安全交互平台（共8篇）
安全交互平台 篇1
0 引言
随着国家电网公司SG186工程的胜利竣工以及智能电网的规划与建设, 发、输、变、配、用、调度各个环节各种应用深度融合, 信息系统集中化程度将更高, 电力内外网信息交换类型和内容将更加复杂, 对业务系统的支撑作用越来越显著。电力内外网信息安全交互将成为智能电网SG-ERP体系下电力业务深度融合的重点, 因此必须全面研究SG-ERP框架下, 电力内外网业务的数据交互方式、交互内容和新的安全防护需求, 实现信息安全与数据交换的关键技术, 为电力企业当前以及未来智能电网业务系统安全和可靠交互提供有力支撑。
1 电力内外网信息交互现状
目前电力行业的二次系统安全防护框架已经全部建成, 全国各级电网、发电企业电力二次系统安全分区、横向隔离等已经全面实施, 电力生产控制大区和管理信息大区之间的边界安全防护的部署已初步建立, 防护框架如图1所示。
按照当前电力系统安全防护手段和措施, 生产控制和管理信息大区典型跨区应用的系统, 如调度技术支持系统、电力交易系统、电能量采集系统、营销管理系统等不能进行很好的扩展和任意的数据交互, 且为了满足电力系统信息安全防护要求, 大量电力应用系统需进行相应的改造, 而改造的传统做法是开发点到点式的网关程序。此类改造工作涉及所有业务系统软件开发和现场升级, 工作量巨大, 同时还会带来其他问题, 如电力业务系统运维工作变得更为复杂, 安全防护策略的改变使得改造工作反复进行等。同时, 随着智能电网的规划和建设, 电力系统现有数据交换手段将面临更加复杂多变的环境, 跨区业务的数据交换方式、交换内容、性能都有了更高的要求, 当前的内外网信息交互已成为未来电力内外网信息交互的瓶颈, 无法适应智能电网信息化发展的要求。
2 电力内外网信息安全交互平台方案
针对目前电力企业内外网信息交互现状和智能电网建设带来的新的业务交互需求, 以及电力生产大区和管理大区横向业务数据交互无法顺利进行等问题, 研究新形势下基于单向隔离技术的电力内外网信息安全交互平台势在必行。
内外网信息安全交互平台分别在生产控制大区和管理信息大区部署控制中心, 提供虚拟总线服务;在大区之间的横向边界部署基于单向隔离技术的高速隔离设备 (见图2) 。
内外网信息安全交互平台利用数据单向隔离同步技术、异构数据转换技术、数据挖掘技术、细粒度访问控制技术、E语言审计技术、电力数字签名及解签名技术等, 解决各安全区之间多系统海量数据的实时单向传输问题, 实现异构、分散数据的交换和整合, 设计文件数据、数据库数据、数据软总线、消息总线和服务总线等, 为不同应用在生产控制大区和管理信息大区之间提供安全可信的数据交换机制, 并支持对内外网交换数据进行统一集中管理, 进一步保障系统间数据交换的安全性 (见图3) 。
电力内外网信息安全交互平台通过各自的数据软总线以及基于XML技术的标准接口为其所在安全区的业务系统提供统一的标准数据交换, 形成数据软总线。各业务系统将自身在安全范围内所能提供的数据通过标准接口交付给数据平台, 这样可以完成大量业务系统的改造工作。从安全角度考虑, 内外网两侧单向的数据交换统一由平台承担, 基于单向隔离技术的高速隔离装置提供统一接口服务。平台可以统一判断是否符合安全标准, 可以简单方便地检测及管理, 而无需在散乱的网关中进行安全检测。电力内外网信息安全交互平台也提供了应用层上的安全管理解决方案, 例如数据的单向传输、E语言审计识别、数字验签等, 通过实施统一安全策略管理, 进一步保障系统间数据交换的安全性。
(1) 数据单向隔离同步设计。根据电力系统安全防护的要求, 电力内外网信息安全交互平台采用单向数据流传输, 利用高速FIFO芯片实现数据的单向摆渡, 物理上通过硬件CPLD控制反向回写数据, 禁止外网反向建立连接和返回应答数据, 从而实现数据的高速交换。平台对内外网进出数据进行统一集中管理, 进一步保障系统间数据交换的安全性和同步性。
