試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)應(yīng)用研究

蔡明學(xué)

航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710089

引言

飛行試驗(yàn)是型號(hào)研制與定型的重要階段，關(guān)系型號(hào)成敗。現(xiàn)代飛機(jī)采用大量高新技術(shù)，系統(tǒng)綜合集成，并在設(shè)計(jì)和試飛過(guò)程中引入適航規(guī)章要求，致使飛行試驗(yàn)科目多、周期長(zhǎng)、難度大，確定試飛測(cè)試參數(shù)近萬(wàn)個(gè)，單架次試飛數(shù)據(jù)數(shù)十G，數(shù)據(jù)量龐大，因此構(gòu)建了試飛數(shù)據(jù)分析環(huán)境，使試飛工程師、設(shè)計(jì)人員快速、準(zhǔn)確的開(kāi)展試飛數(shù)據(jù)分析。

1 試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是一個(gè)面向試飛數(shù)據(jù)處理分析、以試飛數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要包括試飛數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、試飛數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、分布式計(jì)算調(diào)度子系統(tǒng)、分布式計(jì)算群集子系統(tǒng)和試飛數(shù)據(jù)處理工具箱等5個(gè)部分組成。5個(gè)部分通過(guò)內(nèi)部接口、外部接口和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議有機(jī)地進(jìn)行交聯(lián)，組成一個(gè)系統(tǒng)化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)[1]。

1.1 試飛數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

試飛數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的管理端口，該子系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)[2]，對(duì)系統(tǒng)的整體配置信息、參數(shù)信息、系統(tǒng)狀態(tài)、安全信息、數(shù)據(jù)信息等進(jìn)行全面管理和維護(hù)。系統(tǒng)管理方面，包括用戶管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)管理、系統(tǒng)日志管理、系統(tǒng)備份與恢復(fù)等；飛機(jī)管理方面，包括試驗(yàn)機(jī)型號(hào)、名稱等基本信息管理，飛機(jī)總體信息管理，飛行試驗(yàn)信息管理、試飛科目信息管理等；試飛數(shù)據(jù)管理方面，包括試驗(yàn)機(jī)測(cè)試參數(shù)管理、工程數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理方法管理等；文檔管理方面，包括技術(shù)文檔信息管理、工程文檔信息管理、工具箱信息管理等。

試飛數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器由1臺(tái)或2臺(tái)高性能服務(wù)器承擔(dān)，保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。海量試飛數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、光盤(pán)等進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)管理。所有的管理信息按照試飛數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)所定義的接口、規(guī)范進(jìn)行準(zhǔn)備，確保數(shù)據(jù)信息的完整性和一致性。

1.2 試飛數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

試飛數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)Internet瀏覽器作為應(yīng)用界面。用戶利用瀏覽器，在本地安裝ActiveX應(yīng)用控件，輸入試飛數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)URL地址，經(jīng)由系統(tǒng)授權(quán)后，進(jìn)入系統(tǒng)。用戶通過(guò)數(shù)據(jù)處理任務(wù)管理可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)權(quán)限控制下的試飛數(shù)據(jù)分布式計(jì)算處理。主要功能包括：科目定義、科目參數(shù)信息定義、科目處理任務(wù)的時(shí)間信息定義、科目處理任務(wù)的執(zhí)行、科目數(shù)據(jù)曲線報(bào)告輸出、科目數(shù)據(jù)格式報(bào)告輸出等。按照不同用戶具有的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)試飛數(shù)據(jù)各類信息的查詢、報(bào)告輸出等。

試飛數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，依次完成數(shù)據(jù)處理任務(wù)信息的定義，在應(yīng)用服務(wù)器建立本任務(wù)號(hào)的工作目錄，啟動(dòng)分布式計(jì)算，啟動(dòng)本地分布式計(jì)算監(jiān)控，在分布式計(jì)算結(jié)束后顯示分布式計(jì)算狀態(tài)及狀態(tài)信息，在本地建立該任務(wù)號(hào)的工作目錄。

1.3 分布式計(jì)算調(diào)度群集子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

分布式計(jì)算調(diào)度由調(diào)度計(jì)算機(jī)群集組成。調(diào)度計(jì)算機(jī)由1臺(tái)或2臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，1臺(tái)為運(yùn)行時(shí)調(diào)度，另1臺(tái)為調(diào)度備份計(jì)算機(jī)。調(diào)度計(jì)算機(jī)對(duì)可用已注冊(cè)分布式計(jì)算服務(wù)器列表進(jìn)行維護(hù)，此列表維護(hù)了每一次可使用的分布式計(jì)算服務(wù)器IP、端口號(hào)、任務(wù)書(shū)、CPU 占用率、內(nèi)存使用率等信息。

