施榮榮， 汪 敏， 陳 榮

（中國電子科技集團公司 第二十八研究所，江蘇 南京 210007）

0 引言

隨著計算機和電子技術的發(fā)展，發(fā)展數(shù)字化、信息化以及網(wǎng)絡化的軍事電子信息系統(tǒng)成為世界軍事發(fā)展潮流。信息化和網(wǎng)絡化成為軍隊轉(zhuǎn)型建設的戰(zhàn)略，軍事任務多樣化、電子信息系統(tǒng)規(guī)模指數(shù)性增長和信息系統(tǒng)技術體制升級換代對軍事電子信息系統(tǒng)的一體化提出了新的要求［1］。

軍事電子信息系統(tǒng)作為龐大的數(shù)據(jù)和信息資源庫，隨著越來越多數(shù)據(jù)源的出現(xiàn)，異構數(shù)據(jù)的形式和類別層出不窮。而系統(tǒng)的一體化要求各異構系統(tǒng)信息按需協(xié)同、數(shù)據(jù)敏捷交互和知識實時共享。面對眾多復雜異構的數(shù)據(jù)源，進行數(shù)據(jù)交互和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成為一個核心的問題。在異構數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換中加入公共數(shù)據(jù)模型是解決該問題的一個途徑。

當前，已有一些關于數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換機制的研究。文獻［2－3］采用語義和本體技術研究數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換機制，并構建相應的體系結構和關鍵技術；文獻［4］介紹了一種通用的非結構化數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法，以規(guī)則庫為基礎，對非結構化數(shù)據(jù)進行格式描述以及轉(zhuǎn)換規(guī)則的描述；文獻［5］以XML為技術基礎和公共模型，研究關系型數(shù)據(jù)庫之間的轉(zhuǎn)換機制。

上述關于數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換機制的研究主要集中在語法、語義研究和XML技術研究。本文在已有研究的基礎上，提出一種新的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換機制，即基于公共數(shù)據(jù)模型的自適應數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換機 制 （Common Data Model Based Adaptive Transition of Data form，簡稱CDMATD）。

1 CDMATD機制的應用模型

服務化指揮控制系統(tǒng)是面向網(wǎng)絡環(huán)境下一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的信息系統(tǒng)，是對系統(tǒng)分析研究和對未來指揮控制信息系統(tǒng)設想規(guī)劃的基礎上所建立的新型的軟件體系結構，其風格是柵格網(wǎng)絡環(huán)境下面向服務的體系結構［6］。其主要特點如下：

（1）系統(tǒng)間通過標準協(xié)議進行互操作，如服務消息協(xié)議、服務注冊協(xié)議、服務描述協(xié)議和服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議等。

（2）每個計算單元都是一個服務，在服務描述協(xié)議文件中進行統(tǒng)一描述，并在構建期通過服務注冊中心完成統(tǒng)一注冊。

（3）服務查找、檢索和綁定在運行期通過服務注冊中心來完成。

當前，服務化指揮控制系統(tǒng)與其他異構指揮控制系統(tǒng)共存，需要解決系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互和格式轉(zhuǎn)換問題。

圖1描述了自適應數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換機制應用到軍事電子信息系統(tǒng)的應用模型和場景，具體包含如下2種情形。

圖1 自適應數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換機制的應用模型

（1）服務化指揮控制系統(tǒng)與開放式指揮控制系統(tǒng)的交互。開放式指揮控制系統(tǒng)遵循的技術體制以面向服務、面向消息和面向構件為主，這些技術體制遵循統(tǒng)一規(guī)范的消息或協(xié)議格式，具有專門的組織進行定期修正和版本更新發(fā)布。服務化指揮控制系統(tǒng)與這種系統(tǒng)的交互前提，是將遵循統(tǒng)一規(guī)范的消息或協(xié)議格式統(tǒng)一用服務化技術描述，并構建虛擬的服務協(xié)議和服務發(fā)現(xiàn)等技術構件，繼而兩者之間通過統(tǒng)一的服務協(xié)議和服務發(fā)現(xiàn)構件進行交互，交互難度相對較小。

