晉良銀 黎明 茍江 趙斌 何娣

摘要：將ICE中間件的雙向連接機制引入衛(wèi)星空地通信系統(tǒng)中，并給出了一種基于ICE雙向連接的衛(wèi)星空地通信系統(tǒng)設計方案，討論了ICE中間件相關概念，介紹了ICE的雙向連接功能及原理。在衛(wèi)星通信網絡環(huán)境下進行設計、實現與測試，并分析了系統(tǒng)測試結果，測試結果表明ICE雙向連接可以解決衛(wèi)星空地鏈路單向連接的問題。

關鍵詞：ICE中間件；雙向連接；機載客艙系統(tǒng)；單向連接

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）09-69-3

0引言

目前，機載客艙系統(tǒng)與地面航空公司空地通信主要有ATG和衛(wèi)星通信等方式，本文僅討論衛(wèi)星通信鏈路下機載客艙系統(tǒng)與地面的空地通信。在應用中，客艙系統(tǒng)通過衛(wèi)星接入公網與航空公司進行通信，通信協(xié)議采用TCP/IP。航空公司的服務器具有公網IP地址，但衛(wèi)星通信系統(tǒng)分配給客艙系統(tǒng)的地址是私有IP。在初始化狀態(tài)下，客艙系統(tǒng)可以向航空公司發(fā)起連接請求，但航空公司卻無法主動向客艙系統(tǒng)發(fā)起應用連接。因此，客艙系統(tǒng)與地面的航空公司間的空地通信存在單向連接問題。

基于ICE中間件的雙向連接機制提供了一種新的思路。ICE中間件通過雙向連接機制首先由機載客艙系統(tǒng)向航空公司發(fā)起并建立連接，ICE保持并維護此連接，航空公司利用該連接可以向機載端發(fā)送消息。針對上述分析，設計了一種基于ICE雙向連接的衛(wèi)星空地通信系統(tǒng)方案，并給出其在衛(wèi)星通信環(huán)境下的測試結果。

1 ICE中間件

ICE中間件是ZeroC公司開發(fā)的一款開源面向對象的簡單高效的中間件平臺[1]，借鑒了CORBA，DCOM，SOAP等中間件的優(yōu)點，并解決了這些中間件的應用局限[5]。ICE提供了建立面向對象的客戶/服務端應用程序所需要的工具、API和類庫，使得分布式客戶/服務端應用程序的建立變得簡單[6]。而且ICE應用適合在異種環(huán)境中使用，客戶端和服務端可以使用不同的編程語言來實現，同時它可以運行在不同的操作系統(tǒng)平臺以及不同的硬件架構上，有效地解決了C/S模式兼容性差、開發(fā)成本高以及開發(fā)周期長等問題[7]。ICE支持多種網絡信息交互技術（TCP/UDP、SSL、通過插件功能擴展協(xié)議）。

2 ICE雙向連接

ICE連接通常允許請求僅在一個方向上流動。如果應用程序的設計要求服務器向客戶端進行回調，則服務器通常會建立與該客戶端的新連接以發(fā)送回調請求，該請求過程如圖1所示。

但是在實際的網絡環(huán)境中，網絡限制通常會阻止服務器創(chuàng)建與客戶端的單獨連接，例如當客戶端位于防火墻后面，如圖2所示。

在這種情況下，防火墻會阻止任何直接與客戶端建立連接的嘗試。此時，雙向連接提供了一種解決方案。請求可以在雙向連接上雙向流動，使服務器能夠通過客戶端到服務器的現有連接向客戶端發(fā)送回調請求。有2種方式使用雙向連接：①使用ICE的Glacier功能，在這種情況下，雙向連接被自動使用；②手動配置雙向連接，使用ICE雙向連接的手動配置方式解決衛(wèi)通空地單向連接的問題。

3系統(tǒng)設計與測試

3.1系統(tǒng)架構

基于ICE雙向連接的衛(wèi)星空地通信系統(tǒng)架構示意圖如圖3所示。系統(tǒng)中的各功能模塊采用分布式部署，主要由3部分組成：模擬機載客艙系統(tǒng)的客戶端（Client）、模擬地面航空公司的服務器端（Server）以及衛(wèi)星通信設備。地面服務器端的IP地址是公網地址，而機載客戶端的IP地址是衛(wèi)星通信系統(tǒng)分配的私網地址。因此，在實際通信中，Client可以訪問到Server，但Server無法訪問Client。針對上述問題，本文引入ICE雙向連接機制實現空地之間的雙向通信。

3.2 ICE安裝及開發(fā)環(huán)境配置

該系統(tǒng)的Client與Server應用在Centos7 64位操作系統(tǒng)下開發(fā)并運行。ICE版本為3.5.1。Client與Server分別安裝在2臺不同的筆記本上。Client模擬機載客艙系統(tǒng)端（以下統(tǒng)稱機載端）使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)分配的私有網IP地址，Server模擬航空公司地面端（以下統(tǒng)稱地面端）使用公網IP地址。地面端與機載端網絡配置如圖4所示。