(2) 异构数据转换技术。根据电力业务系统的特点, 2个安全大区部署了众多业务系统和数据中心, 而对数据交换的准确性要求也非常高。电力内外网信息安全交互平台通过对大量数据库中的原始数据根据不同的目的、应用、需求进行整理、集成、预处理运算等各种二次加工, 实现不同业务系统、不同数据库、不同同步方式的异构数据转换功能, 满足用户进行数据查询及挖掘的需求。
图4是以对象和时间为主线索的异构数据转换和挖掘处理过程。
(3) 细粒度的访问控制设计。电力内外网信息安全交互平台支持细粒度的访问控制来实现对安全区内业务主机安全性的防护功能。访问控制功能支持源IP地址控制、目的IP地址控制、协议控制、端口控制以及多种控制的组合模式。访问控制模块是平台高速隔离硬件设计的重要模块之一, 该模块通过向安全操作系统内核注册Hook的方式, 以达到对截获报文、分析、过滤及其他处理等细粒度访问进行控制的目的。
(4) 基于多种条件组合的数据调度传输设计。根据电力内外网系统业务特点、数据库的种类、表项分类、同步间隔等多种传输需求, 电力内外网信息安全交互提供完整的安全数据平台, 完全采用XML标准进行数据库的数据交换, 实现多种条件组合的数据调度传输功能。支持自动或手动进行用户指定表的镜像或增量传输;支持用户自定义的表结构或SQL语句作为数据源;支持用户重定义目的表结构, 包括目的表名、目的字段名、目的表主键;支持传输表结构及动态同步表结构、传输表中数据或增量传输;支持多种传输模式, 如传输字典和数据、仅传输数据、仅传输字典、仅存为本地文件、仅存入本地数据库或传输表名规则变化的动态表等;支持可设定任意时刻周期传输, 支持从秒、分、时、天、周、旬、月到年的传输间隔, 或随机时刻不定期传输。
通过提供丰富的传输方式设计, 可以很好地为智能电网相关业务提供高效、全面的信息安全交互模式, 以便为内外网业务提供有力支撑。
(5) 内容强过滤设计。根据电力行业对内外网边界防护安全性的要求, 电力内外网信息安全交互平台中设计内容强过滤功能模块来提高平台软硬件的整体安全性, 使得平台既达到业务高速交互的需求, 又实现信息传输的安全性要求。
内容强过滤模块包含模式文件解析子模块、数字验签子模块、E语言解析子模块、E语言识别子模块和内容审计子模块等。通过各子模块的完美配合来完成文本的模式解析、内容审计识别、全半角转换等功能;通过内容强过滤功能来更好地保证电力系统生产大区的安全性。
电力内外网信息安全交互平台同时还支持安全日志审计、跨平台应用和集中管理等功能, 为电力企业的安全运维、安全管理提供相关服务, 方便业务运维人员的日常维护和安全审计工作。
3 结语
电力内外网信息安全交互平台通过电力行业相关业务系统和安全需求分析以及未来智能电网发展的需要, 利用单向隔离技术、异构数据转换、内容强过滤技术、电力数字签名及解签名技术等, 实现了电力内外网信息交互功能。通过平台软、硬件的部署可以满足电力行业信息安全要求, 实现内外网数据交互的高效、稳定和可靠传输。目前平台已经进行现场试点部署和实际运行, 系统运行可靠、稳定, 为电力内网信息安全交互提供了有力保障。
参考文献
[1]辛耀中.电力系统数据模型描述语言E[J].电力系统自动化, 2006, 30 (10) :1-5.
[2]刘建国.物理隔离的目标及实现[J].计算机安全, 2004 (7) :23-25.
[3]Patrick D M.Policy Management in Secure Group Communication[A].The eighth ACM symposium on Access control models and technologies, 2003.
[4]张文亮, 刘壮志, 王明俊, 等.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术, 2009, 13 (7) :1-11.
[5]周学广, 刘艺.信息安全学[M].北京:机械工业出版社, 2003.
[6]卿斯汉.密码学与计算机网络安全[M].北京:清华大学出版社, 2001.
