基于發(fā)布/訂閱模型的戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)信息分發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◆周紅衛(wèi) 張俊青

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

基于發(fā)布/訂閱模型的戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)信息分發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◆周紅衛(wèi) 張俊青

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

根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)信息發(fā)布和訂閱的特點(diǎn)，提出了一種戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)分發(fā)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度方法，通過監(jiān)視負(fù)載量，在分發(fā)模塊均衡情報(bào)發(fā)布任務(wù)和訂閱任務(wù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理分發(fā)模塊，從而實(shí)現(xiàn)了情報(bào)信息的安全、高效地被按需分發(fā)。實(shí)驗(yàn)證明，該方法能夠均衡情報(bào)信息分發(fā)系統(tǒng)的負(fù)載，節(jié)省了系統(tǒng)的資源開銷，為信息共享提供技術(shù)保障。

發(fā)布/訂閱；戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)信息分發(fā)

0 引言

集中式情報(bào)信息分發(fā)沿著指控流進(jìn)行收集、處理再進(jìn)行逐級(jí)逐層分發(fā)，信息需求者難以得到想要的信息，或接收到大量無用的信息而難以從大量冗余信息中辨認(rèn)自己所需要的信息。信息生產(chǎn)者不知如何把合適的信息發(fā)送出去，讓信息需求者獲取這些信息。發(fā)布/訂閱機(jī)制實(shí)現(xiàn)了情報(bào)信息生產(chǎn)者和需求者之間的解耦，發(fā)布者生成信息，進(jìn)行主題發(fā)布，訂閱者注冊(cè)感興趣的主題，只接收感興趣的情報(bào)信息[1]，一個(gè)單元可以成為發(fā)布者、訂閱者或兩者皆是，并可擁有多個(gè)主題相關(guān)聯(lián)，信息分發(fā)模塊作為事件代理，將發(fā)布者信息和訂閱者需求匹配，實(shí)現(xiàn)情報(bào)信息需求與情報(bào)信息供給的高度吻合，面向眾多的發(fā)布者和訂閱者，情報(bào)分發(fā)系統(tǒng)信息流動(dòng)量巨大，因此，如何實(shí)現(xiàn)情報(bào)信息分發(fā)系統(tǒng)的調(diào)度和負(fù)載均衡是一個(gè)很有意義的研究問題[2]。

對(duì)于情報(bào)信息分發(fā)系統(tǒng)的調(diào)度問題，現(xiàn)有的方法主要是服務(wù)編排方法[3-5]，主要采用流程編排方法，但是在訂閱分發(fā)總線缺少對(duì)負(fù)載均衡的研究，很容易成為整個(gè)指控的瓶頸，不利于復(fù)雜的軍用通信環(huán)境，其他方法中，提出基于訂閱/分發(fā)機(jī)制的軍事信息系統(tǒng)知識(shí)庫協(xié)同框架探討方法[6-8]，但是，在協(xié)同框架中缺少發(fā)布者和訂閱者在信息節(jié)點(diǎn)的調(diào)度和管理，并且缺少分散控制、自組織控制以及相應(yīng)的容錯(cuò)能力。

考慮到情報(bào)信息分發(fā)系統(tǒng)中發(fā)布者和訂閱者數(shù)量很大，信息分發(fā)模塊的控制和管理尤為重要。根據(jù)情報(bào)信息發(fā)布和訂閱的特點(diǎn)，本文提出了一種基于發(fā)布訂閱機(jī)制的情報(bào)分發(fā)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度方法，通過監(jiān)視負(fù)載量，在分發(fā)模塊均衡情報(bào)發(fā)布任務(wù)和訂閱任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)了情報(bào)信息的安全、高效地被按需分發(fā)。

