楊 眉，李忠科，王 忠

(第二炮兵工程大學(xué)計算機教研室，陜西西安 710025)

運動目標(biāo)的跟蹤打擊要求通過衛(wèi)星、雷達(dá)和無人機實時發(fā)現(xiàn)并跟蹤預(yù)定區(qū)域的目標(biāo)，不斷將各類目標(biāo)信息發(fā)送至情報部門，同時目標(biāo)信息的裝訂和使用部門也需要訂閱并實時獲取發(fā)送至情報部門的信息。此類信息包括實時變化的遙感圖像、坐標(biāo)位置等各類參數(shù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大、分類繁多，在不間斷的分發(fā)獲取信息的過程中，會產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)，造成信道擁堵，進(jìn)而對目標(biāo)信息的裝訂和使用部門分析目標(biāo)、制定打擊計劃以及目標(biāo)打擊的時效性等方面造成影響。同時，各類信息的使用部門所應(yīng)用的系統(tǒng)技術(shù)體制、數(shù)據(jù)格式及傳輸方式不盡相同，這也為該類異構(gòu)系統(tǒng)接入并訂閱信息產(chǎn)生了影響，如果采用同樣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重新開發(fā)，則代價較大。為此，需要高效的網(wǎng)絡(luò)分發(fā)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以便接入各種異構(gòu)的訂閱系統(tǒng)，并對信息內(nèi)容進(jìn)行精準(zhǔn)描述、針對不同的訂閱興趣和需求進(jìn)行匹配，使所需信息能夠準(zhǔn)確快速地分發(fā)至使用者。

針對這些問題，文中提出基于柵格和P2P網(wǎng)絡(luò)分發(fā)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，各類異構(gòu)系統(tǒng)通過松耦合方式接入情報部門統(tǒng)一的信息分發(fā)系統(tǒng)，集中發(fā)布和訂閱獲取打擊目標(biāo)所需的各類信息。該分發(fā)系統(tǒng)將加入訂閱的信息節(jié)點以集中式結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞植际焦１砑夹g(shù)方式接入，使用OWL－S語言對獲取的多源目標(biāo)信息進(jìn)行語義分類描述和本體建模，通過多Agent協(xié)同對訂閱需求進(jìn)行興趣識別、語義推理和信息匹配，過濾冗余信息并判斷訂閱的時效性，自主將有共同興趣訂閱的主題內(nèi)容在邏輯上劃分為節(jié)點群，一個節(jié)點群內(nèi)部以P2P方式，通過KAD最佳路網(wǎng)絡(luò)由算法進(jìn)行路由選擇并判斷負(fù)載均衡，必要時可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁堵情況進(jìn)行分包傳輸，以滿足大規(guī)模訂閱需求的同步快速分發(fā)。

1 基于語義柵格的信息分發(fā)技術(shù)

1.1 現(xiàn)有信息收發(fā)機制

在異構(gòu)信息系統(tǒng)之間進(jìn)行的信息交換，由于受到技術(shù)體制、數(shù)據(jù)格式及傳輸模式不同帶來的集成困難，使得重新開發(fā)代價較大。為此，通常采用數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)來實現(xiàn)信息的交換，其需要及時準(zhǔn)確地將情報信息發(fā)送給使用人員，強調(diào)分發(fā)的快速、準(zhǔn)確。但是快速數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)的構(gòu)建受以下制約:

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不利于信息的分發(fā)與共享，形成眾多的“信息孤島”，即在戰(zhàn)場環(huán)境中存在多個孤立的信息源，彼此之間溝通不暢，無法滿足對信息獲取與分發(fā)要求。而在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，圖形、圖像、視頻流信息會成為發(fā)展的主流，這將使傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力面臨更大地挑戰(zhàn)。

在信息共享格式方面，由于異構(gòu)信息系統(tǒng)間信息的格式不同，數(shù)據(jù)存儲方式不同，并且不能進(jìn)行互操作。所以，信息生成者不能以用戶所希望的格式向其提供易于使用的信息，同時，也限制了使用人員對關(guān)鍵信息的獲?。?］。

在信息訂閱與分發(fā)模式方面，通常的信息訂閱與分發(fā)主要是在訂閱終端上安裝所需的服務(wù)軟件，而由于運動目標(biāo)信息的多源性，為此需要安裝多種訂閱服務(wù)軟件，缺乏統(tǒng)一的訂閱分發(fā)中心，以便一個平臺完成多種訂閱服務(wù)，盡量提高訂閱分發(fā)和多源數(shù)據(jù)融合的效率。