（2）服務化指揮控制系統(tǒng)與非開放式指揮控制系統(tǒng)的交互。非開放式指揮控制系統(tǒng)遵循的技術體制具有保密和專用性的特點，為了保證傳輸效率和安全性，一般采用專門的報文格式和加密方式來描述信息和交互數(shù)據(jù)，這種非開放式的指揮控制系統(tǒng)普遍存在于綜合電子信息系統(tǒng)中。服務化指揮控制系統(tǒng)與這種系統(tǒng)的交互前提，是搭建專用的匹配器，適配器以信息互操作服務為核心技術，并構建轉(zhuǎn)換器來保證信息交互機制的全面覆蓋性。這種交互方式難度相對較大但又是當前急需完成的技術，本文提出的自適應數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換機制用于解決上述互操作服務的問題。

2 CDMATD機制的體系結構

本文中，CDMATD機制以公共數(shù)據(jù)模型（Common Data Model，簡稱CDM）為技術核心，采用XML技術［7］，提取不同信息格式中共有的描述信息，將其設計為XML的標簽信息；采用語義和本體技術，消除異構信息格式的語義差異，建立公共本體庫，對于不同信息格式的專有數(shù)據(jù)描述，則會在CDM的基礎上進行擴展。CDMATD機制的體系結構如圖2所示。

圖2 CDMATD機制的體系結構

由圖2可知，CDMATD機制的體系結構主要由遠程代理服務、轉(zhuǎn)換器、公共數(shù)據(jù)模型及消息數(shù)據(jù)庫組成。

（1）遠程代理服務。遠程代理服務為遠程傳輸服務和CDMATD機制內(nèi)部起到中介橋梁作用，對內(nèi)屏蔽來自外部傳輸服務的格式轉(zhuǎn)換請求，對外則屏蔽來自內(nèi)部的接口，為了適應軍事信息化系統(tǒng)的窄帶傳輸環(huán)境，遠程代理服務維護了一個用于低帶寬通道的輸入輸出信息緩沖隊列，摒除了CDMATD內(nèi)外部信息輸入輸出速率的誤差。

（2）轉(zhuǎn)換器。CDMATD機制一般會初始配備多個專用轉(zhuǎn)換器。CDMATD機制需要包括信息元數(shù)據(jù)和用于選擇正確轉(zhuǎn)換器的知識信息來保證轉(zhuǎn)換器的正確選擇，當轉(zhuǎn)換器的通道被打開時，轉(zhuǎn)換器被激活，轉(zhuǎn)換器包含編碼器、解碼器、協(xié)議和通信等功能部件。

（3）公共數(shù)據(jù)模型。轉(zhuǎn)換器處理的傳輸服務中不同數(shù)據(jù)的定義、表示和存儲形式不統(tǒng)一，給信息處理、信息轉(zhuǎn)換和信息統(tǒng)計分析帶來了巨大障礙。因此設計一種CDM，旨在解決不同數(shù)據(jù)源的異構問題，重點消除異構數(shù)據(jù)源的語法異構和語義沖突，簡化和規(guī)范轉(zhuǎn)換器的編碼和解碼過程。

（4）消息數(shù)據(jù)庫。消息數(shù)據(jù)庫充當數(shù)據(jù)緩存和知識自適配功能，其中緩存了特定傳輸服務的信息格式所對應的配置信息。CDMATD機制為該消息數(shù)據(jù)庫的記錄設定清除周期，超過該清除周期的相關記錄信息會被刪除，當傳輸服務提出數(shù)據(jù)協(xié)議格式轉(zhuǎn)換申請時，系統(tǒng)查詢消息數(shù)據(jù)庫，若有相關記錄，則越過配置過程，直接啟動并進入轉(zhuǎn)換過程，否則，需要根據(jù)傳輸服務的配置需求自定義配置信息，根據(jù)配置啟動相關線程，此配置記錄會被立即緩沖到消息數(shù)據(jù)庫中。

