、運輸生產(chǎn)最繁忙的大型國際航空港，是中國的空中門戶和對外交流的重要窗口。隨著日益完善的國際航線網(wǎng)絡的形成，使得北京首都國際機場成為世界最繁忙的機場之一，每天有超過70家航空公司的1 600個航班將北京與世界208個城市緊密連接；2010年旅客吞吐量超過7 300萬人次，排名全球第二位。

航班信息顯示系統(tǒng)FIDS（flight information display system）是一個以計算機信息技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡與通信技術(shù)為基礎，結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)為橋梁，航班信息為核心的數(shù)字化航班信息顯示系統(tǒng)。FIDS作為機場為旅客提供航班信息服務的重要信息系統(tǒng)，直接面向往來世界各地的旅客，具有向旅客和外界發(fā)布信息，引導旅客辦理乘機、候機、登機，通知旅客親友接機等基本功能。使旅客及機場工作人員能及時獲取正確的進港及出港的各種航班信息，增進旅客的有序流動及機場的整體運作效率。

首都國際機場新航站樓航班信息顯示系統(tǒng)作為國家“九五”重點建設項目，代表了當時國際先進水平航班信息顯示系統(tǒng)[1]。但隨著顯示設備的性能及機場市場意識、服務意識的不斷提高，對信息顯示系統(tǒng)的多樣性和開放性提出了更高要求[2]。在旅客運輸業(yè)務量飛速增長的今天，航班信息顯示系統(tǒng)固有的業(yè)務模式受到航班量激增的影響，處理效率低下，甚至大部分數(shù)據(jù)處理還處于數(shù)據(jù)庫輪詢模式，無法實現(xiàn)航班信息的實時顯示，如何提升航班信息顯示系統(tǒng)的業(yè)務處理效率也成為國內(nèi)外機場，尤其是大型樞紐機場共同面對的難題。

1 基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)快速處理技術(shù)解決方案

為解決大型樞紐機場海量業(yè)務數(shù)據(jù)快速處理的難題，提升航班信息顯示系統(tǒng)的業(yè)務處理效率，本文提出了一個基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)快速處理技術(shù)解決方案，如圖1和圖2所示，該方案將內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)[3]、數(shù)據(jù)緩存技術(shù)[4]、非阻塞輸入輸出流（NIO）技術(shù)[5]有機整合，大大增強了航班信息顯示系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)處理能力，從而實現(xiàn)高效實時的數(shù)據(jù)處理，其獲得的新一代航班信息顯示系統(tǒng)處理速度遠高于行業(yè)標準。

1.1 內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)

內(nèi)存數(shù)據(jù)庫是將數(shù)據(jù)放在內(nèi)存中直接操作的數(shù)據(jù)庫[6]，相對于磁盤，內(nèi)存的數(shù)據(jù)讀寫速度要高出幾個數(shù)量級，將數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中相比從磁盤上訪問能夠極大地提高應用的性能。同時，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫拋棄了磁盤數(shù)據(jù)管理的傳統(tǒng)方式，基于全部數(shù)據(jù)都在內(nèi)存中重新設計了體系結(jié)構(gòu)，并且在數(shù)據(jù)緩存、快速算法、并行操作方面也進行了相應的改進，所以，數(shù)據(jù)處理速度比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理速度要快很多，一般都在10倍以上。內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的最大特點是其“主拷貝”或“工作版本”常駐內(nèi)存，即活動事務只與實時內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的內(nèi)存拷貝打交道[7]。

盡管內(nèi)存數(shù)據(jù)庫已不是傳統(tǒng)磁盤數(shù)據(jù)庫的概念，但是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫本質(zhì)上還是數(shù)據(jù)庫，它也具有一般數(shù)據(jù)庫的基本功能：

1）永久數(shù)據(jù)的管理，包括數(shù)據(jù)庫的定義、存儲、維護等；

2）完成各種數(shù)據(jù)操作，如查詢處理、存取、完整性檢查；

3）事務管理，包括調(diào)度與并發(fā)控制等；4）對存取的控制和安全性檢驗；5）具有數(shù)據(jù)庫的可靠性恢復機制。

相對于利用程序開發(fā)手段調(diào)用內(nèi)存處理來說，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫自有其優(yōu)勢。首先，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫是產(chǎn)品化的數(shù)據(jù)庫管理軟件，極大縮短了開發(fā)周期；其次，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫有著開放的平臺和接口，程序開發(fā)和移植更加靈活便捷，也便于維護和二次開發(fā)；第三，可通過使用統(tǒng)一的SQL語言方便地查詢內(nèi)存中的數(shù)據(jù)；最后，能在數(shù)據(jù)庫中保障數(shù)據(jù)的安全性和完整性。這些優(yōu)勢，對于快速部署和簡化維護都是有利的。

在新一代航班信息顯示系統(tǒng)中，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫發(fā)揮著非常重要的作用，在系統(tǒng)加載時，將磁盤數(shù)據(jù)庫自動同步到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中，并可動態(tài)接收航班事件和OPS（運行規(guī)范）數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的自由文本時間軸調(diào)度和規(guī)則時間軸調(diào)度利用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫快速計算能力使得系統(tǒng)的整體性能得到了質(zhì)的飛躍。

1.2 數(shù)據(jù)緩存機制

新一代航班信息顯示系統(tǒng)在啟動時將最常用的字典數(shù)據(jù)（如值機柜臺、機場、登機口、等級、行李分揀口、轉(zhuǎn)盤等數(shù)據(jù)）一次性加載入內(nèi)存，如圖3所示，通過接口的方式對應用提供透明、細粒度、高速的查詢方式，減少了數(shù)據(jù)庫的查詢次數(shù)并極大地提升了接口的處理速度。

