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长江航道数据交换模式与通信协议设计及测试探究

2020-05-26 02:07:27 《中国水运》 2020年3期

曹春 董政 俞震宇

摘 要:长江数字航道通过不断的建设发展,电子航道图在长江干道的实际应用中已经越发的重要,因此,在未来的发展中长江航道的数据交换与通信协议将会发挥出更重要的作用。本研究通过对长江航道的现有的资源进行规划分析,探究长江航道信息网络中的实际需求,并以此为根据设计出可行的数据交换模式以及通讯协议平台,以保证能够进行数据的实时监测及分析。

关键词:长江航道;数字航道;数据交换;通信协议;设计研究

1 长江航道数据资源分析

1.1 规划研究路线

数据资源规划研究工作具有一定的复杂性且需要在全局工作统筹的状态下进行[1]。本研究根据长江航道信息公共服务职能为方向对其主要业务、数据过程进行整理,以此获得长江航道核心业务中的数据构成,并将数据作为重心实现航道资源的管理。长江航道数据资源规划研究技术路线如图1所示。

1.2  资源规划分析

本研究依据长江航道具体的职能划分以及战略规划,通过“职能范围—业务流程—详细活动”对长江航道的核心业务进行详细的整理分析,以此完成对长江航道相关数据资源的策划[2]。

(1)从现在的长江航道局的职能为切入点,整理与业务相关的制度与详细的数据内容等,并对长江航道相关业务进行全局统筹,将长江航道中的资源规划进行职能范围的划分。

(2)罗列出关于业务的所有活动,并以此作为业务的主要结构,建立起长江航道业务系统,其中包含职能范围、业务流程、详细活动。

(3)对于已经明确的业务模型及相关活动进行对应的数据分析,鉴别航道中的与主要业务相关的数据因素,强调不同管理组织之间的联系性以及业务数据的交流能力,并确定数据信息的来源。

(4)对长江航道的信息资源与系统框架的现状以及目前存在的具体问题进行分析,为长江航道数据资源规划的制定提供方向以及目标。

(5)依据航道数据相关的理论对涉及到长江航道核心业务的主要元素进行重构,以构建更优秀的数据资源系统。

2  长江航道数据信息网络分析

信息化建设的主要基础便是网络信息化技术,依靠规范、统一、稳定的网络信息平台,以满足电子航道系统的智能化、数字化航道建设的需求[3]。本研究项目依据长江航道的管理发展的现有情况进行详细的网络信息化分析[4]。

目前随着长江航道的信息化建设,所覆盖区域不断增加,对于情况较为复杂的航道而言,急需加大网络信息化的进程,以此为长江航道的信息化建设奠定坚实的基础。从目前的进展情况而言长江航道网络建设需要符合以下几个要求:

(1)具有跨网传输性。长江航道中管理组织的位置较为分散,在日常工作中各个组织之间的数据传输需要跨越局域网进行传输。

(2)组织覆盖较广。各组织之间的工作位置是沿长江航道上的各个省市地区进行设置的,地域分布较为广泛。

(3)网络服务对象受众面较多。长江航道中所使用的网络需要能够有效的完成交通运输部门、运输平台的数据传输交换,并且与其它组织能够保持较好的通讯,此外,网络服务还要面对社会中各企事业单位、社会企业以及公众提供电子航道地图、信息等服务。

(4)多种网络模式相结合。电子航道系统的建立与管理需要以航道信息数据作为支持,如航道水文、水位、航标状态、航道实际情况等相关信息。航道数据信息的采集通常由航道终端设备提供,因此,数据采集的及时性应建立在长江航道信息平台数据传输能力的快捷、高校等特性上,在实际工作中通过有线、无线、移动等多种网络模式可以更好的为平台提供支持。

在实际的长江航道服务中根据其服务对象的不同可以将其划分为两类,即主要面向于公众的数字系统、面向于长江航道的数字系统操作人员所使用的系统[5]。服务系统分类概况如表1所示。

3  长江航道数据交换与通信协议的设计研究

3.1 相关数据分类

为了在实际应用中更好的对系统进行管理及维护,系统中数据交换采取管理数据、业务数据分离的模式:

(1)管理数据。在此模式中包含有详尽的终端信息、环境信息以及通讯信息等内容,在进行管理时这些内同将即时有效的反馈至相关操作或维护人员手中,以此保障信息传输交换的准确性。