3 CDMATD機制的若干關鍵點

3.1 公共數(shù)據(jù)模型

本文提出的CDM是采用XML作為元語言定義的RDF模型。由于XML可表達各種類型的數(shù)據(jù)，其自描述性和擴展性使數(shù)據(jù)易于交換和處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源的“即插即用”，所以選擇XML作為結構層上的信息模型。

在語義層面上，由于CDM的核心需求是要實現(xiàn)系統(tǒng)間語義層面的互操作，完成對各個異構數(shù)據(jù)源的語義描述和處理，無需實現(xiàn)非常強的推理功能，因此選擇RDF（S）來表示語義層次上的信息模型［8］。

3.1.1 CDM構建的體系結構

在構建體系結構時，根據(jù)源數(shù)據(jù)模型的異構層級關系將體系結構分為數(shù)據(jù)層、語法層、結構層和語義層4個層次的構建過程，并由異構數(shù)據(jù)源（傳輸服務源）、XML模式抽取、局部映射、全局映射等部件組成，具體如圖3所示。

圖3 CDM構建的體系結構

（1）異構數(shù)據(jù)源。主要包括結構化數(shù)據(jù)和半結構化數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源。對于非結構化數(shù)據(jù)，由于其結構的不穩(wěn)定性，全部交由數(shù)據(jù)源本地組件的索引和存儲機制實現(xiàn)。

（2）XML模式抽取。從關系數(shù)據(jù)源和XML數(shù)據(jù)源中抽取統(tǒng)一的XML Schema模式。

（3）局部映射。首先在抽取數(shù)據(jù)源模式信息的基礎上半自動構建局部本體，這是各個異構數(shù)據(jù)源在概念層次上的局部視圖，然后建立XML Schema和局部本體之間詞匯的映射關系。

（4）全局映射。為解決局部本體間的語義異構性問題，首先將局部本體合并成為全局本體，同時滿足其彼此間信息交互需求，然后構建全局本體與局部本體間的映射關系。

3.1.2 數(shù)據(jù)模式抽取

（1）數(shù)據(jù)庫模式抽取。數(shù)據(jù)庫模式存儲在數(shù)據(jù)字典中，數(shù)據(jù)庫的全局邏輯結構可以通過實體－關系（ER）圖表示，在ER圖中，每個實體會被轉(zhuǎn)化為一個數(shù)據(jù)表，實體的屬性被轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)表的字段。從關系模式到XML Schema的映射操作步驟如下：將關系數(shù)據(jù)庫（relational database，簡稱RDB）名稱映射成為XML Schema的根元素，根元素的數(shù)據(jù)類型為復雜類型；將RDB中表映射成為XML Schema的元素，元素數(shù)據(jù)類型為復雜類型；將RDB表中字段映射成為XML Schema元素的屬性；將RDB的數(shù)據(jù)類型映射成為XML Schema的數(shù)據(jù)類型。

（2）XML數(shù)據(jù)模式抽取。XML中可以用DTD或者XML Schema 2種方式來描述元數(shù)據(jù)，統(tǒng)一采用XML Schema描述元數(shù)據(jù)。XML Scheme文件可以通過直接轉(zhuǎn)化DTD文件獲得，也可以通過文檔對象模型 （Document Object Model，簡稱DOM）遍歷XML文件獲得。

3.1.3 局部本體及其映射

（1）XML Schema到RDF Schema的映射和轉(zhuǎn)換。XML Schema可以按照如下規(guī)則轉(zhuǎn)換為RDF Schema：XML Schema中的attribute映射為RDF Schema中的property，XML Schema中的基本類型映射為RDF Schema中的property，XML Schema中的complexType映射為RDF Schema中的class。