安全交互平台 篇2
【关键词】农村小学 留守儿童 网络交互平台 亲情缺失
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）11A-0064-02
农村小学留守儿童行为习惯问题比较突出，加强农村小学留守儿童教育力度，成为学校教育工作者必须要正视的现实课题。农村留守儿童与其他儿童的最大不同之处是父母不在身边，亲情缺失导致留守儿童产生许多心理问题。对此，教师可借助网络交互平台架设留守儿童亲情桥梁，展开教育突破。
一、搭建平台，打通留守儿童亲情通道
农村小学留守儿童比例大多占学生总人数的四到五成，给班级管理带来严峻挑战。教师利用网络技术资源创建交互平台，让留守儿童与父母建立情感交流机制，对缓解留守儿童心理压力、提高班级管理效率都有重要作用。
（一）联系留守儿童父母介入平台
小学留守儿童父母大多年龄不是很大，使用智能手机的比例在七八成以上，这也为他们参与网络交互平台提供了前提条件。学校教师主持网络互动平台建设，具备多种优势条件，教师参与交互平台与留守儿童父母进行沟通交流也是必要的。为顺利启动网络交互平台，教师可以学校名义向留守儿童父母发出邀请，诚邀留守儿童父母及时介入网络交互平台，与孩子展开多种形式的情感交流活动，给孩子更多的关心和鼓励。
（二）建立留守儿童亲情联系机制
留守儿童父母常年在外，教师家访也难于碰面，家校联系几乎处于半中断状态，给留守儿童教育带来一定的负面影响。如果留守父母能够通过网络交互平台与教师建立长效联系机制，及时交换管理教育孩子的意见，共商教育对策，一定有益于留守儿童的教育。教师可以和留守儿童父母展开定期定时的沟通交流，也可以随时留言。为确保联系私密性，教师可以和留守儿童家长进行个别交流。
案例一：留守儿童小帅性格比较内敛，平时老是一个人发呆，学习成绩也快速下降，也许是想念爸妈了。小帅的父母都在外地打工，听说要参与网络平台交流，当天就去买来一部智能手机，并开通了网络。虽然在操作上还存在一些困难，但在工友帮助下，几乎每天都给孩子留言，教育孩子要好好学习，听老师的话。小帅自从与父母建立了网络交流联系，性格开朗了很多，学习热情大大提高，逐渐克服了许多坏毛病。他每天总是第一个要求上网，看父母的留言，然后给父母回复。网络交流已经成为他们生活的一部分。
留守儿童父母一般不会给孩子配备智能手机，这也是学校所不允许的。教师主动建设网络交互平台，符合留守儿童和其父母的共同愿望，响应者多，具有可行性。
二、运行平台，架设留守儿童亲情桥梁
搭建好留守儿童亲情联系平台后，教师要做好辅导服务工作，定期开放交互平台，让留守儿童与家长多多联系，制定多种形式的教育方案。
（一）定期开放交互平台
留守儿童与父母展开网络交流需要具备多种条件：首先是留守儿童父母要有空闲时间，其次是班级网络交互平台准时开放，最后是提供机会让留守儿童介入平台。要同时具备这些条件的确有些难度，教师可以根据学校作息时间，参考多数家长工作时间，做好安排工作，尽量让留守儿童能够和父母进行在线交流。为了提高交互平台工作效率，教师可以根据家长提供的上线时间，分批安排留守儿童在线交流。也可以让留守儿童和父母采用留言方式展开交流，避免时间冲突造成的困难。
（二）教师介入交互平台
教师介入交互平台是非常有必要的，因为教师是留守儿童的直接教育者，对留守儿童思想状况比较了解。教师介入交互平台，进行留守儿童、家长、教师三方会谈式交流，能够提高教育的针对性。教师具备信息技术优势，深度介入留守儿童网络交互平台活动，还可以给交互活动带来技术支持。有些留守儿童网上交流能力欠缺，甚至还不会打字，教师介入后，可以直接安排学生与家长进行视频交流，为留守儿童和父母交流提供服务和帮助。
案例二：留守儿童小敏性格内向，父母长期不在身边，其情绪非常低落，有抑郁症倾向。教师联系其父母交流情况，其父母也很着急。教师特意安排小敏跟父母进行在线视频交流，谁知小敏第一次和父母在线上相见时，竟然一句话也不说，只是一个劲儿地哭泣。小敏父母说了很多安慰的话，教师也对小敏进行心理辅导。小敏的情绪渐渐稳定了，脸上也有了笑容。后来与父母交流时，虽然话语不多，但明显比较愉快了。
留守儿童年龄都很小，缺少父母关爱是最大的心理短板，产生自卑、焦虑、暴力等心理是普遍现象，教师要根据留守儿童心理特征展开教育活动，特别是和留守儿童家长形成良性互动沟通，这样可以制定针对性更强的教育对策。
三、维护平台，成立留守儿童联系小组