(2)业务数据。长江航道中业务数据主要用于将用户所需要的数据进行收集整合,然后传输至终端设备供外界使用。

3.2 数据交换传输模式

针对不同的系统数据交换模式,其数据交换模式可分为两种,即管理与业务数据并行、管理与业务数据分离两种:

(1)管理与业务数据并行。长江航道管理及业务数据通过终端传输至数据交换平台,然后通过平台进行统一的分析,之后将结果传输至应用平台,最后管理员便可以通过应用平台获得详细的业务数据。管理与业务数据并行示意图如图2所示。

(2)管理与业务数据分离。终端管理中所获得的数据是由各区域终端设备将数据传输至交换平台,并由平台进行分析处理;航道业务相关数据则无需通过数据交换平台处理直接传输至应用平台完成所需的数据交换。管理与业务数据分离示意图如图3所示。

3.3 通信协议设计

对长江航道的数据通讯协议的设计需要建立在整体数据的交换过程中,以此确保数据的传输以及信息管理的有效实施。本研究将根据长江航道数据资源规劃为依托构建全航道数据系统,使用美国国家标准学会(ANSI)标准中数据格式编码BER-TLV数据结构作为规范,编制适用于长江航道信息收集以及数据交换的TAG-LENGTH-VALUE数据通讯格式,并使用TAG-LENGTH-VALUE中TAG值相关规范进行长江航道数据交换中的元素划分[6]。

通常情况下数据通信传输使用的协议是由TCP、UDP、SMS单独或进行组合而成,而长江航道信息服务终端与长江航道数据交换平台中使用的传输协议是SOAP协议以及WSDL接口。

4 长江航道数据传输网络及其测试平台设计

4.1 数据传输网络设计

为了确保长江航道中数据业务的稳定运行以及满足工作运行的需要,更好的为长江航道局提供服务,本研究将分别对网络信息传输平台的内外业务网络进行分析[7]。数据传输网络系统结构示意图如图4所示。

内部业务网络是长江航道中的核心网络构架,是由长江航道局局域网络、下属机构中的局域网、数据信息采集终端专用网络、长江航道互联网络所构成。长江航道区域内航道中的终端采集设备将使用有线、无线或是移动网络进行连接,而航道动态数据信息的采集将与二级单位进行连接、视频图画的采集则与三级单位进行连接。

外部业务网络是长江航道管理机构中不同组织所涉及的工作内容。各个组织结构之间通过网络进行连接并保持各自独立的外部网络。此外,在对长江航道的规划中建立相应的外部服务网能够更好的面向社会提供用户所需的服务。

各级组织的外部业务网络均使用多层次的网络架构而成,并通过设备、通讯网络以及用户接收终端完成与内网的阻隔。当内外部业务网络需要进行数据交换时可以使用移动储存设备进行二者的连接交换,以此确保各网络的安全性[8]。

4.2 数据交换测试平台功能开发

长江航道数据交换测试平台主要用于实时数据的监测与结果采集分析。数据的收集UI界面由标题、地理信息系统界面以及功能区构成[9]。分析界面由标题、元素列表以及显示内容区域,用于相关的协议分析的编辑与管理。显示界面區域的每一条项目均表示需要进行分析的协议。协议分析界面如图5所示。

5 结论

通过长江数字航道不断的建设发现,智能航道具有庞大的数据信息所构成,数据的复杂、多样以及广泛性是以往所不能比拟的。因此,长江航道的数据交换与通讯协议的设计以及测试需要具有规范性,通过对长江航道的现有的资源进行规划分析建立起能够保障数据实时监测及分析的网络信息平台,对水文工作的建设具有重要的意义。

参考文献:

[1]王垒. 内河航道智能航标系统的研究与开发[D].湖北工业大学,2019.

[2]闻光华,曾科伟,周孝羽,闻豪,何碧艳.LoRa无线技术在长江重庆航道的应用研究[J].中国新通信,2018,20(21):106-107.

[3]卞宁,张中建,王德军,毛雄磊.低功耗广域网络在长江数字航道应用中的思考[J].中国水运.航道科技,2018(02):43-48.

[4]宋涛. 控制河段通行信号揭示系统运行状态监控设计与实现[D].重庆大学,2018.

[5]杜梓平.基于无线传感网络的航道水下数据监测系统[J].舰船科学技术,2018,40(04):118-120.