朱建紅 陸保國(guó)

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 江蘇 210007）

0 引 言

當(dāng)前C4I系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)正處在向構(gòu)件化、服務(wù)化的方向發(fā)展，隨著我軍新一代裝備的陸續(xù)加入、新型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施以及嶄新的軟件開(kāi)發(fā)模式的應(yīng)用都對(duì)分布式實(shí)時(shí)環(huán)境下的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（Data Distribution Service，DDS）提出了更高的需求。隨著各種類型數(shù)據(jù)源的大量出現(xiàn)，信息處理系統(tǒng)需要將不同地點(diǎn)和不同時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，數(shù)據(jù)分發(fā)過(guò)程隨著數(shù)據(jù)需求的多樣性而變得更加復(fù)雜，數(shù)據(jù)分發(fā)不僅需要建立兩者間的數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系，還需要提供數(shù)據(jù)在時(shí)間、空間和功能上的擴(kuò)展能力。目前，國(guó)外已經(jīng)有比較成熟的DDS產(chǎn)品，像美國(guó)RTI（Real -Time Innovations，Inc.）公司的 NDDS（Network Data Distribution Service）已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了美國(guó)海、陸、空、航天各個(gè)領(lǐng)域。而我國(guó)對(duì)分布式實(shí)時(shí)通信環(huán)境下數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)的研究尚處于起步階段。

本文針對(duì)當(dāng)前指揮控制系統(tǒng)中對(duì)分布式情況下結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和共享需求，提出了一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)中間件，采用發(fā)布/訂閱通信模式，結(jié)合輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式JSON（JavaScript Object Notation），提供了統(tǒng)一、一致的應(yīng)用程序編程接口AP I，為實(shí)時(shí)環(huán)境下以數(shù)據(jù)為中心的分布式應(yīng)用提供高效、有用的通信服務(wù)。

1 基于JSON的對(duì)象序列化算法

1.1 JSON 文法簡(jiǎn)介

JSON是一種用于標(biāo)記JavaScript對(duì)象的數(shù)據(jù)交換格式。不僅易于人類閱讀和編程，同時(shí)易于機(jī)器解析和生成。JSON是采用完全獨(dú)立于語(yǔ)言的文本格式，但是也使用了類似于各種語(yǔ)言的習(xí)慣（C，C++，Object-C，C#，JAVA，JavaScript，Python，Ruby等），這些特性使JSON成為理想的數(shù)據(jù)交換語(yǔ)言。

JSON是一個(gè)輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，和XML一樣是基于純文本的，但是JSON的數(shù)據(jù)格式非常簡(jiǎn)單靈活，用之進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是一個(gè)很好的選擇。JSON和XML最大的不同在于XML是一個(gè)完整的標(biāo)記語(yǔ)言，而JSON不是。XML在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，擴(kuò)展性和高級(jí)檢索方面具備對(duì)JSON的優(yōu)勢(shì)，而JSON則比XML更加小巧，靈活，更容易解析，有著更好的序列化性能，更適合于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。

JSON協(xié)議中總共定義了6種數(shù)據(jù)格式：

①string，其格式為：“abc”；

②number，其格式為：12345（int），12.356（float）；

③boolean，其格式為：true或false（沒(méi)有雙引號(hào)，否則被視為一個(gè)string）；

④空字符，null（小寫）。

⑤array，使用[]包含所有元素，每個(gè)元素用逗號(hào)隔開(kāi)，元素可以是任意的 value，其格式為：[“abc”，1234，false，null]；

⑥Object，使用{}包含的一系列無(wú)序的key-value鍵值對(duì)表示的，和JAVA中的Map類似。（key只能用string表示，而且不能包含特殊的字符），其格式為：{”city”：”BeiJing”，”street”：”ChaoYangRoad”，”postcode”：100025}。

1.2 基于JSON 的對(duì)象序列化算法的設(shè)計(jì)

本文需要將結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)抽象成JSON的對(duì)象，這就需要在JSON的對(duì)象中包含數(shù)據(jù)對(duì)象名稱，數(shù)據(jù)條數(shù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述，數(shù)據(jù)內(nèi)容等四個(gè)方面，結(jié)合JSON提供的6種數(shù)據(jù)格式我們采用array和object兩種數(shù)據(jù)格式和表達(dá)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的內(nèi)容。