网络交互平台带有公共性，需要专人维护管理，确保交互平台的正常运行，为留守儿童提供不间断的信息服务。教师不妨组织学生参与管理，给学生提供更为便利的条件，提高网络交互平台的使用效率。
（一）成立专门小组管护平台
农村小学已经实现信息技术的全覆盖，这也为网络交互平台建设提供了重要的技术支持。在网络交互平台运行过程中，教师可能没有足够的精力管护平台，所以不妨组织学生成立专门的网络管护小组。管护小组成员以留守儿童为主，也可以吸收部分熟悉电脑的学生参与。管护小组成员定时登录班级公共QQ群，让留守儿童与父母进行在线交流，或者是帮助操作上有困难的同学给父母留言，帮助他们向父母汇报学习、生活情况，传递亲情。
（二）改进网络亲情交互方式
随着网络技术的不断发展，交互平台面临升级问题，教师要与时俱进，跟上时代的步伐，对网络交互形式进行改进。短信、电话、QQ、微信等交流方式可并用，给留守儿童与家长的联络工作带来便利。有些留守儿童家长缺少上网条件，教师不妨将家长的短信内容转发到互动平台，让留守儿童看到父母的关心和期望，这对留守儿童应该是莫大的鼓舞。
案例三：留守儿童小萍的妈妈很时尚，喜欢自拍，经常将一些美景照片发给小萍，有城市风情、乡村美景图片，以及其工作、生活图片。小萍每次观看这些图片都露出自豪的神情。其他同学看到这些精美的照片，也都露出羡慕的表情。有些学生也模仿小萍的妈妈，利用老师提供的手机拍照并将照片发给父母。一时间，网络交互平台热闹起来。留守儿童和其家长利用图片交流，效果非常显著。其他非留守儿童也被吸引过来，纷纷参与观看交流平台。甚至有学生抱怨自己的父母为什么不外出打工，也好给自己创造交流机会。
小学生形象思维比较发达，对图片、动画等信息有特殊敏感性，教师引导留守儿童利用图片展开交流，与留守儿童思维高度契合，交流效果也不错。
农村留守儿童的数量始终维持在高点之上，其教育问题比较突出。虽然学校、社会、政府给留守儿童诸多关怀，为其创造良好学习生活环境，但亲情缺失问题还是客观存在。教师利用手机、电脑等创设交互平台，可以为留守儿童与父母联系创造便利条件，对留守儿童健康成长提供重要支撑力量。
安全交互平台 篇3
远程教学交互平台及监督平台是将视频互动同步课堂教室、录播教室相结合的一种教学内容呈现方式, 将理论教学和直观教学有机的结合在一起, 调动学生的多种感官参与学习, 提升了教学质量、提高了教学效率、扩大了教学规模。由于远程教学交互平台及监督平台的使用人和收益人是教师和学习者, 因此, 在建设该平台中, 应遵循先进性、实用性、易用性、稳定性、可扩展性和兼容性等原则。
2 技术方案
2.1 综合网络系统
综合网络系统建设为支持语音、数据、图像等业务信息传输, 同时充分考虑到近期实际使用和中远期发展的需求, 进行合理的系统布局和管线设计。系统设计符合TIA/EIA六种布线标准和相关国内标准, 符合国家现有工程设计标准。综合布线系统数据传输主干采用光纤支持多媒体数据传输, 构建千兆以太网。语音传输中继与大量电缆, 以确保语音传输的质量。水平配线架采用快速连接配线架, 电缆传输性能优异。系统设计有利于管理, 维护和安全, 并充分考虑未来网络结构的变化, 扩展和满足新技术开发的需要, 实现平滑过渡的可行性。
2.2 显示系统
显示系统用于显示各种类型的视频信息和VGA图像, 使用液晶大屏幕, 采用55英寸超窄LCD单元, 按照3 (线) ×6 (列) 拼接方式以完成高清晰图像显示要求。采用Vewell SN系列专业显示器。在大屏幕的顶部安装LED双色文字时钟屏幕, 用来显示滚动字幕和一些实时信息。所有视频源都从视频矩阵切换到大屏幕。在源选择中, 系统可以是远程视频信号, 由相机捕获的图像, 计算机信号, DVD视频信号, 显示视频信号如显示器。
2.3 中央控制系统
集中控制系统的主要作用就是集中控制众多的不同的电气设备, 允许在一个工作台上遥控操作受控设备的主要功能。操作上提供一个直观易用的计算机操作调度界面, 直接遥控设备的运转, 工作人员只需触发控制器上的键或按钮, 甚至触摸屏上的菜单, 就可以控制如电器的开、关动作, 灯光的开关、明亮调节, DVD的播放, 投影机的各种工作模式和参数的设置, 视、音频切换器的操作控制、音响设备的音量控制, 摄相机的云台和镜头控制, 数字会议系统的模式、发言人选择等。
2.4 扩声系统
扩声系统设计考虑了施工环境和电声系统设计, 大厅扩声自然, 声音分散良好, 声场分布均匀, 响度适当, 自然良好。在扩声系统方案中, 我们根据用户的实际需要, 根据电声技术和相关语言标准对声音进行声学设计。
