層次型嵌入式自助系統(tǒng)模塊智能切換方法仿真

羅建亮，孟利民

(浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，浙江 杭州 310000)

1 引言

自助服務(wù)是一種全新的服務(wù)模式，現(xiàn)階段人們?cè)诠ぷ骱蜕钪械男枨笕找嬖黾?。由于?jīng)營(yíng)范圍較大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈[1-2]。

互聯(lián)技術(shù)的飛速發(fā)展，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域以及服務(wù)領(lǐng)域的技術(shù)革新[3]，現(xiàn)階段正在利用自助服務(wù)形式取代傳統(tǒng)的人工服務(wù)形式，但是現(xiàn)階段所研究的自助終端存在一定的缺陷，例如體積較大、放置不方便等。

雖然嵌入式自助系統(tǒng)使用十分便利，但是網(wǎng)上支付仍然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，例如賬號(hào)被盜取等，這樣就導(dǎo)致用戶產(chǎn)生了巨額的經(jīng)濟(jì)損失，針對(duì)上述問題，提出層次型嵌入式自助系統(tǒng)模塊智能切換方法，仿真結(jié)果表明，所提方法能夠快速、準(zhǔn)確進(jìn)行模塊智能切換。

2 方法

2.1 層次型嵌入式自助系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)不同地區(qū)的自助系統(tǒng)現(xiàn)階段使用狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)查以及分析，通過調(diào)查結(jié)果可知，現(xiàn)階段各個(gè)地區(qū)自助系統(tǒng)的使用功能較為單一，并且每個(gè)自助系統(tǒng)只能夠辦理一家銀行的相關(guān)業(yè)務(wù)[4-5]。針對(duì)上述問題，要求所設(shè)計(jì)系統(tǒng)必須滿足同時(shí)辦理多家業(yè)務(wù)的需求，以下詳細(xì)給出所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)內(nèi)容：

系統(tǒng)硬件部分的終端主要由以下幾個(gè)部分組成，以下詳細(xì)給出：

1)系統(tǒng)的硬件部分中包含嵌入式控制模塊，在系統(tǒng)中安裝高速率的數(shù)據(jù)處理器，能夠有效提升系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。

2)調(diào)制解調(diào)器(MODEM)，在系統(tǒng)中安裝調(diào)制解調(diào)器，能夠提升數(shù)據(jù)的傳輸速度。

3)內(nèi)置密碼鍵盤：為了提升系統(tǒng)的安全性，需要在系統(tǒng)中安裝特殊的加密芯片，它具有一系列的安全防護(hù)措施，能夠提升整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

4)在系統(tǒng)的硬件部分安裝終端磁條[6]，增加系統(tǒng)的刷卡次數(shù)以及使用周期。

5)打印機(jī)、鍵盤、PSAM卡座以及顯示屏等。

硬件接口主要包含以下的設(shè)備：主線(1根)、RJ-11接口(2個(gè))、分線(1根)、RJ-45接口(1個(gè))、RS-232串口(1個(gè))，上述相關(guān)設(shè)備的存在主要是為了自助系統(tǒng)的后續(xù)拓展工作，以下給出系統(tǒng)的終端結(jié)構(gòu)圖。

圖1 嵌入式自助終端結(jié)構(gòu)圖

以下詳細(xì)給出系統(tǒng)的配置模塊所包含的主要功能：

1)針對(duì)不同的業(yè)務(wù)主機(jī)分配相應(yīng)的IP地址以及通訊端口；

2)由于各個(gè)路由器配置的不同，需要選取合適的路由器[7]；

3)系統(tǒng)具有PSAM卡系統(tǒng)發(fā)卡管理的權(quán)限；

4)針對(duì)自主終端的管理，主要包含以下幾個(gè)功能：端號(hào)分配管理以及終端認(rèn)證等等[8]。

5)系統(tǒng)中隊(duì)列的管理，重點(diǎn)是隊(duì)列的組建以及刪除；

6)系統(tǒng)中的連接配置主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)中各個(gè)模塊間的通信以及檢測(cè)維護(hù)等。