在信息訂閱分發(fā)的效率方面，運動目標(biāo)的信息是實時變化的，需要在有限的打擊時間和數(shù)據(jù)處理容量條件下，根據(jù)作戰(zhàn)需要和訂閱需求在時效性和興趣度上進(jìn)行智能判斷，剔除冗余數(shù)據(jù)，將最需要的信息準(zhǔn)確高效分發(fā)。

在動態(tài)重組與抗毀重組方面，通常的信息訂閱與分發(fā)采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是C/S方式，此方式在設(shè)置上擁有強大處理能力和大帶寬的高性能計算機，配合高檔的服務(wù)器軟件，再將大量的數(shù)據(jù)集中存放在上面。而應(yīng)用端PC要安裝多樣化的服務(wù)軟件。這并不利于應(yīng)用作戰(zhàn)端損毀后的重組應(yīng)用，必須在應(yīng)用端安裝統(tǒng)一的訂閱分發(fā)系統(tǒng)，減少服務(wù)軟件的安裝數(shù)量，一個平臺完成多種訂閱接收信息服務(wù)。

1.2 基于OWL－S語義柵格的信息分發(fā)技術(shù)

(1)基于信息柵格架構(gòu)的信息訂閱分發(fā)中心。

訂閱節(jié)點和發(fā)布節(jié)點通過統(tǒng)一的信息訂閱分發(fā)中心提交訂閱請求和發(fā)布信息，并將其傳送給OWL－S處理器。由于發(fā)布節(jié)點與訂閱節(jié)點的地理位置分散，通常為異構(gòu)系統(tǒng)，因此在接入方式、數(shù)據(jù)傳輸格式和通信機制上采用松耦合的信息柵格架構(gòu)。信息柵格訂制了統(tǒng)一的開放式API函數(shù)以便訂閱節(jié)點能夠接入獲取分發(fā)數(shù)據(jù)，使用UDDI信息資源注冊中心提供各情報部門獲取的信息發(fā)布和查詢API來實現(xiàn)信息發(fā)布、發(fā)現(xiàn)和使用。發(fā)布API支持信息的發(fā)布和更新操作，使發(fā)布節(jié)點可在UDDI信息資源注冊中心發(fā)布和更新信息。查詢API支持訂閱節(jié)點對注冊信息特征的查詢操作［2］。信息柵格體系架構(gòu)中還使用了WSDL和SOAP技術(shù)提供描述發(fā)布節(jié)點信息服務(wù)的統(tǒng)一方法以及調(diào)用目標(biāo)信息資源的方法。所有訂閱分發(fā)數(shù)據(jù)均以XML數(shù)據(jù)格式流轉(zhuǎn)于分發(fā)系統(tǒng)和訂閱節(jié)點之間。這些技術(shù)使發(fā)布和訂閱雙方的交互不受編程方式、數(shù)據(jù)存儲方式及傳輸模式的影響，使異構(gòu)系統(tǒng)可以接入分發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問與交換。在對UDDI的查詢匹配過程中，由于發(fā)布節(jié)點與訂閱節(jié)點地理位置分散，則對訂閱請求引入請求代理(Agent)，請求Agent在網(wǎng)絡(luò)中移動，并把負(fù)載信息、通訊量和任務(wù)執(zhí)行序列等信息作為負(fù)載平衡、通訊調(diào)整、任務(wù)調(diào)度等的參考依據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)為用戶尋找OWL－S處理器，并向其傳遞查詢信息，這將較大改善系統(tǒng)的性能和智能化水平。在系統(tǒng)環(huán)境中，利用IBM的Aglet生成移動Agent，方法簡便。其通信機制以及移動性定義及封裝較為嚴(yán)密，Agent無需統(tǒng)一的調(diào)度。由用戶創(chuàng)建的Agent可以異步在不同計算節(jié)點運行，任務(wù)完成后將結(jié)果傳送給用戶。

在完成相關(guān)訂閱請求的匹配推理后采用數(shù)據(jù)XML序列化及異步socket發(fā)送的分包算法實現(xiàn)大容量信息的分包傳輸。

(2)在基于信息柵格的分發(fā)系統(tǒng)基本架構(gòu)的基礎(chǔ)上，對信息發(fā)布、訂閱以及 UDDI進(jìn)行了語義化的改進(jìn)。