首先用一個(gè)名稱為”root”的object表示整個(gè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；

再分別用名稱為"objname"和"rowcnt"的 object表示數(shù)據(jù)對(duì)象名稱和數(shù)據(jù)條數(shù)；

再用一個(gè)名稱為”struct”的 array表示數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，其中包含字段名稱，字段類型和字段大小，在該array中每個(gè)字段都用相應(yīng)的item表示，以便和下面描述的數(shù)據(jù)內(nèi)容映射；

最后用一個(gè)名稱為”content”的array來(lái)表示數(shù)據(jù)內(nèi)容，每行數(shù)據(jù)分別用一個(gè) object作為該 array的元素，而在每個(gè) object中用一個(gè)object來(lái)描述該數(shù)據(jù)行的行號(hào)，并用相應(yīng)的item來(lái)表示關(guān)聯(lián)字段的值。

至此我們就可以將一個(gè)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)抽象為JSON對(duì)象的數(shù)據(jù)格式，然后可以通用JSON協(xié)議提供的序列化函數(shù)將JSON對(duì)象序列化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。以下是抽象的 JSON對(duì)象：

“root”

{

"objname"："機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)"，

"rowcnt"："3"，

"struct"

[

"item1"："機(jī)場(chǎng)，varchar，200"，

"item2"："地區(qū)，varchar，50"，

"item3"："經(jīng)度，number，（5，2）"，

"item4"："緯度，number，（5，2）"，

]

"content"

[

{

"contentno"："1"，

"item1"："楊村"，

"item2"："北京"，

"item3"："117.05"，

"item4"："39.22"

}，

{

"contentno"："2"，

"item1"："濰坊"，

"item2"："山東"，

"item3"："119.07"，

"item4"："36.38"

}

]

}

2 數(shù)據(jù)分發(fā)架構(gòu)

數(shù)據(jù)分發(fā)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享，通過(guò)分布式的共享關(guān)系管理確定特定數(shù)據(jù)對(duì)象的分發(fā)方向，當(dāng)數(shù)據(jù)源產(chǎn)生數(shù)據(jù)時(shí)觸發(fā)分發(fā)事件，將帶結(jié)構(gòu)元信息的數(shù)據(jù)包發(fā)到數(shù)據(jù)用戶，數(shù)據(jù)用戶根據(jù)接收到數(shù)據(jù)包的內(nèi)容觸發(fā)相應(yīng)的處理流程。數(shù)據(jù)用戶可按需執(zhí)行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)入庫(kù)等操作。

3 數(shù)據(jù)分發(fā)方案設(shè)計(jì)

信息流程包含注冊(cè)階段和分發(fā)階段。注冊(cè)階段為數(shù)據(jù)源系統(tǒng)發(fā)布數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)用戶系統(tǒng)訂閱數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)共享關(guān)系；分發(fā)階段為數(shù)據(jù)源系統(tǒng)提交數(shù)據(jù)、觸發(fā)數(shù)據(jù)分發(fā)，數(shù)據(jù)用戶系統(tǒng)獲取并使用數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)共享過(guò)程。詳細(xì)流程如下：

3.1 數(shù)據(jù)發(fā)布（數(shù)據(jù)源系統(tǒng)）

（1）數(shù)據(jù)發(fā)布：作戰(zhàn)應(yīng)用通過(guò)數(shù)據(jù)分發(fā)接口提交數(shù)據(jù)發(fā)布請(qǐng)求。

（2）數(shù)據(jù)源注冊(cè)：數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)接到請(qǐng)求后，驗(yàn)證合法性，并向數(shù)據(jù)中心注冊(cè)該數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)中心將數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)源系統(tǒng)信息存入數(shù)據(jù)目錄。

3.2 數(shù)據(jù)訂閱（數(shù)據(jù)用戶系統(tǒng)）

（1）數(shù)據(jù)訂閱：數(shù)據(jù)用戶系統(tǒng)的應(yīng)用通過(guò)數(shù)據(jù)分發(fā)接口提交數(shù)據(jù)訂閱請(qǐng)求。