系統(tǒng)中的監(jiān)控管理模塊主要具有以下幾個(gè)功能：

1)用戶在進(jìn)行交易的過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

2)如果用戶在進(jìn)行交易的過程中存在異常，需要及時(shí)向系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)；

3)對(duì)每天、每個(gè)月、每個(gè)季度的交易記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

數(shù)據(jù)處理模塊是由數(shù)據(jù)批量處理單元以及消息實(shí)時(shí)處理單元組成。其中前者主要負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)中的離線交易數(shù)據(jù)，后者主要負(fù)責(zé)在線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理[9]。

業(yè)務(wù)接口模塊是指不同單位的業(yè)務(wù)主機(jī)與嵌入式自主系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在完成交換后，通過相關(guān)的接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

數(shù)據(jù)傳輸模塊主要是指組建消息隊(duì)列、信息存儲(chǔ)以及相關(guān)消息訂閱分布等，它的核心功能就是向業(yè)務(wù)主機(jī)傳輸以及接收數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的硬件部分主要采取了以下幾種技術(shù)，具體如下：

1)事件觸發(fā)

系統(tǒng)硬件部分的中心系統(tǒng)采用事件觸發(fā)機(jī)制，也就是系統(tǒng)在無交易的情況下處于休眠狀態(tài)，系統(tǒng)在休眠的情況下不會(huì)占用系統(tǒng)內(nèi)的任何資源，此時(shí)則能夠更好的展示系統(tǒng)的多任務(wù)可操作性，增加系統(tǒng)資源的利用率。

2)任務(wù)控制

任務(wù)控制機(jī)制主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的交易進(jìn)程，系統(tǒng)的交易進(jìn)行主要是由任務(wù)控制機(jī)制所決定的，系統(tǒng)中的檢測(cè)機(jī)制能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)交易存在異常，則需要通過系統(tǒng)中的任務(wù)控制模塊結(jié)束整個(gè)交易的運(yùn)行。

3)并發(fā)控制

如果系統(tǒng)在一定的時(shí)間段內(nèi)收到用戶大量的交易請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)需要利用通信層、路由層等相關(guān)隊(duì)列等進(jìn)行交易[10]。

4)進(jìn)程通信

系統(tǒng)中不同的模塊都有相應(yīng)的交易進(jìn)程，全部的交易進(jìn)程都是通過IPC機(jī)實(shí)現(xiàn)的，為了確保整個(gè)交易過程的順利進(jìn)行，需要在系中加入相應(yīng)的軟中斷技術(shù)。

在系統(tǒng)的硬件部分加入自主終端，能夠增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的便捷性以及使用范圍，現(xiàn)階段對(duì)于金融交易的安全性提出了更高的要求，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的過程中，需要增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性以及穩(wěn)定性，其中就重要的就是自主系統(tǒng)在經(jīng)過遷移后的兼容性。

1)為了確保系統(tǒng)交易的正常運(yùn)行，需要通過PSN電話線路以及業(yè)務(wù)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通訊功能，在系統(tǒng)中安裝語音卡可確保通訊的正常進(jìn)行。其中，通訊系統(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)傳輸效率計(jì)算公式為

(1)

式中，N表示傳輸數(shù)據(jù)數(shù)量；Ts表示數(shù)據(jù)傳輸所用時(shí)長(zhǎng)；λ表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌j(luò)幅值，λ>0。包絡(luò)幅值求解過程為

(2)

式中，u(t)信號(hào)的相位偏移量；si表示為變換算子。在上述過程下，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)制。系統(tǒng)的物理層采用FSK進(jìn)行調(diào)制，鏈路層采取問答的方式進(jìn)行，與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸相比，能夠有效簡(jiǎn)化調(diào)解過程，降低系統(tǒng)的運(yùn)行難度。

2)自主系統(tǒng)的終端在進(jìn)行交易的過程中，需要對(duì)用戶所使用的磁卡進(jìn)行身份驗(yàn)證，確定磁卡中的磁道信息以及用戶個(gè)人的PIN識(shí)別等，并且還需要去確認(rèn)交易地點(diǎn)以及交易人的身份是可識(shí)別的，最重要的是銀行必須是可信的。