由于運動目標(biāo)信息來自于多源，為實現(xiàn)基于訂閱需求的匹配，需要提取信息特征并對信息進(jìn)行分類。實現(xiàn)的方法在于對發(fā)布節(jié)點提供的信息特征進(jìn)行語義的精準(zhǔn)描述，并指定其特征所引用的本體概念，還要對訂閱請求進(jìn)行語義化的描述。利用本體建模方法所建立的領(lǐng)域本體作為本體概念庫，同時使用OWL－S語言建立分類信息特征本體，這為訂閱需求的語義推理和匹配提供了必要信息。因此需要對UDDI信息資源注冊中心的注冊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使其支持發(fā)布信息特征的語義精準(zhǔn)描述。為解決該問題，所有分類信息需以語義描述的本體映射到UDDI中的tModel類型關(guān)鍵字。設(shè)計OWL－S/UDDI轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)OWL－S Profile實例與UDDI注冊信息特征的轉(zhuǎn)換功能。同時為了實現(xiàn)對訂閱請求以及發(fā)布信息特征的抽取，構(gòu)造一個OWL－S處理器，用于提取訂閱請求及發(fā)布信息的特征，并進(jìn)行語義的精準(zhǔn)描述，以便于信息的快速分類注冊存放以及后續(xù)的興趣匹配［2］。

(3)信息分發(fā)的前提是實現(xiàn)訂閱請求與發(fā)布信息特征的興趣識別、信息匹配和語義推理，從而過濾冗余信息并判斷訂閱的時效性。

實現(xiàn)基于訂閱興趣的匹配關(guān)鍵是設(shè)計一種有效的語義匹配算法，使用該匹配算法可提高信息匹配的性能。文中給出一種以基于訂閱興趣信息分類功能的語義匹配算法，同時引入量化的思想來標(biāo)明訂閱興趣與發(fā)布信息的匹配程度，從而快速劃分共同訂閱興趣以及所對應(yīng)的發(fā)布信息的關(guān)聯(lián)度。在完成信息匹配后，可依據(jù)量化的匹配程度，進(jìn)一步進(jìn)行基于訂閱興趣的語義推理，將后續(xù)最感興趣并經(jīng)常性訂閱的信息領(lǐng)域進(jìn)行記錄并主動將信息推送至訂閱節(jié)點，同時過濾不感興趣的冗余信息以降低網(wǎng)絡(luò)分發(fā)數(shù)據(jù)量。

(4)在分發(fā)過程中，依照上述基于訂閱興趣的語義推理，系統(tǒng)自主將有共同興趣訂閱的主題內(nèi)容在邏輯上劃分為節(jié)點群，一個節(jié)點群內(nèi)部以P2P方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)，通過KAD最佳路由算法進(jìn)行路由選擇并判斷負(fù)載均衡。

通過語義推理把興趣相近的節(jié)點按照規(guī)則組織到一個虛擬節(jié)點群中，因此數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)不再單純地依靠地址或是概率，而是根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容動態(tài)的選擇轉(zhuǎn)發(fā)目標(biāo)，使其較快地到達(dá)相應(yīng)的節(jié)點群中。節(jié)點群是為所有訂閱中的屬性構(gòu)建的多個屬性拓?fù)洌渲忻總€屬性拓?fù)鋵?yīng)一個訂閱屬性，每個屬性拓?fù)浔唤M織成一棵分布式的平衡二叉樹結(jié)構(gòu)［3］。節(jié)點群聚集了對同一個屬性感興趣的節(jié)點，使得數(shù)據(jù)按照屬性能夠并行的在不同的節(jié)點群中以P2P方式進(jìn)行分發(fā)，通過一個平衡的二叉樹結(jié)構(gòu)，單個屬性的匹配過程得以分布到網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點群，使得不同數(shù)據(jù)的相同屬性只需在節(jié)點群中匹配一次［3］，分發(fā)數(shù)據(jù)在節(jié)點群中進(jìn)行緩存，再通過KAD最佳路由算法在同一節(jié)點群中進(jìn)行路由選擇后的尋徑和并行轉(zhuǎn)發(fā)，同時節(jié)點的負(fù)載也能夠均衡的分布。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

(1)基于松耦合的信息柵格架構(gòu)對接入的訂閱節(jié)點和發(fā)布節(jié)點進(jìn)行接入方式、數(shù)據(jù)傳輸格式和通信機制方面統(tǒng)一描述的技術(shù)。

傳統(tǒng)的信息分發(fā)系統(tǒng)采用點對點訂制分發(fā)模式，要什么信息就裝什么軟件，而由于運動目標(biāo)信息的多源性，為此需安裝多種訂閱服務(wù)軟件，缺乏統(tǒng)一的訂閱分發(fā)中心?？刹捎没谒神詈系男畔鸥窦軜?gòu)對接入的訂閱節(jié)點和發(fā)布節(jié)點進(jìn)行接入方式、數(shù)據(jù)傳輸格式和通信機制方面統(tǒng)一描述，這樣，不同來源情報信息發(fā)布和訂閱統(tǒng)一在信息柵格架構(gòu)上以異構(gòu)系統(tǒng)的方式接入信息訂閱分發(fā)中心，改變了以往訂閱信息需在訂閱終端上點對點安裝所需的信息服務(wù)軟件，以便一個平臺完成多種訂閱服務(wù)，可以盡量提高訂閱分發(fā)和多源數(shù)據(jù)融合的效率。

