唐良運(yùn)，鄒文景，甘 瑩，孫 剛

（南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司，廣東廣州 510663）

XML 是一種可擴(kuò)展型標(biāo)記語言，可用于對電子文件進(jìn)行標(biāo)識與記錄。對于電子計(jì)算機(jī)而言，“標(biāo)記語言”特指一種具有標(biāo)識能力的信息符號，能夠?qū)⒊Ｒ?guī)傳輸數(shù)據(jù)與標(biāo)記后的數(shù)據(jù)信息區(qū)別開來，一方面能夠大幅縮短獲取信息文件所需的消耗時間；另一方面也可實(shí)現(xiàn)對傳輸數(shù)據(jù)文件的定向化處理[1]。XML 標(biāo)記語言的適應(yīng)性能力強(qiáng)，能夠在描述數(shù)據(jù)信息所屬類型的同時，生成完全獨(dú)立的源碼文件，且由于數(shù)據(jù)庫主機(jī)元件的存在，這些文件信息可以直接決定數(shù)據(jù)主體的后續(xù)異構(gòu)與傳輸形式。

分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)是具有獨(dú)立編碼形式的信息參量，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，能夠滿足多種不同的傳輸與整合需求[2]。然而對于分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)來說，隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積的增大，信息原始丟包率水平會出現(xiàn)不斷增大的變化趨勢，這也是異構(gòu)信息同步共享環(huán)境出現(xiàn)明顯動蕩形式的主要原因。傳統(tǒng)FPGA 多通道型系統(tǒng)只能利用AOP 引擎對異構(gòu)信息進(jìn)行捕捉，雖然考慮了數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的同步干擾問題，但卻并不能使分布式數(shù)據(jù)的傳輸丟包率水平低于理想數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)[3]。為解決上述問題，引入XML 標(biāo)記語言，設(shè)計(jì)了一種新型分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的硬件執(zhí)行環(huán)境由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊、XML 生成/解析模塊、異構(gòu)模式提取模塊三部分組成，具體搭建方法如下。

1.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊

分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊設(shè)計(jì)由typeName、TypeInfo、sqlType、JDBC 四個節(jié)點(diǎn)命名環(huán)節(jié)共同組成，具體的節(jié)點(diǎn)屬性能力及命名方式如下：

1）typeName 節(jié)點(diǎn)：規(guī)定了分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)在同步系統(tǒng)中的命名方式，在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境中，已連接的typeName 節(jié)點(diǎn)數(shù)量越多，系統(tǒng)主機(jī)在單位時間內(nèi)所具備的異構(gòu)數(shù)據(jù)同步轉(zhuǎn)化能力也就越強(qiáng)[4]。

2）TypeInfo 節(jié)點(diǎn)：規(guī)定了分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)的實(shí)時存儲方式，在XML 標(biāo)記語言作用下，單一數(shù)據(jù)信息所能達(dá)到的傳輸距離越遠(yuǎn)，TypeInfo 節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)主機(jī)之間的聯(lián)系也就越緊密。

3）sqlType 節(jié)點(diǎn)：在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊中，該類型節(jié)點(diǎn)的連接形式會隨著XML 標(biāo)記語言的改變而發(fā)生變化。

4）JDBC 節(jié)點(diǎn)：規(guī)定了異構(gòu)數(shù)據(jù)所處的分布式執(zhí)行等級，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊中，該類型節(jié)點(diǎn)的連接數(shù)量最多，可同時負(fù)載typeName 節(jié)點(diǎn)、TypeInfo 節(jié)點(diǎn)與sqlType 節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)信息傳輸關(guān)系。

1.2 XML生成/解析模塊

在分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)中，XML 生成/解析模塊的設(shè)計(jì)完全遵循XML 標(biāo)記語言，可在主機(jī)元件的作用下對傳輸信息的分布共享環(huán)境進(jìn)行控制，從而生成完全獨(dú)立的數(shù)據(jù)解析與查詢語句[5-6]。具體連接形式如圖1 所示。

圖1 XML生成/解析模塊示意圖

互聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)信息的傳輸方向，只能由數(shù)據(jù)生成主機(jī)指向外部應(yīng)用處理結(jié)構(gòu)，在不違背XML 映射關(guān)系的情況下，分布式體系的連接穩(wěn)定性越強(qiáng)，同步系統(tǒng)中數(shù)據(jù)共享服務(wù)的應(yīng)用等級也就越高，反之則越低。

1.3 異構(gòu)模式提取模塊

異構(gòu)模式提取模塊作為分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的關(guān)鍵應(yīng)用結(jié)構(gòu)，可在XML 標(biāo)記語言的作用下，同步執(zhí)行信息參量的內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)指令，并最終將滿足分布式判別需求的信息參量直接存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機(jī)中[7]，具體連接原理如圖2 所示。