Server的網絡配置包括3項內容。TCP表示ICE通信遵循的TCP/IP協(xié)議；-h 218.104.XXX.XXX表示Server的IP地址為218.104.XXX.XXX；-p 10000表示Server監(jiān)聽端口為10000。機載端的網絡配置如圖5所示。

Client的網絡配置包括三項內容。TCP表示ICE通信遵循的TCP/IP協(xié)議；-h 218.104.XXX.XXX表示Server的IP地址為218.104.XXX.XXX；-p 10000表示Client向Server的10000端口發(fā)送消息。

3.3 ICE客戶端開發(fā)

客戶端實現雙向連接需要執(zhí)行以下步驟：

①創(chuàng)建一個對象適配器接收回調請求；②使用對象適配器注冊回調對象；③激活對象適配器；④代理對象調用ICE_getconnection函數，獲得連接對象。用獲得的連接對象，調用Setadapter函數，傳遞給回調對象適配器；⑤向服務器傳遞回調對象的身份Identity。

據上述步驟，客戶端程序的主要代碼如下：

CallbackSenderPrx server=CallbackSenderPrx：：checkedCast（communicator（）->propertyToProxy（"CallbackSender.Proxy"））； ICE：：ObjectAdapterPtr adapter=communicator（）->createObject-Adapter（""）；

ICE：：Identity ident；

ident.name = ICEUtil：：generateUUID（）；

ident.category = ""；

CallbackReceiverPtr cr = new CallbackReceiverI；

adapter->add（cr， ident）；

adapter->activate（）；

server->ICE_getConnection（）->setAdapter（adapter）；

server->addclient（ident）；

communicator（）->waitForShutdown（）.

3.4 ICE服務器端開發(fā)

服務器端實現雙向連接需要執(zhí)行以下步驟：

①創(chuàng)建一個對象適配器用于調用客戶端的回調函數；②使用對象適配器注冊請求對象；③激活對象適配器；④在請求對象中完成客戶端與服務器的連接，以及完成服務器端調用客戶端的回調函數。

根據上述步驟，服務器端程序的主要代碼如下：

Ice：：ObjectAdapterPtr adapter= communicator（）->createObjectAdapter（"Callback.server"）；

CallbackSenderIPtr sender= new CallbackSenderI（communicator（））；

adapter->add（sender，communicator（）->stringToIdentity（"sender"））；

adapter->activate（）. 3.5測試結果

（1）首先啟動模擬地面航空公司的Server；

（2）啟動模擬機載客艙系統(tǒng)的Client。

Client啟動后運行結果如圖6所示。圖6中列出了Client接收請求和發(fā)送應答的信息參數，本文僅對Client接收請求中部分重要參數進行簡要分析。Message Type為0表示Client接收到一條請求消息；Compression Status為0表示消息不壓縮；Message Size為105表示消息占用105Byte；request id為4表示當前請求的標示為4；Identity表示Server的UUID；Operation為Callback表示操作類型為回調操作；Receive Callback#后的字符串是Client接收Server利用雙向連接發(fā)送的信息。Client接收到Server發(fā)送的“This is a String Sending Test！”字符串。Server調用Client的回調函數成功。

（3）分析上述在衛(wèi)星通信網絡環(huán)境下的測試結果可知：①Server與Client啟動正常；②Server與Client雙向連接建立成功；③Server利用ICE雙向連接功能向Client發(fā)送消息成功。

4結束語

本文討論了ICE中間件相關概念，介紹了ICE的雙向連接功能及原理。通過分析機載客艙系統(tǒng)與航空公司間的衛(wèi)星空地通信鏈路單向連接問題，提出了一種基于ICE中間件的衛(wèi)星空地通信系統(tǒng)的設計方案。該設計方案依托ICE中間件的雙向連接機制，實現了具有公有IP地址的地面端向具有私有IP地址的機載端發(fā)送消息，成功解決了目前衛(wèi)通空地通信鏈路單向連接的問題。在衛(wèi)星通信網絡環(huán)境下進行了實驗與測試，系統(tǒng)測試結果驗證了方案的正確性。

參考文獻

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[2]江卓逞，黃瑋.曾加剛.基于ICE中間件的分布式應用開發(fā)研究[J].信息與電腦（理論版），2017（9）：38-40.

[3]姜邵巍，朱建良，吳永勝.一種改進的ICE中間件負載均衡算法[J].中國電子科學研究院學報，2016，11（3）：263-267.

[4]李雪玲.基于ICE中間件的應用系統(tǒng)通信框架設計[J].軟件導刊，2017，16（1）：91-93.

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