(2)基于OWL－S語言在UDDI中對訂閱要求和發(fā)布信息進(jìn)行本體建模和語義化的改進(jìn)技術(shù)。

OWL－S語言是一種較為成熟并公開標(biāo)準(zhǔn)的語義Web轉(zhuǎn)換描述語言，應(yīng)用其給出的方法可以提取發(fā)布及訂閱信息特征并對其進(jìn)行語義的精準(zhǔn)描述，并指定其特征所引用的本體概念，對信息進(jìn)行分類，以便于信息的快速分類注冊以及后續(xù)的興趣匹配。

(3)基于訂閱興趣信息分類功能的語義匹配算法。

該算法思想主要是將語義描述的訂閱請求特征與UDDI中注冊的經(jīng)過語義描述的發(fā)布信息分類進(jìn)行匹配，以判斷其興趣特征的領(lǐng)域劃分;在鎖定UDDI的分類領(lǐng)域后，對訂閱請求與發(fā)布信息特征再次進(jìn)行精準(zhǔn)匹配，由于其都經(jīng)過了語義的描述改造，匹配的精準(zhǔn)程度大大增加;最后將量化的匹配度作為閥值，返回匹配結(jié)果。

(4)基于P2P分發(fā)模式和平衡負(fù)載的KAD信息分發(fā)路由算法。

使用一種結(jié)構(gòu)化路由算法KAD，該算法是一種分布式搜索算法，在分布式搜索算法中，搜索命令沿節(jié)點連續(xù)進(jìn)行傳遞，根據(jù)策略選擇消息的發(fā)送對象，鄰居收到消息后，首先檢索本地數(shù)據(jù)是否匹配，將匹配成功的消息沿原路回傳到初始節(jié)點;同時，選擇合適的鄰居繼續(xù)擴(kuò)散消息，搜索跳度由TTL計數(shù)器控制。

(5)基于序列化XML及異步socket分包算法的信息的實時傳輸技術(shù)。

各信息系統(tǒng)間主要的通信手段包括有線和無線等，傳輸協(xié)議和帶寬不盡相同。目前使用的信息傳輸服務(wù)在面對大數(shù)據(jù)量的衛(wèi)星信息在不同傳輸介質(zhì)中傳輸經(jīng)常會出現(xiàn)丟包現(xiàn)象。擬采用數(shù)據(jù)XML序列化及異步socket發(fā)送的分包算法實現(xiàn)信息的實時傳輸、推送至訂閱節(jié)點。

采用數(shù)據(jù)XML及數(shù)據(jù)包分段的技術(shù)，使得信息作為通用信息可以在不同信息系統(tǒng)間實現(xiàn)傳輸。首先將需交互的數(shù)據(jù)寫入XML文件中去，然后將XML文件依照通用傳輸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分包并傳輸，最后由接受系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)包、合成文件并讀入交互數(shù)據(jù)信息。由于XML文件的規(guī)范性，在一定程度上縮短了系統(tǒng)讀取交互數(shù)據(jù)信息的時間，提高了系統(tǒng)運行效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 運動目標(biāo)信息快速分發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(1)基于信息柵格架構(gòu)的信息訂閱分發(fā)中心:訂閱節(jié)點通過統(tǒng)一的信息訂閱分發(fā)中心提交訂閱信息，并將其傳送給OWL－S處理器。由于發(fā)布節(jié)點與訂閱節(jié)點的地理位置分散，通常為異構(gòu)系統(tǒng)，因此在接入方式、數(shù)據(jù)傳輸格式和總體結(jié)構(gòu)上采用松耦合的信息柵格架構(gòu)，并對訂閱請求引入請求代理(Agent)。在完成相關(guān)訂閱請求的匹配推理后，采用數(shù)據(jù)XML序列化及異步socket發(fā)送的分包算法實現(xiàn)大容量信息的分包傳輸。