（2）RDF Schema中類的組合和繼承。XML Schema中的復雜類型節(jié)點可以包含節(jié)點和屬性，屬于組合類型。若嵌套節(jié)點的外層與內(nèi)層節(jié)點均屬復雜類型，則此類結點都將被映射為RDF Schema中的class，而這些class之間可能存在組合或繼承的關系，可使用語義知識庫及語義關系推理器對class間組合或繼承關系進行處理。本文采用rdfx：include語法來表達組合關系，采用rdf：subClassof表達繼承關系，擴展 RDF原語［9］。

3.1.4 全局本體及其映射

（1）RDF映射模式。語義映射是指將各個局部本體中的概念依據(jù)語義關系關聯(lián)起來。依據(jù)語義映射多樣性，語義映射的處理機實現(xiàn)對局部本體的映射，映射后的局部本體合并為全局本體，其信息模型構成了CDM。

（2）全局本體的構建。先考慮語義關系中的等價關系，將多個等價類直接歸并為全局本體中的一個類，等價類的等價屬性直接歸并為全局本體中的一個屬性；再考慮不是等價關系的類和屬性，分別生成全局本體中獨立的類和屬性，然后依據(jù)局部本體中的語義關系建立它們在全局本體中的語義關系；直接將其余無語義映射關系的類、屬性復制到全局本體上［10］。

3.2 CDMATD機制的過程模型

3.2.1 啟動過程

（1）遠程代理服務讀取配置文件信息。配置文件中定義了系統(tǒng)、信息格式、協(xié)議、通信傳輸和所需資源的信息。

（2）創(chuàng)建轉(zhuǎn)換器線程。遠程代理服務為每一個在配置文件中定義的外部系統(tǒng)或者信息格式創(chuàng)建一個轉(zhuǎn)換器線程。

（3）轉(zhuǎn)換器自配置。每個轉(zhuǎn)換器會使用統(tǒng)一的方式為每個可配置的組件（編碼器、解碼器、協(xié)議、通信接口等）創(chuàng)建實例，且當編碼器實例已經(jīng)創(chuàng)建后，需要另外為其創(chuàng)建一個讀線程。

（4）注冊服務。遠程代理服務注冊由外部系統(tǒng)提供的服務，并且通過注冊服務提供的方法來訂閱確切的信息格式。

3.2.2 信息傳輸

（1）配置信息存儲。服務或數(shù)據(jù)信息來自于外界需要進行數(shù)據(jù)協(xié)議格式轉(zhuǎn)換的應用系統(tǒng)，外部接口解析該傳輸服務的數(shù)據(jù)信息，并通過信息倉庫即消息數(shù)據(jù)庫的接口將該消息的配置信息存儲下來。

（2）消息傳輸。CDMATD外部接口類向遠程代理發(fā)出數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換通知，并將消息傳輸?shù)竭h程代理服務中。

（3）信息分發(fā)。每一個轉(zhuǎn)換器都會維護一個信息隊列，該信息隊列指針統(tǒng)一存儲在信息倉庫中，信息將由遠程代理服務根據(jù)隊列指針被路由到相應的轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器按照一定優(yōu)先策略處理暫留在信息隊列中的信息，并將轉(zhuǎn)換完畢的信息通過通信網(wǎng)絡分發(fā)到外部系統(tǒng)中。

3.2.3 信息接收

（1）轉(zhuǎn)換器接收信息并存儲。CDMATD的轉(zhuǎn)換器通過通信接口組件接收來自通信網(wǎng)絡中外部系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)，然后創(chuàng)建新的消息對象，并通過CDMATD服務接口使用信息倉庫類將信息存儲到信息數(shù)據(jù)庫中。

（2）消息解碼。轉(zhuǎn)換器服務解碼消息，然后轉(zhuǎn)換為CDM并設置消息對象中的相關屬性，然后通過回調(diào)函數(shù)調(diào)用遠程代理服務的API接口，將信息通知給遠程代理服務。CDMATD服務接口將經(jīng)遠程代理服務處理后的消息解碼為目標傳輸服務等同的消息格式。

