閆 軍，付傳寶

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所，廣西 桂林 541004)

0 引言

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，戰(zhàn)爭(zhēng)的形態(tài)和運(yùn)行規(guī)律也發(fā)生了重大變化，從而引發(fā)了各國(guó)對(duì)邊境防御的重大變革。傳統(tǒng)的人員對(duì)邊境進(jìn)行巡邏防御的方法已經(jīng)很難適應(yīng)信息化時(shí)代的要求，于是建立在現(xiàn)代化信息技術(shù)基礎(chǔ)上的無(wú)人值守站點(diǎn)防御系統(tǒng)成為一種趨勢(shì)。

然而由于技術(shù)發(fā)展的局限性，目前無(wú)人值守系統(tǒng)的監(jiān)控部分僅能提供現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視等簡(jiǎn)單功能，傳感遙測(cè)設(shè)備也只能提供比較有限的信息，特別是大多情況下監(jiān)控系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)是相互獨(dú)立運(yùn)行進(jìn)行被動(dòng)防御[1]，這些因素的存在無(wú)疑降低了無(wú)人值守站點(diǎn)的防御能力。

基于此，本文提出了一種無(wú)人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)多層架構(gòu)平臺(tái)，解決了無(wú)人值守系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)多種形式數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和控制以及系統(tǒng)間信息共享的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)、傳感遙測(cè)和主動(dòng)防御三者協(xié)同工作的目地。

1 系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

1.1 總體方案設(shè)計(jì)

在各無(wú)人值守站點(diǎn)中部署綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)，對(duì)站點(diǎn)中的設(shè)備、環(huán)境、供電、安全等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控信息經(jīng)采集、過(guò)濾、處理、分析操作后，一方面將其保存在系統(tǒng)服務(wù)管理層的數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為歷史信息備份；另一方面?zhèn)鬏斀o控制層的哨位，作為站點(diǎn)監(jiān)控信息實(shí)時(shí)顯示。該方案的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 無(wú)人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)體系架構(gòu)

1.2 多層架構(gòu)平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無(wú)人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)多層架構(gòu)平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)信息的監(jiān)測(cè)和安全防衛(wèi)，該系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)由上至下分為控制層、服務(wù)管理層、傳輸層和數(shù)據(jù)采集層。

1.2.1 控制層

控制層是與管理人員交互最密集的一層，該層依托哨位監(jiān)控軟件為控制中心提供整個(gè)片區(qū)內(nèi)所有站點(diǎn)的監(jiān)控信息?？刂茖又饕瓿傻墓δ苋鐖D2所示。

圖2 控制層功能

1.2.2 服務(wù)管理層

服務(wù)管理層根據(jù)系統(tǒng)配置信息，對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、處理、分析、存儲(chǔ)等操作，同時(shí)也會(huì)與其他系統(tǒng)進(jìn)行信息資源的共享。該層主要包括了匯集設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)，匯集設(shè)備負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)采集層傳輸?shù)谋O(jiān)控信息，然后按照規(guī)則庫(kù)中的策略對(duì)其進(jìn)行分析處理形成模塊數(shù)據(jù)，該模塊數(shù)據(jù)一份上傳給數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份，另一份發(fā)送給控制中心的哨位或其他系統(tǒng)中的匯集設(shè)備。

此外，服務(wù)管理層還對(duì)系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)哨位占用資源執(zhí)行權(quán)限的問(wèn)題進(jìn)行處理，系統(tǒng)外則處理本系統(tǒng)資源是否為其他系統(tǒng)開放的問(wèn)題，上述問(wèn)題的解釋過(guò)程通過(guò)系統(tǒng)配置信息和規(guī)則庫(kù)設(shè)定，執(zhí)行過(guò)程由匯集設(shè)備負(fù)責(zé)完成。