(2)OWL－S處理器:可接受訂閱節(jié)點通過請求Agent傳遞的訂閱信息，也可將發(fā)布節(jié)點的發(fā)布信息特征轉(zhuǎn)換成OWL－S描述以實現(xiàn)對訂閱請求以及發(fā)布信息特征的抽取。該模塊從訂閱信息中抽取出滿足其需求的功能信息，并形成標(biāo)準(zhǔn)、無語義沖突的查詢描述，該訂閱信息描述在形式上與本體的Profile相同，有利于簡化匹配處理過程，從而提高信息發(fā)現(xiàn)效率;而對于發(fā)布節(jié)點來說，可根據(jù)領(lǐng)域本體對發(fā)布信息特征進(jìn)行OWL－S描述轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生包含OWL－S Profile、Process Model及Grounding的發(fā)布分類信息本體［4］。

(3)OWL－S/UDDI轉(zhuǎn)換器:發(fā)布節(jié)點發(fā)布信息時，需向UDDI信息資源注冊中心注冊發(fā)布信息特征，通過該轉(zhuǎn)換器可以把OWL－S處理器產(chǎn)生的OWL－S Profile實例轉(zhuǎn)化為UDDI注冊信息，并用原有的發(fā)布接口進(jìn)行信息發(fā)布［4］。

(4)UDDI信息資源注冊中心:用來接收發(fā)布節(jié)點的發(fā)布信息特征描述注冊參數(shù)，同時建立領(lǐng)域分類以區(qū)分分類信息。

(5)OWL－S匹配引擎:主要包括語義推理機、匹配引擎、領(lǐng)域本體庫和發(fā)布分類信息本體庫部分。

1)匹配器。通過基于訂閱興趣信息分類功能的語義匹配算法，對訂閱請求和發(fā)布信息特征進(jìn)行匹配，并按照量化匹配度給出排序。

2)OWL－S推理機。在完成信息匹配后，可依據(jù)量化的匹配程度，進(jìn)一步進(jìn)行基于訂閱興趣的語義推理，將后續(xù)最感興趣并經(jīng)常性訂閱的信息領(lǐng)域進(jìn)行記錄并主動將信息推送至訂閱節(jié)點，同時過濾了不感興趣的冗余信息以降低網(wǎng)絡(luò)分發(fā)數(shù)據(jù)量。

3)領(lǐng)域本體庫。存儲衛(wèi)星信息、雷達(dá)信息及無人機監(jiān)測信息的遙測圖像、參數(shù)等領(lǐng)域內(nèi)的知識庫、知識關(guān)系。

4)分類信息本體庫。其可以精確描述發(fā)布及訂閱信息特征的相關(guān)要素及相互關(guān)系，并進(jìn)行各層面的語義描述。

(6)節(jié)點群自組織P2P分發(fā)模塊。其包括經(jīng)過推理機所記錄的共同興趣領(lǐng)域分類對訂閱節(jié)點進(jìn)行邏輯上的節(jié)點群劃分，將匹配器匹配的滿足興趣的信息推送至節(jié)點群中進(jìn)行緩存，同時按照KAD算法進(jìn)行負(fù)載判斷、路由選擇，然后并行轉(zhuǎn)發(fā)，直至收到所有接收該信息的訂閱節(jié)點的回執(zhí)，完成分發(fā)過程。

3 結(jié)束語

文中以武器系統(tǒng)打擊運動目標(biāo)時，對海量多源多類信息的實時需求為牽引，通過對現(xiàn)有目標(biāo)訂閱、發(fā)布和分發(fā)技術(shù)體制的綜合分析，在體系結(jié)構(gòu)、信息的語義化處理與描述形式、語義匹配算法與推理機制、路由算法等方面進(jìn)行探索性研究，突破基于柵格和P2P網(wǎng)絡(luò)分發(fā)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的異構(gòu)系統(tǒng)連接技術(shù)、信息資源中心的語義化處理與分級語義匹配技術(shù)、大規(guī)模訂閱需求的同步快速分發(fā)技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)一種基于OWL－S語義柵格的運動目標(biāo)信息快速分發(fā)演示驗證系統(tǒng)，為新一代信息分發(fā)機制提供技術(shù)支持，滿足武器系統(tǒng)對多源信息的快速獲取和訂制需求。

［1］蔡疆.基于柵格的戰(zhàn)場信息分發(fā)方法研究［D］.成都:電子科技大學(xué)，2007.

［2］杜春.語義Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)模型研究［D］.南京:河海大學(xué)，2006.

［3］孫偉東.基于內(nèi)容的快速數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)研究［D］.長沙:國防科技大學(xué)，2008.

［4］鄭德.基于語義的Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)與匹配的研究［D］.武漢:武漢理工大學(xué)，2007.

［5］彭國金，劉嫚婷.非結(jié)構(gòu)化海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，35(14):129－131.