2.5 数字会议发言系统
数字会议系统, 包括会议代表机器讲话功能, 机器主席, 解释器单元, 双音频接口, 多连接器等。参与者能够通过发言设备参加会议, 满足会议请求, 注册他们的演讲, 接收屏幕显示, 参加电子投票, 接受同声传译, 并通过内部通信系统与其他代表沟通。不同的代表获得不同的设备。代表可以通过申请加入会议之后享有听取意见的权利, 但他无权发言。麦克风是参与者参与讨论的通信工具。代表通过代表机参加会议。主席麦克风控制整个投票过程。最终投票结果显示在主席单元上。主席机主要用于管理和控制, 大多数机器的主席有三个控制键:打开键, 清除键和优先键。清除键可以终止所有代表机器的通话状态。优先级键允许主席随时插入讨论。它还可以暂时关闭代理或完全清除所有代表讲话功能。主席单元的开/关按钮具有优先权, 可以关闭所有代表麦克风。
3 子系统设计方案
3.1 综合网络系统
从中心机房引入一条光缆至视频互动教室实现下发400个子教室的图像、声音等信号的传输, 所有信息点的弱电线缆布线始点均从视频互动教室控制室起, 交换机、配线架等设备置于控制室机柜里。电话、网络线和大屏幕、摄像头、音响等专用线缆, 通过吊顶上方或地砖下面布设, 所用线管 (槽) 采用镀锌钢管或金属线槽。后排的控制台采用地面暗盒预留的方式, 前方的观摩区域都连线到桌面信息插座。
3.2 大屏幕显示系统
本设计方案投影单元选用18台高清小拼缝拼接单元进行3行6列的排列。主要包括LCD投影单元、多屏拼接控制系统、控制软件系统及相关外围设备 (框架、底座、线缆等) 组成。根据实际工程实施经验, 并结合现场的装修设计, 现场定制组合屏底座。整个大屏显示系统以拼接控制器作为控制核心, 该拼接控制器支持多种视频输入、输出业务板, 并且所有业务板可以混插, 同时提供了高速网络接口, 接入本地局域网, 可以接入前端网络摄像机的网络视频数据、模拟视频信号、其他业务系统计算机显示信号或网络远程桌面, 通过内部拼接控制功能和强大的数据处理能力, 实现图像的拼接和漫游操作。
3.3 中央控制系统
远程教学交互及监督平台教室主要有包括视像投影系统、视频展示系统, 音响系统, 各种灯光、电动窗帘等环境设备和其他办公电气设备等。中央控制系统主要由四个部分组成:中央控制器、控制面板、总线控制器和控制执行器。
3.4 数字会议系统
系统具有全数字音频技术设计, 音频信号由专用高性能DSP处理, 输出音频可达到CD音质。代表们可以听到清晰顺畅的声音, 这将使会议更轻松和快乐;具有很好的抗地线和电源线干扰能力;长距离传输音质不会衰减;系统包括引领就座、会议讨论/发言、有线同声传译、无线同声传译、摄像自动跟踪、同步数字硬盘录音录像等功能。
3.5 办公家具
符合国家相关环保标准要求;具有可安装液晶显示器的托臂;整体操作台满足24/7工作环境的要求, 结构牢固;控制台内部安装电脑后, 为了确保主机系统的正常工作以及监控环境的要求, 采用自然通风的方式, 通风方式确保主机安装室内的温度不影响主机的正常工作;整体操作台为现代开放式结构。
4 结语
远程教学交互平台及监督平台实现了以建设、应用和共享优质数字教育资源为手段, 促进了优质数字教育资源共享, 提高了教育教学质量, 推进了信息技术与教育教学深度融合, 培养了学生信息化环境下的学习能力。该平台将视频互动同步课堂教室、录播教室相结合, 将理论教学和直观教学有机的结合在一起, 调动了学生的多种感官参与学习, 提升了教学质量、提高了教学效率、扩大了教学规模。该平台具有广泛的应用性, 实现的目标有制作精品课件、翻转课堂、实时互动教学、教育资源库及内容建设和网络观摩教学及监管等。
摘要：本文主要围绕远程教学交互平台及监督平台所包含的综合网络系统、大屏幕显示系统、中央控制系统、音频会议系统、远程视频监控系统、多媒体互动系统、移动视频互动系统、办公家具、供电保障系统及装饰工程等九个子系统的技术方案和各个子系统的设计方案进行探索设计, 最终通过云桌面、手机APP、PC端实现远程教学交互, 同时实现教学监督督导及教学视频资源录制点播功能。
关键词：远程教学,交互平台,监督平台
参考文献
[1]韦辽, 邓孟红.基于云教室的工科类课程现代远程教学模式探索——以CAD/CAM软件应用为例[J]云南开放大学学报, 2016, 18 (1) :51-55.