（2）數(shù)據(jù)用戶注冊(cè)：數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)接到請(qǐng)求后，驗(yàn)證合法性，并向數(shù)據(jù)中心注冊(cè)該數(shù)據(jù)用戶，數(shù)據(jù)中心將數(shù)據(jù)訂閱信息存入數(shù)據(jù)目錄，并向數(shù)據(jù)源系統(tǒng)的分發(fā)服務(wù)部署訂閱信息；注冊(cè)成功后，數(shù)據(jù)用戶系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)在本系統(tǒng)部署數(shù)據(jù)訂閱信息，將訂閱進(jìn)程和數(shù)據(jù)類型進(jìn)行綁定。

數(shù)據(jù)的發(fā)布和訂閱除了上述的由應(yīng)用調(diào)用API的方式外，還應(yīng)支持管理員注冊(cè)模式。通過(guò)數(shù)據(jù)中心的管理系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)用戶的添加，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布的集中管理。

3.3 數(shù)據(jù)推送（數(shù)據(jù)源系統(tǒng)）

（1）數(shù)據(jù)提交：業(yè)務(wù)應(yīng)用通過(guò)數(shù)據(jù)分發(fā)接口，向方法服務(wù)提交數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)傳輸：根據(jù)數(shù)據(jù)分發(fā)的配置信息，處理接收到的數(shù)據(jù)提交請(qǐng)求，按照（元數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)容）的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)包組織，并發(fā)送到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分發(fā)目的端。

3.4 數(shù)據(jù)使用（數(shù)據(jù)用戶系統(tǒng)）

（1）數(shù)據(jù)通知：目的端的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)接收到結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)包后，根據(jù)數(shù)據(jù)分發(fā)配置信息確定接收和使用數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用，通知到業(yè)務(wù)應(yīng)用，由業(yè)務(wù)應(yīng)用通過(guò)封裝號(hào)的數(shù)據(jù)查詢接口進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。通知的方式包括網(wǎng)絡(luò)消息和回調(diào)函數(shù)兩種。

（2）數(shù)據(jù)入庫(kù)：業(yè)務(wù)應(yīng)用可按實(shí)際需求通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的本地入庫(kù)。也可有分發(fā)服務(wù)自動(dòng)入庫(kù)，但目的端的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)定義必須與發(fā)布的數(shù)據(jù)對(duì)象的結(jié)構(gòu)定義一致。

下圖是數(shù)據(jù)分發(fā)工作流程圖：

圖2 數(shù)據(jù)分發(fā)流程圖

4 結(jié)論

本文以我軍指控系統(tǒng)為研究背景，以數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享為目標(biāo)，以對(duì)象序列化技術(shù)為基礎(chǔ)，基于核心支撐平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)用戶的有機(jī)融合，提供系統(tǒng)間基于數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制。主要有以下特點(diǎn)：

①實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳送?；诰W(wǎng)絡(luò)底層傳輸機(jī)制、消息隊(duì)列等，實(shí)時(shí)地傳送需要共享的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)共享的時(shí)效性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保鮮。

②服務(wù)化的共享關(guān)系管理?；跀?shù)據(jù)發(fā)布、訂閱、通知等服務(wù)化機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)用戶的解耦。

③結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的深層共享。遵循數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以帶自解析能力的格式在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布和傳輸，使用者可根據(jù)共享數(shù)據(jù)本身理解數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。

[1]李軍，“數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)中的全局?jǐn)?shù)據(jù)空間（GDS）的研究與設(shè)計(jì)”，船舶電子工程，Vol.30，No.4，2010.

[2]張濤，黃強(qiáng)，毛雅磊，“一個(gè)基于JSON的對(duì)象序列化算法”，計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，Vol.43，No.15，1970.

[3]馬衛(wèi)東，李幼平，“數(shù)據(jù)分發(fā)軟件設(shè)計(jì)分發(fā)”計(jì)算機(jī)應(yīng)用，vol.55，no.4，pp.913–918，2005.

[4]李策，金建中，“陸軍作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)分發(fā)研究”指揮控制和仿真，vol.32，no.2，pp.29–34，2010.

[5]魯杰，王永斌，劉宏波，“基于XML 的報(bào)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制研究”計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，vol.31，no.12，pp.2707–2709，2010.

[6]溫水生，周琪云，江接寶，張任龍，胡斌“面向服務(wù)的數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制的研究與實(shí)現(xiàn)”計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，pp.128–135，2012.