調(diào)度計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)分布式計(jì)算服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)鏈路檢測(cè)目的是確認(rèn)分布式計(jì)算服務(wù)器是否還存在，若存在則返回此分布式計(jì)算服務(wù)器的執(zhí)行任務(wù)數(shù)、CPU占用率、內(nèi)存使用情況等負(fù)載信息，如果不存在則從列表中去除。

1.4 分布式計(jì)算群集子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

分布式計(jì)算服務(wù)器群集由1臺(tái)或多臺(tái)性能較高的服務(wù)器組成，每臺(tái)分布式計(jì)算服務(wù)器部署分布式計(jì)算服務(wù)器的相關(guān)應(yīng)用程序。分布式計(jì)算服務(wù)器端程序根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)信息中所存儲(chǔ)的調(diào)度計(jì)算機(jī)列表參數(shù)向所有的調(diào)度計(jì)算機(jī)申請(qǐng)注冊(cè)。當(dāng)某臺(tái)調(diào)度計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障后經(jīng)過(guò)維修被重新使用時(shí)，或新增加一臺(tái)調(diào)度計(jì)算機(jī)時(shí)，分布式計(jì)算服務(wù)器不需人工干預(yù)就可自動(dòng)注冊(cè)到這臺(tái)調(diào)度計(jì)算機(jī)中。分布式中間件存儲(chǔ)于磁盤(pán)序列，用戶發(fā)出計(jì)算請(qǐng)求后，由調(diào)度計(jì)算機(jī)分配1臺(tái)可執(zhí)行計(jì)算的分布式計(jì)算服務(wù)器，分布式計(jì)算服務(wù)器調(diào)用分布式中間件進(jìn)行計(jì)算，完成用戶的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

1.5 試飛數(shù)據(jù)處理工具箱功能設(shè)計(jì)

試飛數(shù)據(jù)處理工具箱是一個(gè)集成化的試飛數(shù)據(jù)常用處理方法集合。它以標(biāo)準(zhǔn)的安裝軟件形式提供給用戶，用戶可以直接安裝在自己的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用或調(diào)用。按照用戶要求完成試飛數(shù)據(jù)的提取和處理。包括：INET、FCS、1553B等數(shù)據(jù)類型的處理。試飛數(shù)據(jù)處理工具箱包含了對(duì)試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法等信息，由數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，用戶可以通過(guò)方法接口對(duì)方法進(jìn)行應(yīng)用。試飛數(shù)據(jù)處理工具箱的管理維護(hù)由試飛數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)進(jìn)行。用戶可以通過(guò)試飛數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)所提供的查詢、檢索、下載等功能對(duì)工具箱進(jìn)行查閱。

2 試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)

2.1 時(shí)間響應(yīng)

試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的運(yùn)行基于局域網(wǎng)平臺(tái)，數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)千兆光纖網(wǎng)絡(luò)相連接，采用緊耦合、安全高的C/S結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)的管理和維護(hù)。

試飛數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)用戶應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間，單記錄操作、顯示即時(shí)操作，即時(shí)響應(yīng)，復(fù)雜記錄信息查詢等響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)2s；大量數(shù)據(jù)信息上載管理等按照網(wǎng)絡(luò)速度計(jì)算響應(yīng)時(shí)間。

試飛數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)到桌面，網(wǎng)頁(yè)信息的刷新和顯示不超過(guò)8s，數(shù)據(jù)分布式計(jì)算根據(jù)系統(tǒng)服務(wù)器的配置情況和應(yīng)用人數(shù)的多少、用戶的計(jì)算量等來(lái)計(jì)算時(shí)間。

2.2 易擴(kuò)展性

試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性和易擴(kuò)展性。

（1）采用服務(wù)器群集技術(shù)，可以根據(jù)任務(wù)規(guī)模配置應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)量，滿足不同應(yīng)用規(guī)模的要求，同時(shí)保證數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)的不間斷；

（2）采用B/S、C/S三層體系結(jié)構(gòu)，管理端的緊湊型和應(yīng)用端的靈活性，滿足不同用戶的應(yīng)用要求，面向試飛數(shù)據(jù)處理的中間件技術(shù)應(yīng)用，便于對(duì)未來(lái)應(yīng)用的嵌入，提高了系統(tǒng)的靈活性；

（3）系統(tǒng)在集成與應(yīng)用接口方面，保留充分的應(yīng)用擴(kuò)展；

（4）系統(tǒng)采用J2EE技術(shù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，能夠在不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)下應(yīng)用。

3 試飛數(shù)據(jù)分析流程設(shè)計(jì)