1.2.3 傳輸層

傳輸層主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，除了具備網(wǎng)絡(luò)傳輸必備的功能外，還具有協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。在該層中的不同網(wǎng)絡(luò)區(qū)域都配置了一套代理服務(wù)設(shè)備，用于二層和三層協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換，以此來(lái)統(tǒng)一規(guī)范數(shù)據(jù)采集層收集到的數(shù)據(jù)信息的傳輸格式，使信息可以在更廣的范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸。

1.2.4 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)從監(jiān)控對(duì)象中進(jìn)行信號(hào)采集、壓縮、打包，形成能夠在以太網(wǎng)中進(jìn)行傳輸?shù)腡CP/UDP包或系統(tǒng)自定義網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。

數(shù)據(jù)采集的方式分為兩種[3]，實(shí)時(shí)采集和周期采集，其中實(shí)時(shí)采集方式以命令觸發(fā)的形式進(jìn)行，能夠?qū)崟r(shí)捕獲監(jiān)控對(duì)象當(dāng)前的狀態(tài)；周期采集方式以執(zhí)行計(jì)劃或任務(wù)的方式定期對(duì)傳感器、電源等監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行分析，獲取當(dāng)前狀態(tài)下的監(jiān)控信息，采集周期將根據(jù)具體配置要求在規(guī)則庫(kù)中指定。

2 多層架構(gòu)系統(tǒng)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

無(wú)人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)多層架構(gòu)平臺(tái)由監(jiān)控對(duì)象、監(jiān)控信息處理模型、規(guī)則庫(kù)和監(jiān)控哨位組成。具體功能模塊有數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)過(guò)濾模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、規(guī)則設(shè)計(jì)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、信息顯示模塊、預(yù)警模塊、設(shè)備控制模塊和歷史回放模塊等，如圖3所示。

圖3 多層架構(gòu)平臺(tái)的功能模塊

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集監(jiān)視對(duì)象、控制對(duì)象和預(yù)警對(duì)象三種數(shù)據(jù)源發(fā)送的消息數(shù)據(jù)，這些消息數(shù)據(jù)通過(guò)不同的接口匯集到該模塊中，然后經(jīng)過(guò)壓縮、編碼、組合、打包等步驟形成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。

2.2 數(shù)據(jù)過(guò)濾模塊

數(shù)據(jù)過(guò)濾模塊對(duì)接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行有效數(shù)據(jù)提取，根據(jù)規(guī)則庫(kù)的配置策略對(duì)數(shù)據(jù)過(guò)濾，解析出系統(tǒng)關(guān)注的信息。過(guò)濾的執(zhí)行流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)過(guò)濾模塊執(zhí)行流程

2.3 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)將過(guò)濾模塊提取出來(lái)的有用信息進(jìn)行模塊化組合，形成能夠在數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)分析模塊中識(shí)別的格式。另外，對(duì)于某些信息的處理還需要調(diào)用規(guī)則庫(kù)中的轉(zhuǎn)換規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，如氣象傳感器反饋的信息，就必須首先按照規(guī)則庫(kù)中的配置策略提取轉(zhuǎn)換規(guī)則，按照該規(guī)則對(duì)溫度、濕度、風(fēng)力等參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，構(gòu)造成協(xié)議要求的格式向下一模塊發(fā)送。

2.4 協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊

該模塊主要作用于系統(tǒng)自定義網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，完成二層和三層協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換功能，使得該數(shù)據(jù)包脫離了局域網(wǎng)傳輸?shù)南拗?，能夠在廣域網(wǎng)中進(jìn)行傳輸，很大程度上拓展了系統(tǒng)運(yùn)用的范圍。

2.5 規(guī)則設(shè)計(jì)模塊和規(guī)則庫(kù)

通過(guò)規(guī)則設(shè)計(jì)模塊，對(duì)規(guī)則庫(kù)中的配置進(jìn)行設(shè)置維護(hù)，主要維護(hù)信息如表1所示。