1 發(fā)布/訂閱信息交互模型

發(fā)布/訂閱信息交互模型在綜合分析情報(bào)信息用戶的權(quán)限級(jí)別和時(shí)效性、安全性、帶寬等方面的特征要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)情報(bào)訂閱用戶的定制要求來確定分發(fā)給情報(bào)用戶的信息內(nèi)容、格式以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式[9]。

如圖 1所示，發(fā)布/訂閱信息交互模型主要包括：情報(bào)信息的發(fā)布者負(fù)責(zé)情報(bào)信息的接入和發(fā)布；情報(bào)信息分發(fā)模塊為情報(bào)信息分發(fā)節(jié)點(diǎn)，要負(fù)責(zé)情報(bào)信息的處理，存儲(chǔ)和分發(fā)， 為情報(bào)信息分發(fā)模塊的實(shí)時(shí)調(diào)度服務(wù)，主要包括負(fù)載監(jiān)視器、負(fù)載均衡器、負(fù)載控制器和分發(fā)監(jiān)測(cè)器四個(gè)模塊；情報(bào)信息的訂閱者情報(bào)信息的需求者，一些節(jié)點(diǎn)既是情報(bào)發(fā)布者，又是情報(bào)訂閱者。

2 主要實(shí)現(xiàn)過程

2.1 組成結(jié)構(gòu)

實(shí)時(shí)調(diào)度服務(wù) 主要包括發(fā)布負(fù)載均衡器、負(fù)載控制器、負(fù)載監(jiān)視器、分發(fā)監(jiān)測(cè)器以及訂閱負(fù)載均衡器，組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，負(fù)載監(jiān)視器模塊，基于指數(shù)平均算法，計(jì)算信息分發(fā)模塊上的發(fā)布和訂閱信息量；負(fù)載控制器模塊，采用熵值法，對(duì)分發(fā)模塊的負(fù)載進(jìn)行減負(fù)控制；分發(fā)監(jiān)測(cè)器模塊，通過使用一種類似脈搏機(jī)制的控制報(bào)文，對(duì)分發(fā)連通狀態(tài)進(jìn)行控制，如果分發(fā)模塊失效，轉(zhuǎn)移發(fā)布和訂閱業(yè)務(wù)；發(fā)布負(fù)載均衡器模塊，通過Min-Min調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)發(fā)布任務(wù)在分發(fā)模塊的負(fù)載平衡；訂閱負(fù)載均衡器模塊，通過Min-Min調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)訂閱任務(wù)在分發(fā)模塊的負(fù)載平衡。

圖1 發(fā)布/訂閱信息交互模型

圖2 主要組成結(jié)構(gòu)

2.2 負(fù)載監(jiān)視器

負(fù)載監(jiān)視器負(fù)責(zé)全生命周期地監(jiān)視信息分發(fā)模塊上的每個(gè)分發(fā)節(jié)點(diǎn)，基于指數(shù)平均算法，計(jì)算信息分發(fā)模塊上的發(fā)布信息量和訂閱信息量。

2.3 信源發(fā)布

信源發(fā)布主要包括發(fā)布負(fù)載均衡器模塊和負(fù)載控制器模塊，將發(fā)布信息和訂閱信息在k個(gè)分發(fā)模塊上負(fù)載量構(gòu)成一個(gè)數(shù)組，記為ETC矩陣，表示為：

信源發(fā)布過程如圖3所示，步驟如下：

步驟1：當(dāng)實(shí)時(shí)調(diào)度服務(wù)接收一個(gè)信源發(fā)布時(shí)，首先遍歷分發(fā)集合，如果能夠找到，則將該信源發(fā)布到分發(fā)并在發(fā)布表單中添加該發(fā)布信息，轉(zhuǎn)為步驟3，否則將該發(fā)布信息添加到待發(fā)布表單，轉(zhuǎn)為步驟2；

步驟2：?jiǎn)?dòng)負(fù)載控制器，采用熵值法，對(duì)分發(fā)模塊的負(fù)載進(jìn)行減負(fù)載控制；

（2）對(duì)每個(gè)發(fā)布者對(duì)應(yīng)的價(jià)值指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)矩陣，其中為第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值，為第i個(gè)發(fā)布者的第j項(xiàng)指標(biāo)。