試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是一個(gè)基于J2EE技術(shù)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以試飛數(shù)據(jù)庫(kù)為中心，采用分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)[3]、軟件重組應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)型號(hào)試飛數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)。機(jī)載試飛測(cè)試數(shù)據(jù)生成后，導(dǎo)入試飛數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，按照系統(tǒng)定義的接口和規(guī)范存儲(chǔ)；用戶通過(guò)客戶端執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務(wù)時(shí)，通過(guò)分布式計(jì)算調(diào)度、分布式計(jì)算服務(wù)器等功能完成數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用。

系統(tǒng)部署、試驗(yàn)機(jī)信息錄入、試飛數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、工具箱信息集成一般由系統(tǒng)管理人員實(shí)現(xiàn)并動(dòng)態(tài)管理；數(shù)據(jù)處理/設(shè)計(jì)人員通過(guò)系統(tǒng)定義飛機(jī)型號(hào)、飛機(jī)機(jī)號(hào)、專業(yè)名稱、專業(yè)參數(shù)、數(shù)據(jù)屬性，添加數(shù)據(jù)處理時(shí)間段、采樣率后，執(zhí)行試飛數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)結(jié)果可以以圖形輸出，也可以生成數(shù)據(jù)報(bào)告。試飛數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 試飛數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)處理流程圖

4 試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)重難點(diǎn)設(shè)計(jì)

4.1 海量數(shù)據(jù)傳輸入數(shù)據(jù)庫(kù)

在客戶端上傳數(shù)據(jù)時(shí)必須將服務(wù)器的存儲(chǔ)映射為本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器，此時(shí)服務(wù)器的共享服務(wù)必須開(kāi)啟，在服務(wù)器的安全保密管理上存在安全隱患。由于飛行試驗(yàn)工程數(shù)據(jù)量較大，將這些海量數(shù)據(jù)上傳到試飛數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，需要長(zhǎng)時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)傳輸。為優(yōu)化該問(wèn)題，開(kāi)發(fā)文件壓縮傳輸系統(tǒng)，采用C/S的基本架構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，解決了客戶端上傳數(shù)據(jù)需數(shù)據(jù)盤(pán)共享的問(wèn)題，保證了數(shù)據(jù)的安全性。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，采用TCP協(xié)議的SOCKET傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)，壓縮算法主要采用無(wú)損壓縮的算法。為了提高大數(shù)據(jù)文件的傳輸效率，采用數(shù)據(jù)的發(fā)送端邊壓縮邊存儲(chǔ)的方式，以達(dá)到大數(shù)據(jù)文件快速傳輸?shù)哪康摹?/p>

4.2 試飛數(shù)據(jù)處理任務(wù)的裝配技術(shù)

用戶能夠通過(guò)瀏覽器在系統(tǒng)中自己定義處理科目，充分利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的各種工具，完成自己的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。在數(shù)據(jù)處理鏈條中，工程數(shù)據(jù)是所有數(shù)據(jù)分析的源頭，工程數(shù)據(jù)的格式、與數(shù)據(jù)處理中間件的接口、與數(shù)據(jù)處理工具之間的數(shù)據(jù)接口，都對(duì)標(biāo)準(zhǔn)軟件有很大的影響。交錯(cuò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)接口定義、管理和維護(hù)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究過(guò)程中的疑難問(wèn)題。

為解決該問(wèn)題，客戶端機(jī)器和Web服務(wù)器通過(guò)HTTP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行連接，基于HTTP協(xié)議的Web Service進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)?？蛻舳藱C(jī)器與計(jì)算服務(wù)器建立TCP連接，在此之上，制訂一個(gè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸和命令協(xié)議。必須嚴(yán)格、合理的定義各種工程結(jié)果數(shù)據(jù)的格式，生成接口文件的格式、工程數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理中間件的接口、工程結(jié)果數(shù)據(jù)與曲線繪圖、數(shù)據(jù)輸出的接口等。

5 結(jié)束語(yǔ)

試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)采用C/S、B/S多層體系結(jié)構(gòu)，以應(yīng)用中間件實(shí)現(xiàn)用戶工程實(shí)際應(yīng)用，在確保試飛數(shù)據(jù)安全有效管理的同時(shí)[4]，方便了用戶的技術(shù)應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的應(yīng)用靈活性。試飛數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)試飛數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理，能夠按照用戶需求開(kāi)展試飛數(shù)據(jù)的篩選、分析，實(shí)現(xiàn)快速高效的試飛任務(wù)分析，準(zhǔn)確掌控飛行試驗(yàn)狀態(tài)和任務(wù)進(jìn)展，為試飛決策提供支持；當(dāng)飛行試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)故障或問(wèn)題時(shí)，可通過(guò)試飛數(shù)據(jù)分析，為故障定位和原因分析提供數(shù)據(jù)支撐，減少排除故障時(shí)間，提高試驗(yàn)機(jī)完好率，保障試飛安全，提高試飛效率。