3)通過系統(tǒng)中支付業(yè)務(wù)的管理，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)名制電話和PSAM卡的綁定，確保用戶的身份信息與銀行卡信息相互匹配，這樣就能夠保證用戶的正常交易。

4)所設(shè)計(jì)的自主服務(wù)與傳統(tǒng)方法存在一定的不同，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整個(gè)交易過程需要借助PSAM卡[11]以及終端設(shè)備等，這些設(shè)備的存在能夠有效增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。

2.2 層次型嵌入式自助系統(tǒng)模塊智能切換方法

在所研究方法的整體結(jié)構(gòu)框架圖中，用戶能夠通過多種終端進(jìn)入系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)用戶、終端等重要信息。系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊主要負(fù)責(zé)各個(gè)模塊之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)的服務(wù)側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶身份注冊(cè)、用戶身份注銷以及用戶身份登錄等功能，還能夠?qū)M(jìn)行交易的用戶進(jìn)行身份認(rèn)證以及計(jì)費(fèi)等服務(wù)，在上述基礎(chǔ)上，組建與上述模塊能力相匹配的通信信道，各個(gè)模塊具體的功能如表1所示。

表1 不同模塊功能簡(jiǎn)介

智能切換方法的核心功能就是確保各個(gè)注冊(cè)的用戶交易過程的實(shí)時(shí)檢測(cè)以及系統(tǒng)自助端的性能。在進(jìn)行交易的過程中，如果用戶手動(dòng)進(jìn)行功能切換[12]，則需要根據(jù)系統(tǒng)的相關(guān)機(jī)制為用戶提供最佳終端以及網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的切換，保證用戶在交易的過程中，一直都有十分滿意的終端以及網(wǎng)絡(luò)獲取。

智能切換模塊是整個(gè)系統(tǒng)中最為重要的模塊，它的存在能夠有效保證用戶交易的正常進(jìn)行。

終端協(xié)同智能切換方法需要全面考慮用戶所在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、終端狀態(tài)、用戶偏好以及所需要辦理的業(yè)務(wù)需求、費(fèi)率等確定最佳的預(yù)切換終端以及網(wǎng)格。該算法的計(jì)算步驟如下所示：

嵌入式自助系統(tǒng)的核心部分就是用戶，首先需要考慮用戶所設(shè)計(jì)的終端優(yōu)先級(jí)以及終端目標(biāo)切換信息。如果用戶已經(jīng)確定需要進(jìn)行切換的終端目標(biāo)，并且該終端目標(biāo)的服務(wù)狀態(tài)滿足系統(tǒng)需求，此時(shí)則需要根據(jù)相關(guān)的參數(shù)來確定最佳接入網(wǎng)。然后繼續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)切換功能；反之，則需要通過用戶選定的優(yōu)先級(jí)判斷系統(tǒng)中是否存在最佳加入網(wǎng)，如果系統(tǒng)中存在最佳終端，則系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行切換功能，否則系統(tǒng)中不存在符合系統(tǒng)需求的終端以及網(wǎng)絡(luò)。

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)只考慮以下三個(gè)較為主要的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，分別為：時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、丟包率。利用下式給出描述網(wǎng)絡(luò)整體行為的開銷函數(shù)

(3)

式中，D代表時(shí)延；J代表時(shí)延抖動(dòng)；L代表丟包率；R代表系統(tǒng)的服務(wù)效率；W代表各個(gè)參數(shù)的權(quán)重值的大??；T代表用戶需要辦理業(yè)務(wù)的性能需求門限。