圖3 數(shù)據(jù)緩存加載示意圖Fig.3 Figure of loading data cache

1.3 異步處理機制

新一代航班信息顯示系統(tǒng)大量地采用了異步處理機制，其業(yè)務流程圖如圖4所示，采用隊列緩存技術(shù)，將系統(tǒng)的同步調(diào)用轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒秸{(diào)用方式，極大地提升了航班信息顯示系統(tǒng)性能。

圖4 業(yè)務流程圖Fig.4 Figure of business process

1.4 非阻塞輸入輸出流（NIO）技術(shù)

針對顯示客戶端和顯示層服務器之間存在大量的TCP連接，新一代航班信息顯示系統(tǒng)在Socket連接方式上采用NIO技術(shù)，以獲取網(wǎng)絡流的高速塊讀取、以及對I/O多路復用和非阻塞進行支持，NIO模塊圖如圖5所示，從而使顯示層服務器在處理高并發(fā)、大數(shù)據(jù)量的TCP連接時性能得到了極大提升。

圖5 NIO模塊設計圖Fig.5 Design of NIO module

1.5 智能篩選

新一代航班信息顯示系統(tǒng)采用了智能模糊匹配技術(shù)來精確匹配數(shù)據(jù)篩選規(guī)則，系統(tǒng)定義航班系統(tǒng)的刪選規(guī)則時需按資源類型和資源編號來定義規(guī)則，查詢時會根據(jù)預先定義的關鍵字來精確的定位到需要觸發(fā)的規(guī)則，進而減少了不必要的規(guī)則觸發(fā)，提升了新一代航班信息顯示系統(tǒng)的搜索查詢性能。

2 系統(tǒng)性能測試與分析

在相同硬件配置下，本文對基于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的快速處理技術(shù)解決方案的新一代航班信息顯示系統(tǒng)與其他同類航顯系統(tǒng)進行了性能測試與分析，對處理相同規(guī)模航班計劃（2 000條）所用時間、每分鐘處理航班動態(tài)條數(shù)、繁忙時實時動態(tài)排隊時間、航班動態(tài)信息從上游系統(tǒng)發(fā)布到屏幕顯示所用時間4個性能參數(shù)進行對比，測試結(jié)果如表1所示。

表1 相同配置下不同航顯系統(tǒng)處理效率對比表Tab.1 Efficiency of different FIDSs in same experimental environment

從表1中可知，基于本文方案的新一代航班信息顯示系統(tǒng)在處理相同規(guī)模航班計劃所用時間、繁忙時實時動態(tài)排隊時間、航班動態(tài)從上游系統(tǒng)發(fā)布到屏幕顯示所用時間3個性能參數(shù)上比國內(nèi)廠商航顯系統(tǒng)分別降低了95%、100%、85%，比國際廠商航顯系統(tǒng)分別降低了94%、100%、72%。與國內(nèi)外廠商航顯系統(tǒng)相比，每分鐘處理航班動態(tài)條數(shù)的能力分別提升24和23倍。性能測試結(jié)果表明，本文提出的基于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的快速處理技術(shù)解決方案在新一代航班信息顯示系統(tǒng)的應用中達到了良好的效果，極大地提升了新一代航班信息顯示系統(tǒng)的業(yè)務處理效率和實時處理能力。

3 結(jié)語

新一代航班信息顯示系統(tǒng)強調(diào)數(shù)據(jù)處理的及時性、有效性，要求從上游系統(tǒng)發(fā)布的數(shù)據(jù)實時反映在顯示屏幕上，本文提出的基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)快速處理技術(shù)解決方案，整合了內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)緩存技術(shù)、異步處理機制和NIO技術(shù)，新一代航班信息顯示系統(tǒng)的處理速度遠高于行業(yè)標準，有效解決了傳統(tǒng)航顯系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理效率低、航班信息服務缺乏個性化等問題，基本消除了繁忙時段航班動態(tài)排隊時間，保證了航班數(shù)據(jù)的實時性。本文提出的方案在首都機場新一代航班信息顯示系統(tǒng)的應用中取得了良好的效果，為以后國內(nèi)樞紐機場的航班信息顯示系統(tǒng)建設提供了良好的技術(shù)積累和實施經(jīng)驗。

[1]金 輝，石 敏.新一代航班信息顯示系統(tǒng)——首都國際機場新航站樓航班信息顯示系統(tǒng)[J].計算機工程與應用，2011，37（4）：105-108.

[2]石 敏，金 輝，田向東.航班信息顯示系統(tǒng)中公共信息顯示問題研究[J].微機發(fā)展，2004，14（4）：80-81，109.

[3]GARCIA-MOLINA H，SALEM K.Main memory database systems：an overview[J].IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering，1992，4（6）：509-516.

[4]顧榮慶，楊開杰，徐汀榮.分布式數(shù)據(jù)緩存技術(shù)研究[J].計算機應用與軟件，2011，28（6）：202-204.

[5]賀 杰.非阻塞輸入輸出在信息交換系統(tǒng)中的應用[J].軟件導刊，2011，10（5）：135-137.

[6]周游弋，董道國，金 城.高并發(fā)集群監(jiān)控系統(tǒng)中內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的設計與應用[J].計算機應用與軟件，2011，28（6）：128-130.

[7]石英偉，姜 浩.實用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫核心及其在VLR系統(tǒng)中的應用[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2008，18（1）：216-219.