圖2 異構(gòu)模式提取模塊連接原理

在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于XML 標(biāo)記語言所處執(zhí)行環(huán)節(jié)不同，異構(gòu)數(shù)據(jù)所表現(xiàn)出來的分類與提取需求也會所有不同，此時運(yùn)行主機(jī)對于分布式節(jié)點(diǎn)的判別標(biāo)準(zhǔn)，將成為決定異構(gòu)信息同步共享環(huán)境應(yīng)用穩(wěn)定性水平的唯一條件[8-9]。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在XML 標(biāo)記語言的支持下，按照分布型格式定義、異構(gòu)參數(shù)設(shè)定、同步查詢規(guī)則完善的處理流程，實(shí)現(xiàn)同步系統(tǒng)軟件執(zhí)行環(huán)境的搭建，再結(jié)合相關(guān)硬件應(yīng)用設(shè)備，完成基于XML 的分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.1 分布型格式定義

分布型格式定義條件能夠約束異構(gòu)數(shù)據(jù)的同步傳輸能力，在考慮XML 標(biāo)記語言的前提下，可認(rèn)為異構(gòu)數(shù)據(jù)的分布形式越復(fù)雜，系統(tǒng)主機(jī)對于異構(gòu)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時存儲能力也就越強(qiáng)[10-11]。在不考慮其他干擾條件的情況下，分布型格式定義條件受到異構(gòu)數(shù)據(jù)賦值、XML 語句單位標(biāo)記量兩項(xiàng)物理指標(biāo)的直接影響。s表示一個隨機(jī)賦值參量，Is表示參量指標(biāo)取值為s時的異構(gòu)數(shù)據(jù)真實(shí)賦值結(jié)果，I0表示異構(gòu)數(shù)據(jù)的初始賦值結(jié)果，在同步系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境中，Is>I0的不等式條件恒成立。ΔR表示XML 語句的單位標(biāo)記量，在數(shù)據(jù)分布等級取值為λ的前提下，ΔR指標(biāo)的數(shù)值始終大于自然數(shù)“1”。聯(lián)立上述物理量，可將異構(gòu)數(shù)據(jù)的分布型格式定義條件表示為：

對于異構(gòu)數(shù)據(jù)而言，分布型格式定義條件具有絕對性的約束能力，在整個同步系統(tǒng)中，其參考價(jià)值與XML 標(biāo)記語言同樣重要。

2.2 異構(gòu)參數(shù)設(shè)定

異構(gòu)參數(shù)描述了數(shù)據(jù)信息文件的實(shí)時表現(xiàn)形式，在分布式環(huán)境中，由于傳輸環(huán)境的復(fù)雜性，常出現(xiàn)兩個或兩個以上信息表達(dá)形式過于類似的情況，此時異構(gòu)參數(shù)成為系統(tǒng)主機(jī)判定數(shù)據(jù)信息所屬格式的唯一指標(biāo)[12-13]。設(shè)表示分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)在單位時間內(nèi)的傳輸均值，一般來說，該項(xiàng)物理指標(biāo)的取值具備一定的局限性，在同步系統(tǒng)中，其取值始終屬于[1,e)的物理區(qū)間。β表示既定判別系數(shù)，如果以XML 標(biāo)記語言作為參考條件，則可認(rèn)為待處理的異構(gòu)數(shù)據(jù)總量越大，該項(xiàng)系數(shù)指標(biāo)的取值也就越大。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1），可將同步系統(tǒng)的異構(gòu)參數(shù)表達(dá)式定義為：

式中，ε為基于XML 標(biāo)記語言的異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系數(shù)，f為待處理數(shù)據(jù)的同步頻率。在已知存儲空間內(nèi)，異構(gòu)參數(shù)設(shè)定結(jié)果直接決定了XML 標(biāo)記語言對于分布式信息參量的同步配置與處理能力[14]。

2.3 同步查詢規(guī)則完善

同步查詢規(guī)則是分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的核心配置標(biāo)準(zhǔn)，在XML 標(biāo)記語言作用下，該原則的制定必須同時遵循統(tǒng)一性與聯(lián)動性思想[15]。統(tǒng)一性是指任意一個分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)的初始傳輸位置節(jié)點(diǎn)與最終傳輸位置節(jié)點(diǎn)必須保持完全一致的配置原則；聯(lián)動性是指任何一個分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)都具備直接干擾系統(tǒng)同步共享環(huán)境應(yīng)用穩(wěn)定性的能力[16]。設(shè)c表示一個隨機(jī)選取的異構(gòu)數(shù)據(jù)查詢變量，lc、pc分別表示查詢變量為c時的統(tǒng)一性適配系數(shù)與聯(lián)動性適配系數(shù)。規(guī)定N={m1、m2、…、mn}表示n個不同的分布式信息導(dǎo)入條件，n表示單次可導(dǎo)入的最大數(shù)值量，ξ表示異構(gòu)數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)，在遵循統(tǒng)一性與聯(lián)動性的情況下，聯(lián)立式（2），可將系統(tǒng)主機(jī)所遵循的同步查詢規(guī)則表示為：