（3）將各指標(biāo)同時(shí)量化，計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)發(fā)布者指標(biāo)值的比重：得到矩陣

（8）選擇價(jià)值低的發(fā)布信源，減少該信源的發(fā)布頻率，再次查找最小負(fù)載分發(fā)，如果找不到，轉(zhuǎn)為步驟1)；否則，將待發(fā)布表單中的發(fā)布信源移出，掛在整理后的最小負(fù)載分發(fā)，轉(zhuǎn)為步驟3；

步驟3：依次遍歷待訂閱表單，查看該發(fā)布信源是否能夠匹配某個(gè)訂閱需求，如果能夠匹配，進(jìn)行發(fā)布信源和訂閱需求的內(nèi)容匹配。

圖3 信源發(fā)布過程

2.4 用戶訂閱

用戶訂閱主要包括訂閱負(fù)載均衡器模塊和負(fù)載控制器模塊，其中，訂閱負(fù)載均衡器通過Min-Min算法實(shí)現(xiàn)訂閱任務(wù)在分發(fā)模塊的負(fù)載平衡；負(fù)載控制器模塊主要是在用戶訂閱過程中分發(fā)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)擁塞時(shí)，采用熵值法，對(duì)分發(fā)模塊的負(fù)載進(jìn)行減負(fù)載控制。用戶訂閱過程如圖4所示，步驟如下：

圖4 用戶訂閱過程

2.5 分發(fā)監(jiān)測(cè)器

分發(fā)監(jiān)測(cè)器模塊，通過使用一種類似脈搏機(jī)制的控制報(bào)文，來實(shí)現(xiàn)對(duì)分發(fā)連通狀態(tài)進(jìn)行控制，如果分發(fā)模塊失效，轉(zhuǎn)移分發(fā)發(fā)布和訂閱業(yè)務(wù)，分發(fā)監(jiān)測(cè)過程如圖5所示，步驟如下：

步驟2：分發(fā)模塊接收到脈搏探詢報(bào)文后，向分發(fā)監(jiān)測(cè)管理模塊發(fā)送探詢應(yīng)答報(bào)文；

圖5 分發(fā)監(jiān)測(cè)過程

3 實(shí)驗(yàn)與分析

為驗(yàn)證本文提出方法的有效性，利用LoadRunner測(cè)試工具模擬生成20個(gè)發(fā)布信源，信源發(fā)布速率在200~500報(bào)/秒范圍內(nèi)變化，10個(gè)分發(fā)節(jié)點(diǎn)，1個(gè)調(diào)度服務(wù)中心，然后隨機(jī)生成若干組訂閱，訂閱用戶總數(shù)為30個(gè)，如表1所示。

表1 LoadRunner模擬表

圖6為每個(gè)分發(fā)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況，其中X軸為分發(fā)節(jié)點(diǎn)，Y軸為該分發(fā)節(jié)點(diǎn)的信息負(fù)載(單位為報(bào)/秒)。

圖6 實(shí)驗(yàn)環(huán)境中每個(gè)分發(fā)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況

4 結(jié)束語

本文根據(jù)情報(bào)信息發(fā)布和訂閱的特點(diǎn)，提出了一種情報(bào)分發(fā)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度方法，通過監(jiān)視負(fù)載量，在分發(fā)模塊均衡情報(bào)發(fā)布任務(wù)和訂閱任務(wù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理分發(fā)模塊，從而實(shí)現(xiàn)了情報(bào)信息的安全、高效地被按需分發(fā)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以看出該方法能夠均衡情報(bào)信息分發(fā)系統(tǒng)的負(fù)載，節(jié)省了系統(tǒng)的資源開銷，為信息共享提供技術(shù)保障。

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