（3）信息發(fā)送。來自外部系統(tǒng)的源信息被轉(zhuǎn)換為目的傳輸服務信息，并最終發(fā)送到傳輸服務中。

4 應用分析

CDMATD機制以及CDM的構建機制能夠很好地應用于指揮信息系統(tǒng)的核心平臺。該平臺的核心目標是以SOA為核心架構技術、以服務訪問和消息傳輸為能力手段、以企業(yè)服務總線（ESB）為調(diào)度和路由中心，屏蔽上層指揮信息分系統(tǒng)應用與底層環(huán)境的直接聯(lián)通。在底層，架設的服務器包括文件服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、Web服務器和消息服務器，分別只能處理非結構化數(shù)據(jù)、結構化數(shù)據(jù)（關系型）、半結構化數(shù)據(jù)和對象型數(shù)據(jù)，在核心平臺中構建相應功能模塊，利用CDMATD機制和CDM表示技術，完成異構數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)與CDM的相互映射和轉(zhuǎn)換。指揮信息系統(tǒng)核心平臺的基礎架構如圖4所示。

圖4 指揮信息系統(tǒng)核心平臺的基礎架構

圖4 中核心平臺能夠接收并處理來自指揮信息系統(tǒng)用戶應用端的異構請求，包括服務訪問SOAP／HTTP、數(shù)據(jù)訪問JDBC、消息訪問JMS、文件管理FTP等請求信息，這些異構信息由服務消息總線的中介服務接收后，經(jīng)過中介服務的CDMATD機制和數(shù)據(jù)格式解析，統(tǒng)一以CDM格式在服務總線中流轉(zhuǎn)，請求信息統(tǒng)一處理完畢，又由中介服務進行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成相應領域的信息，并最終發(fā)往相應領域服務器。

5 結束語

在當前信息技術快速發(fā)展的形勢下，未來指揮控制信息系統(tǒng)可能會長期存在多種技術體制，這就需要研究自適應的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換機制來實現(xiàn)多技術信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互和信息共享。本文在分析CDMATD機制應用模式的基礎上，提出了CDMATD機制的體系結構，并且詳細闡述了公共數(shù)據(jù)模型和CDMATD機制的過程模型，最終分析了未來指揮信息系統(tǒng)核心平臺的應用場景，體現(xiàn)了本機制的實用性和理論可用性。其中，針對CDM的構建可以選擇更好的構建結構和基礎技術；如何將本文的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換機制應用到更多的領域，也是值得分析和討論的。

［1］劉俊先，羅愛民，曾 熠，等.指揮信息系統(tǒng)綜合集成理論與方法［J］.火力與指揮控制，2008，33（8）：1－7.

［2］王 政，胡文江.基于本體語義模型的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換技術研究［J］.包頭職業(yè)技術學院學報，2010，11（4）：13－16.

［3］郝亞男，陳少飛，李天柱，等.基于語義的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換［J］.計算機系統(tǒng)應用，2004，1（11）：40－43.

［4］馮亞麗，張汝坤.基于規(guī)則庫的非結構化數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換技術研究［J］.云南師范大學學報：自然科學版，2012，32（2）：58－61.

［5］涂 平，朱曉鈴，滿 旺.基于XML的關系型數(shù)據(jù)庫格式轉(zhuǎn)換研究［J］.微計算機信息，2010，26（9）：91－93.

［6］黎 珂.指揮信息系統(tǒng)體系結構設計研究［J］.通信技術，2012，45（8）：44－49.

［7］袁 磊，張 浩，陸劍鋒.面向領域知識的本體知識模型XML表示框架［J］.計算機工程，2006，32（1）：186－188.

［8］呂艷輝.RDF映射系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.計算機工程與應用，2012，48（20）：87－90.

［9］馬 雪，葉仲泉，李成好.一種非線性全局優(yōu)化的單參數(shù)填充函數(shù)［J］.合肥工業(yè)大學學報：自然科學版，2012，35（9）：1289－1292.

［10］谷鵬花，楊 燕，王紅軍.一種基于數(shù)據(jù)關聯(lián)的聚類集成方法［J］.合肥工業(yè)大學學報：自然科學版，2013，36（1）：59－62.