自适配通信环境构件在电子信息系统设计中的应用

来源：甘肃科技纵横作者：谢玉林,刘永平
发布于：2020-12-30 共3960字

　　摘要：传统电子信息系统网络通信存在延迟，为解决这一问题，提出基于自适配通信环境的电子信息系统。硬件设计方面，优化系统架构，将总体架构从上到下分为应用层、服务层、中间构件层以及基础资源层，在中间层中加入自适配通信环境中间件，优化通信接口。软件设计方面，优化电子信息抗干扰流程，使电子信息的合成场强达到最大值，建立电子信息调度集，压缩冗余数据特征，得到大规模存储分布空间结构，提高电子信息存储效率。实验结果表明，此次系统缩短了通信时延，提高了信息数据传输速率，通信性能要优于传统系统。

　　关键词：自适配通信；电子信息系统；通信接口；

　　0 引言

　　电子信息系统主要针对多格式的输入信息，进行采集、加工、上报、传输和检索等服务，实时展现多源信息，并将处理后的信息按需分发给相关用户，在军事领域应用较为广泛，对区域信息进行一体化、综合化集成，发展信息优势，具有重要的现实意义[1].国外电子信息系统研究较为成熟，在集成设计与分析技术领域，将系统快速原型作为设计目标，应用C4ISR体系结构框架，通过STK设计分析工具，对系统组件进行开发，将建模与仿真作为系统评估的主要手段，根据仿真试验结果，对电子信息系统进行修改和优化，在复杂的开发环境中，通过Rhapsody为集成软件的开发提供支持，分布式协作仿真与评估等功能，以此满足开发环境的一体化需求。国内的电子信息系统研究起步较晚，对开发工具进行划分，将其划分为指控系统的构件化工具集，以及逆向工程工具集，然后无缝集成到网络通信中，提高通信软件的开发质量[2].在以上理论的基础上，提出一种基于自适配通信环境的电子信息系统，进一步改善传统系统的网络通信功能。

电子信息工程

　　1 电子信息系统设计

　　1.1 电子信息系统硬件设计

　　1.1.1 设计系统总体架构

　　对系统架构进行优化，采取SOA为核心的技术框架，将服务中间件作为运行支撑，以基础数据库为基础，将基础服务作为系统架构的中心，将总体架构从上到下分为应用层、服务体系层、中间构件层、基础资源层。利用基础资源层，为系统开发提供各种资源，包括基础数据和信息库，控制基础数据不受开发影响，利用文字、程序、图形、框图、文件等形式，对数据进行描述，使基础数据以不同形式储存于资源层中[3].在中间构件层，对构件接口标准规范进行定义，通过多层消息总线，对运算构件和表现构件进行集成，通过轻量级的构件集成框架，管理构件实体和运行时态，提供系统服务运行的环境，使构件间的信息和功能进行交互，提供运行时所需的核心服务，包括用户管理、安全作业等。将中间构件层划分为消息中间件和集成构件，通过集成构件，实现构件运行管理、组件访问、环境信息集成和构件注册，屏蔽构件的开发、运行以及通信环境，为上层网络通信提供一致的通信方式，综合集成网络通信，实现消息传输和时间统一等功能，以及专用协议转换、通用信息传输和通信代理[4].利用服务体系层，为应用层提供服务，最后将应用层作为系统架构中服务的消费者，为支撑工具的开发提供支持，通过一致形式，将信息处理产品展现给操作者，集成界面构件，包括各种业务显示、非实时信息显示、实时信息显示[5].至此完成系统架构的优化。

　　1.1.2 基于自适配通信环境优化系统通信接口

　　在总体架构的中间构件层中，利用自适配通信环境这一主机基础设施中间件，对电子信息的网络接口进行优化，简化系统进程间的通信。在底层网络通信中，加入自适配通信环境中间件，接收处理网络传输的目标信息，充分发挥网络传输的事件驱动特性，利用自适配通信环境提供公共接口，处理网络连接的I/O事件，使系统通过中间件在接口间进行通信。通信接口采用UDP协议采集数据，对I/O事件进行监视，使自适配通信环境应用Wrapper Facade模式，接收实时转播的数据[6].调用自适配通信环境中间件的登记对象，设置组播地址和端口号，使登记对象加入不同的组播地址，保持端口号相同，对电子信息数据进行接收。数据接收后，通过挂钩方式处理网络报文，解析网路报文协议标识，对不同类型的报文进行区分，最后使网络接口更新电子信息数据，通知用户界面。当网络传输存在长时间不通信的目标报文时，利用自适配通信环境反应器，登记I/O事件，判断报文到达时间是否超时，当判断为超时事件，则根据上一次收到位置，自动推算报文的当前位置，对目标报文进行定位，再次接收后转入网络报文接口，对信息数据进行处理。至此完成基于自适配通信环境中间件，系统通信接口的优化。