至此，完成各項(xiàng)軟、硬件執(zhí)行環(huán)境的搭建，在XML 標(biāo)記語言的作用下，實(shí)現(xiàn)新型分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

3 實(shí)例分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)對于分布式數(shù)據(jù)傳輸丟包率的影響，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，選取該文系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)組，選取傳統(tǒng)系統(tǒng)為對照組。在實(shí)驗(yàn)開始前，首先按照圖3所示的流程對實(shí)驗(yàn)組、對照組異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。

圖3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)篩選流程圖

以兩臺配置完全相同的互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)作為實(shí)驗(yàn)對象，其中實(shí)驗(yàn)組主機(jī)配置基于XML 的分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，對照組主機(jī)配置基于FPGA 的多通道處理系統(tǒng)。

分布式數(shù)據(jù)的傳輸丟包率水平直接影響實(shí)驗(yàn)主機(jī)對于異構(gòu)信息同步共享環(huán)境穩(wěn)定性的維護(hù)能力，一般情況下，丟包率指標(biāo)的數(shù)值越低，實(shí)驗(yàn)主機(jī)對于異構(gòu)信息同步共享環(huán)境穩(wěn)定性的維護(hù)能力也就越強(qiáng)，反之則越弱。

表1 記錄了丟包率指標(biāo)在不同情況下的數(shù)值變化情況，其中，v表示異構(gòu)系數(shù)的賦值結(jié)果。

表1 丟包率指標(biāo)的理想數(shù)值

分析表1 可知，當(dāng)異構(gòu)系數(shù)賦值等于2n時，分布式數(shù)據(jù)傳輸丟包率指標(biāo)的變化趨勢基本呈現(xiàn)先上升、再下降、最后穩(wěn)定的規(guī)律；當(dāng)異構(gòu)系數(shù)賦值為3n時，分布式數(shù)據(jù)傳輸丟包率指標(biāo)則呈現(xiàn)連續(xù)波動的數(shù)值變化狀態(tài)。

圖4 反映了實(shí)驗(yàn)組、對照組丟包率指標(biāo)的具體數(shù)值變化情況。

圖4 丟包率對比曲線（v=2n）

分析圖4 可知，在異構(gòu)系數(shù)賦值等于2n的情況下，當(dāng)異構(gòu)數(shù)據(jù)輸入量達(dá)到40 Mb 之前時，實(shí)驗(yàn)組丟包率水平始終高于理想數(shù)值；而當(dāng)異構(gòu)數(shù)據(jù)輸入量處于40～100 Mb 之間時，實(shí)驗(yàn)組丟包率水平則始終低于理想數(shù)值。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，對照組丟包率指標(biāo)始終大于理想數(shù)值與實(shí)驗(yàn)組數(shù)值。

分析圖5 可知，在異構(gòu)系數(shù)賦值等于3n的情況下，實(shí)驗(yàn)組丟包率基本呈現(xiàn)連續(xù)上升的變化狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)輸入量等于60 Mb 時，其丟包率數(shù)值與理想數(shù)值完全相等。從平均值角度來看，實(shí)驗(yàn)組丟包率曲線始終位于理想丟包率曲線下端；對照組丟包率則符合先上升、再下降、最后上升的變化規(guī)律，其全局最大值達(dá)到了67.8%，遠(yuǎn)高于理想最大值與實(shí)驗(yàn)組最大值。

圖5 丟包率對比曲線（v=3n）

綜上可知，在XML 標(biāo)記語言的作用下，新型處理系統(tǒng)能夠更好地控制分布式數(shù)據(jù)的傳輸丟包率水平，這不但解決了已知的數(shù)據(jù)信息丟包問題，也符合構(gòu)建穩(wěn)定異構(gòu)信息同步共享環(huán)境的實(shí)際應(yīng)用需求。

4 結(jié)束語

與FPGA 多通道型系統(tǒng)相比，新型分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)從XML 標(biāo)記語言的角度入手，聯(lián)合數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊、信息提取模塊等多個硬件應(yīng)用設(shè)備，在定義信息參量所屬分布格式的同時，建立更加完善的同步查詢規(guī)則。分析對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著基于XML 分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)丟包率指標(biāo)的數(shù)值得到了有效控制，能夠較好地維護(hù)穩(wěn)定性異構(gòu)信息的同步共享環(huán)境，具備較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。