利用下圖給出本文的層次型嵌入式自助系統(tǒng)模塊智能切換方法流程圖，當(dāng)接收到用戶的手動(dòng)切換請(qǐng)求信息時(shí)，需要通過終端協(xié)同選擇方法來確定需要進(jìn)行切換的終端目標(biāo)以及網(wǎng)絡(luò)。如果功能切換是由用戶手動(dòng)發(fā)起的，系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行切換操作，并且將用戶的交易過程切換到系統(tǒng)的網(wǎng)格中，進(jìn)行同化處理；反之，當(dāng)接收到的切換請(qǐng)求是由系統(tǒng)QoS監(jiān)測(cè)所獲取的，并且系統(tǒng)并沒有收到明確的強(qiáng)制切換請(qǐng)求，此時(shí)系統(tǒng)需要通過新終端進(jìn)行模塊切換，并做好實(shí)時(shí)接收消息的準(zhǔn)備。系統(tǒng)中的模塊在切換成功后，系統(tǒng)中的其它模塊需要繼續(xù)進(jìn)行切換操作，組建相對(duì)完整的切換思路；反之，則需要重新獲取最佳預(yù)切換目標(biāo)終端以及網(wǎng)絡(luò)。

綜上所述，實(shí)現(xiàn)了層次型嵌入式自助系統(tǒng)模塊智能切換。

3 仿真研究

為了驗(yàn)證所提層次型嵌入式自助系統(tǒng)模塊智能切換方法的綜合有效性，需要進(jìn)行仿真，實(shí)驗(yàn)環(huán)境為：Windows7(64位)操作系統(tǒng)，CPU主頻為1.90GHz，內(nèi)存為16.0GB，1TB機(jī)械硬盤，軟件平臺(tái)為matlab2014a。使自助系統(tǒng)與 ANDSF 保持通信的情況下進(jìn)行仿真，ANDSF連接下的信息發(fā)送狀態(tài)如圖2所示：

圖2 ANDSF連接狀態(tài)

在上述實(shí)驗(yàn)背景及網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)下進(jìn)行智能切換算法丟包率及時(shí)延性的性能檢測(cè)，檢測(cè)過程及結(jié)果如下所示：

1)丟包率

丟包率是指各個(gè)模塊在進(jìn)行智能切換的過程中丟失數(shù)據(jù)所占的比例，以下分別給出不同方法的丟包率對(duì)比結(jié)果，如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 所提方法的丟包率變化趨勢(shì)

圖4 文獻(xiàn)[6]方法丟包率變化趨勢(shì)

圖5 文獻(xiàn)[7]方法丟包率變化趨勢(shì)

由上圖可知，不同方法的丟包率隨著時(shí)間的變化而變化。通過詳細(xì)的對(duì)比可知，所提方法的丟包率一直處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，文獻(xiàn)[6]方法的丟包率呈緩慢上升的趨勢(shì)，但是文獻(xiàn)[7]方法的丟包率上升幅度明顯高于另外兩種方法，通過具體的對(duì)比分析可知，所提方法的丟包率在3種方法中為最低。由此可見，在各個(gè)模塊進(jìn)行切換的過程中，所提方法能夠有效減少數(shù)據(jù)的丟包率，確保數(shù)據(jù)的完整性。

2)時(shí)延

將文獻(xiàn)[6]方法、文獻(xiàn)[7]方法作為對(duì)比方法，對(duì)比不同方法的時(shí)延，以下詳細(xì)給出對(duì)比結(jié)果，如表2所示。

表2 不同方法時(shí)延對(duì)比結(jié)果

分析表2可知，所提方法的時(shí)延在3種方法中為最低；文獻(xiàn)[6]方法次之；文獻(xiàn)[7]方法的時(shí)延最長(zhǎng)。其主要原因在于，所提方法針對(duì)傳統(tǒng)方法存在弊端，進(jìn)行了改進(jìn)，有效降低模塊智能切換過程中產(chǎn)生的時(shí)間延時(shí)。

4 結(jié)束語

針對(duì)傳統(tǒng)嵌入式自助系統(tǒng)模塊智能切換方法存在的弊端，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。經(jīng)過改進(jìn)后能夠?qū)⒏鞣N業(yè)務(wù)集中到一個(gè)層次型嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行辦理，這樣能夠有效降低用戶的出行次數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎、技術(shù)先進(jìn)、可靠性強(qiáng)，方便業(yè)務(wù)的拓展以及各個(gè)模塊之間的切換，具有較強(qiáng)的兼容性以及開放性。