規(guī)則庫(kù)配置的原理為設(shè)置一個(gè)或多個(gè)條件，當(dāng)滿足這些條件時(shí)將會(huì)觸發(fā)一個(gè)或多個(gè)操作。規(guī)則通常包括兩部分[4]，即一組條件和在此條件下執(zhí)行的動(dòng)作，其實(shí)施過(guò)程統(tǒng)一表現(xiàn)為對(duì)條件的檢測(cè)以及在條件成立時(shí)的動(dòng)作執(zhí)行，可以使用產(chǎn)生式規(guī)則表示法對(duì)規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則進(jìn)行配置和維護(hù)[5]。

產(chǎn)生式規(guī)則常用于表示具有因果關(guān)系的知識(shí)[6]，其基本形式是“ifPthenQ”,其中P代表一組前提或狀態(tài)，Q代表若干結(jié)論或動(dòng)作，其含義是如果前提P得以滿足，即為“真”，則可得出結(jié)論Q或Q所規(guī)定的動(dòng)作。

產(chǎn)生式規(guī)則可用以下公式表示：

式中：m，n>1,k=1,2,…,r。Rk為第K條規(guī)則，Ck為第K條規(guī)則的結(jié)論。

表1 模塊維護(hù)信息表

2.6 數(shù)據(jù)分析模塊

該模塊通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的系統(tǒng)配置信息，來(lái)判決處理模塊發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，處于設(shè)定的哪個(gè)閾值區(qū)間內(nèi)，由此將結(jié)果提交給信息顯示和預(yù)警模塊，提示控制中心注意。在無(wú)人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)中，將判決分析結(jié)果分為四個(gè)級(jí)別：正常、警告、緊急和危急。

2.7 設(shè)備控制模塊

設(shè)備控制模塊主要完成對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程操控功能，需要注意的是，系統(tǒng)內(nèi)外在同一時(shí)刻只能有一臺(tái)哨位對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行操作，只有在該哨位放棄操作權(quán)后，其他哨位才能執(zhí)行動(dòng)作，具體的執(zhí)行算法如下所示。

定義1. 哨位由編號(hào)、權(quán)限、動(dòng)作和命令組成，可表示為一個(gè)四元組：P=(id，w，R，c)，其中R=(cd，cs)是哨位動(dòng)作R的觸發(fā)時(shí)間cd和執(zhí)行結(jié)果cs。

定義2. 如果哨位P中動(dòng)作R的觸發(fā)時(shí)間cd為0，則動(dòng)作R的執(zhí)行結(jié)果cs為假，即

P：R(cd)=0→R(cs)=FALSE

定義3. 如果哨位P中命令c為真，則動(dòng)作R的執(zhí)行結(jié)果cs為真，即

P：P(c)=TRUE→R(cs)=TRUE

假設(shè)當(dāng)前哨位α正在執(zhí)行，哨位β請(qǐng)求獲取執(zhí)行權(quán)限，執(zhí)行過(guò)程如下：

ifα(w)≥β(w)

ifα(R(cs))=TRUE

outputα(id)

else

outputβ(id)

endif

else

outputβ(id)

endif

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種無(wú)人值守綜合監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)多層架構(gòu)平臺(tái)的技術(shù)解決方案，在該平臺(tái)當(dāng)中，按照規(guī)則庫(kù)中的配置策略和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的協(xié)議約定，監(jiān)控信息處理模型對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行模塊化處理，監(jiān)控哨位進(jìn)行入侵預(yù)警、信息顯示、設(shè)備操控以及歷史回放等動(dòng)作，三者結(jié)合共同完成對(duì)監(jiān)控對(duì)象中多種形式數(shù)據(jù)的操作。本系統(tǒng)平臺(tái)已經(jīng)在國(guó)家某國(guó)防工程中得到了應(yīng)用，下一步的工作將是研究如何實(shí)現(xiàn)與其他外部系統(tǒng)的信息交互，進(jìn)一步拓展該系統(tǒng)平臺(tái)的功能。