閆 軍，付傳寶

(中國電子科技集團公司第三十四研究所，廣西 桂林 541004)

0 引言

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，戰(zhàn)爭的形態(tài)和運行規(guī)律也發(fā)生了重大變化，從而引發(fā)了各國對邊境防御的重大變革。傳統(tǒng)的人員對邊境進行巡邏防御的方法已經(jīng)很難適應(yīng)信息化時代的要求，于是建立在現(xiàn)代化信息技術(shù)基礎(chǔ)上的無人值守站點防御系統(tǒng)成為一種趨勢。

然而由于技術(shù)發(fā)展的局限性，目前無人值守系統(tǒng)的監(jiān)控部分僅能提供現(xiàn)場監(jiān)視等簡單功能，傳感遙測設(shè)備也只能提供比較有限的信息，特別是大多情況下監(jiān)控系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)是相互獨立運行進行被動防御[1]，這些因素的存在無疑降低了無人值守站點的防御能力。

基于此，本文提出了一種無人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)多層架構(gòu)平臺，解決了無人值守系統(tǒng)內(nèi)部對多種形式數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和控制以及系統(tǒng)間信息共享的問題，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)、傳感遙測和主動防御三者協(xié)同工作的目地。

1 系統(tǒng)平臺設(shè)計方案

1.1 總體方案設(shè)計

在各無人值守站點中部署綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)，對站點中的設(shè)備、環(huán)境、供電、安全等信息進行實時監(jiān)控，監(jiān)控信息經(jīng)采集、過濾、處理、分析操作后，一方面將其保存在系統(tǒng)服務(wù)管理層的數(shù)據(jù)庫中，作為歷史信息備份；另一方面?zhèn)鬏斀o控制層的哨位，作為站點監(jiān)控信息實時顯示。該方案的總體架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 無人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)體系架構(gòu)

1.2 多層架構(gòu)平臺的系統(tǒng)設(shè)計

無人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)多層架構(gòu)平臺主要實現(xiàn)站點信息的監(jiān)測和安全防衛(wèi)，該系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)由上至下分為控制層、服務(wù)管理層、傳輸層和數(shù)據(jù)采集層。

1.2.1 控制層

控制層是與管理人員交互最密集的一層，該層依托哨位監(jiān)控軟件為控制中心提供整個片區(qū)內(nèi)所有站點的監(jiān)控信息。控制層主要完成的功能如圖2所示。

圖2 控制層功能

1.2.2 服務(wù)管理層

服務(wù)管理層根據(jù)系統(tǒng)配置信息，對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行過濾、處理、分析、存儲等操作，同時也會與其他系統(tǒng)進行信息資源的共享。該層主要包括了匯集設(shè)備和數(shù)據(jù)庫，匯集設(shè)備負責(zé)接收數(shù)據(jù)采集層傳輸?shù)谋O(jiān)控信息，然后按照規(guī)則庫中的策略對其進行分析處理形成模塊數(shù)據(jù)，該模塊數(shù)據(jù)一份上傳給數(shù)據(jù)庫進行備份，另一份發(fā)送給控制中心的哨位或其他系統(tǒng)中的匯集設(shè)備。

此外，服務(wù)管理層還對系統(tǒng)內(nèi)多個哨位占用資源執(zhí)行權(quán)限的問題進行處理，系統(tǒng)外則處理本系統(tǒng)資源是否為其他系統(tǒng)開放的問題，上述問題的解釋過程通過系統(tǒng)配置信息和規(guī)則庫設(shè)定，執(zhí)行過程由匯集設(shè)備負責(zé)完成。

1.2.3 傳輸層

傳輸層主要負責(zé)整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，除了具備網(wǎng)絡(luò)傳輸必備的功能外，還具有協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。在該層中的不同網(wǎng)絡(luò)區(qū)域都配置了一套代理服務(wù)設(shè)備，用于二層和三層協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換，以此來統(tǒng)一規(guī)范數(shù)據(jù)采集層收集到的數(shù)據(jù)信息的傳輸格式，使信息可以在更廣的范圍內(nèi)進行傳輸。

1.2.4 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層負責(zé)從監(jiān)控對象中進行信號采集、壓縮、打包，形成能夠在以太網(wǎng)中進行傳輸?shù)腡CP/UDP包或系統(tǒng)自定義網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。

數(shù)據(jù)采集的方式分為兩種[3]，實時采集和周期采集，其中實時采集方式以命令觸發(fā)的形式進行，能夠?qū)崟r捕獲監(jiān)控對象當(dāng)前的狀態(tài)；周期采集方式以執(zhí)行計劃或任務(wù)的方式定期對傳感器、電源等監(jiān)控對象進行分析，獲取當(dāng)前狀態(tài)下的監(jiān)控信息，采集周期將根據(jù)具體配置要求在規(guī)則庫中指定。

2 多層架構(gòu)系統(tǒng)平臺的實現(xiàn)

無人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)多層架構(gòu)平臺由監(jiān)控對象、監(jiān)控信息處理模型、規(guī)則庫和監(jiān)控哨位組成。具體功能模塊有數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)過濾模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、規(guī)則設(shè)計模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、信息顯示模塊、預(yù)警模塊、設(shè)備控制模塊和歷史回放模塊等，如圖3所示。