　　1.2 电子信息系统软件设计

　　1.2.1 设计电子信息抗干扰流程

　　在系统硬件设计完毕的基础上，设计电子信息抗干扰流程，排除数据传输过程中的干扰信号。首先改变电子信息的传输信号，对传输信号的发射频率进行合理调控，减小电子信号的干扰程度。然后利用扩频技术，对传输信号进行调节，由于电流会改变设备总电阻，对系统正常运作造成影响，因此降低接地线自身带有的抗阻，使地线抗阻仅由电阻和电感两部分组成，当电阻值较大时，避免电流在线路中受到阻碍。最后采用固态功率合成技术，预估传输信号到达的相位，计算距离相位一定距离处的场强，对各个单元信号的场强进行叠加，得到传输信号的分布式干扰源，利用矩量法，对干扰信号进行耦合求解，控制传输信号到接收点的相位皆为0,使合成场强的幅值达到最大值。分布式干扰下的耦合传输函数为：

　　公式中，Emax为传输信号耦合后的场强幅值，N为单元天线阵，P为信号发射的输入功率，G为信号传输的增益系数，r为距离天线位置的距离长度[7].利用公式（1），减小电流的干扰程度，得到最大场强的信息数据传输信号，至此完成电子信息抗干扰流程的设计。

　　1.2.2 提高电子信息存储效率

　　接收传输的信息数据，采用负载均衡控制理论，提高信息存储密度。设置信息特征调度条件，建立电子信息的调度集，在存储空间中，获取电子信息存储的任务调度向量，根据电子信息系统的应用环境，得到信息相应的用户偏好程度，组建多用户规则调度集，对电子信息的适应度函数进行计算，将其作为电子信息的自适应特征，从而对信息存储的规则集属性进行分类。其分类目标函数x为：

　　公式中，t为存储开销，c为电子信息传输阈值，T为信息数据规则集的规模，w为权重系数，ζ为调度信息的传输时长[8].针对不同类别的电子信息，设置存储节点，对信息存储密度进行最大化处理，使存储空间负载均衡，满足特征调度条件。对调度的电子信息进行散布输出，得到冗余数据的特征子集，进而压缩处理冗余数据，针对剩余的电子信息数据，校验其特征约束，得到大规模的存储分布空间结构。在此基础上，按照时间序列，对信息数据进行空间重构，根据最近邻点的联合概率，分布重组信息数据，将大规模信息流映射至相空间中，获得信息最优特征分解条件。最后对特征集合进行输出，实现电子信息的聚类处理，得到若干个数据块，将数据块关联至缓存空间区域，提高电子信息数据的存储效率。至此完成系统软件设计，结合硬件设计和软件设计，完成基于自适配通信环境的电子信息系统设计。

　　2 实验论证分析

　　将此次设计系统与传统系统进行对比实验，比较两种电子信息系统的通信性能。部署两种系统的测试环境，使每台计算机通过网络与其他计算机相连，网络环境为带宽100 M/s的局域网，计算机配置为Windows XP系统，内存为1 G,主频1.90 GHz.使用实时模拟信号源，模拟实时数据信源，控制实时数据产生的批量和速率，将实时数据显示工具部署在客户端主机上，通过图形的方式显示在终端。利用网络协议对产生数据进行切片，设置socket缓冲区，避免两个系统发送数据产生阻塞。在不同时间段，启动模拟信号源和分发服务，发送不同长度数据，将信息数据产生速率设定为60报/s,发送报文数量10 000次为一个样本空间，设置数据报文长度为1 000 byte.测试可得两种系统的信息数据到达率都为100%,记录报文序号、发送时间和接收时间，得到系统传输信息的延时均值，对比结果见表1所列。

　　表1 第一组对比结果

　　当发送报文数量不同时，设计系统延迟时间要少于传统系统，平均延时为16.9 ms,而传统系统平均延时为24.7 ms,信息数据的传输延时缩短了7.8 ms.在第一组实验的基础上，设置发送报文数量为10 000,改变传输数据长度，测试两种系统的传输速率，对比结果见表2所列。

　　当数据长度不同时，设计系统传输速率要大于传统系统，平均传输速率为8.11M/s,传统系统平均传输速率为5.25M/s,传输速率提高了2.86M/s.综上所述，此次设计系统利用自适配通信环境构件，处理传输数据的网络报文，缩短了信息传输时延，提高了传输速率，信息传输更加高效，其通信性能要优于传统系统，进一步提高了信息传输性能。