圖3 多層架構(gòu)平臺的功能模塊

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊負責(zé)采集監(jiān)視對象、控制對象和預(yù)警對象三種數(shù)據(jù)源發(fā)送的消息數(shù)據(jù)，這些消息數(shù)據(jù)通過不同的接口匯集到該模塊中，然后經(jīng)過壓縮、編碼、組合、打包等步驟形成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。

2.2 數(shù)據(jù)過濾模塊

數(shù)據(jù)過濾模塊對接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進行有效數(shù)據(jù)提取，根據(jù)規(guī)則庫的配置策略對數(shù)據(jù)過濾，解析出系統(tǒng)關(guān)注的信息。過濾的執(zhí)行流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)過濾模塊執(zhí)行流程

2.3 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊負責(zé)將過濾模塊提取出來的有用信息進行模塊化組合，形成能夠在數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析模塊中識別的格式。另外，對于某些信息的處理還需要調(diào)用規(guī)則庫中的轉(zhuǎn)換規(guī)則進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，如氣象傳感器反饋的信息，就必須首先按照規(guī)則庫中的配置策略提取轉(zhuǎn)換規(guī)則，按照該規(guī)則對溫度、濕度、風(fēng)力等參數(shù)進行轉(zhuǎn)換，構(gòu)造成協(xié)議要求的格式向下一模塊發(fā)送。

2.4 協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊

該模塊主要作用于系統(tǒng)自定義網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，完成二層和三層協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換功能，使得該數(shù)據(jù)包脫離了局域網(wǎng)傳輸?shù)南拗?，能夠在廣域網(wǎng)中進行傳輸，很大程度上拓展了系統(tǒng)運用的范圍。

2.5 規(guī)則設(shè)計模塊和規(guī)則庫

通過規(guī)則設(shè)計模塊，對規(guī)則庫中的配置進行設(shè)置維護，主要維護信息如表1所示。

規(guī)則庫配置的原理為設(shè)置一個或多個條件，當(dāng)滿足這些條件時將會觸發(fā)一個或多個操作。規(guī)則通常包括兩部分[4]，即一組條件和在此條件下執(zhí)行的動作，其實施過程統(tǒng)一表現(xiàn)為對條件的檢測以及在條件成立時的動作執(zhí)行，可以使用產(chǎn)生式規(guī)則表示法對規(guī)則庫中的規(guī)則進行配置和維護[5]。

產(chǎn)生式規(guī)則常用于表示具有因果關(guān)系的知識[6]，其基本形式是“ifPthenQ”,其中P代表一組前提或狀態(tài)，Q代表若干結(jié)論或動作，其含義是如果前提P得以滿足，即為“真”，則可得出結(jié)論Q或Q所規(guī)定的動作。

產(chǎn)生式規(guī)則可用以下公式表示：

式中：m，n>1,k=1,2,…,r。Rk為第K條規(guī)則，Ck為第K條規(guī)則的結(jié)論。

表1 模塊維護信息表

2.6 數(shù)據(jù)分析模塊

該模塊通過數(shù)據(jù)庫中保存的系統(tǒng)配置信息，來判決處理模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)，處于設(shè)定的哪個閾值區(qū)間內(nèi)，由此將結(jié)果提交給信息顯示和預(yù)警模塊，提示控制中心注意。在無人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)中，將判決分析結(jié)果分為四個級別：正常、警告、緊急和危急。

2.7 設(shè)備控制模塊

設(shè)備控制模塊主要完成對設(shè)備的遠程操控功能，需要注意的是，系統(tǒng)內(nèi)外在同一時刻只能有一臺哨位對控制對象進行操作，只有在該哨位放棄操作權(quán)后，其他哨位才能執(zhí)行動作，具體的執(zhí)行算法如下所示。

定義1. 哨位由編號、權(quán)限、動作和命令組成，可表示為一個四元組：P=(id，w，R，c)，其中R=(cd，cs)是哨位動作R的觸發(fā)時間cd和執(zhí)行結(jié)果cs。

定義2. 如果哨位P中動作R的觸發(fā)時間cd為0，則動作R的執(zhí)行結(jié)果cs為假，即

P：R(cd)=0→R(cs)=FALSE

定義3. 如果哨位P中命令c為真，則動作R的執(zhí)行結(jié)果cs為真，即

P：P(c)=TRUE→R(cs)=TRUE

假設(shè)當(dāng)前哨位α正在執(zhí)行，哨位β請求獲取執(zhí)行權(quán)限，執(zhí)行過程如下：

ifα(w)≥β(w)

ifα(R(cs))=TRUE

outputα(id)

else

outputβ(id)

endif

else

outputβ(id)

endif

3 結(jié)語

本文提出了一種無人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)多層架構(gòu)平臺的技術(shù)解決方案，在該平臺當(dāng)中，按照規(guī)則庫中的配置策略和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的協(xié)議約定，監(jiān)控信息處理模型對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行模塊化處理，監(jiān)控哨位進行入侵預(yù)警、信息顯示、設(shè)備操控以及歷史回放等動作，三者結(jié)合共同完成對監(jiān)控對象中多種形式數(shù)據(jù)的操作。本系統(tǒng)平臺已經(jīng)在國家某國防工程中得到了應(yīng)用，下一步的工作將是研究如何實現(xiàn)與其他外部系統(tǒng)的信息交互，進一步拓展該系統(tǒng)平臺的功能。