铁路客票数据交互平台设计研究 篇4
大型分布式系统节点间需要完成数据共享、数据同步和数据交互等操作, 数据传输中间件应运而生。数据传输中间件成为信息系统构建中的重要组成部分。大型分布式系统节点众多, 数据传输项目复杂。基于每个数据节点, 考虑数据交互, 必然形成复杂无序的网状结构, 形成难以设计、重复开发、难以维护的局面。
立足铁路客票系统数据共享需求, 规划总线型的交互平台。每个节点的数据“供”、“求”面向其“交互平台”, 而不是众多的其他节点, 变网状结构为星型结构。铁路客票系统设置多个交互中心, 结构复杂度大大降低。其交互平台的理念即数据总线式理念, 是降低复杂度的有效手段。
1 铁路客票系统数据交互平台架构设计
铁路客票系统数据交互平台体系结构见图1, 其主要由传输层、核心功能层和模式接口层构成。
1.1 传输层
传输层是数据交互平台的基础层, 由中间件构建, 承担数据流通的实现, 保障底层通道稳定、可靠。
1.2 核心功能层
核心功能层既是传输层的驱动层, 又是模式接口层的实现层, 具有以下5方面功能。
(1) 资源管理。数据交互平台具有连接、数据、方案定义3方面资源。连接资源是与数据交互平台固定连接的各个节点的注册。数据资源是铁路客票系统发布的缓存信息。方案定义资源是具体数据共享方法、访问控制等策略项。资源管理功能负责连接检测、过期数据清理与备份和方案具体实施。
(2) 协议解析。整个数据交互任务流程中, 需要实现连接认证、任务描述、数据传递、任务应答、任务状态控制等多个功能环节。各个环节基本都涉及不同节点对话。对话形式有数据交互平台中转的数据节点之间的对话、数据节点与数据交互平台之间的直接对话, 对话过程是协议实现的过程。数据交互平台制定了全面的对话协议和协议解析流程, 全部在核心层实现。
(3) 任务流转调度。不同模式的任务具有不同的流转方式。任务的流转会因外部故障等原因动态变化。核心层提供了独立的任务流转调度模块, 负责任务正常实现, 避免出现死任务和死循环任务。
(4) 操作驱动。具有应用触发模式、轮询模式和定时调度模式。应用触发模式由专用服务实现, 轮询和定时调度模式由工作流模块实现, 保证乘务正常、及时触发。
(5) 安全认证。安装认证环境在数据平台与数据节点连接阶段完成。无论是数据节点访问还是数据交互平台的数据推送, 都要进行认证握手, 以保证数据安全。
1.3 模式接口层
模式接口层是各种任务列席的定义层。任务模式分为订阅、发布、查询、中转。数据交互平台制定详细的表单和定义任务类型。应用层通过定义可实现各种灵活的信息共享和交互模式。
2 数据模型指标设计
(1) 数据类型一致性处理。数据交互平台面对底层不同操作系统平台设计了数据类型转换规则库, 传输双方将各种数据通过转换成为数据类型转换规则库, 而后再进行处理, 解决了数据类型在传输中的平台独立性问题。
(2) 断点续传控制。接收方将已接收的字节数等有关消息记录在事务中。如在传送中出现故障, 网络检测机制进行检测, 待网络恢复正常后, 资源检测进程向接收方索取事务传输的文件大小等消息。发送方收到应答消息后从断点处开始发送。接收方从接收队列中找到相应文件, 从断点处追加消息。断点续发技术保证了文件传输的可靠性, 提高了传输效率, 增加了消息传送对网络的自适应能力。
(3) 网络拥塞控制和负载均衡。在发出一个连接请求前, 网络检测机制检测当前网络状态。网络拥塞控制机制根据查询或检测结果, 由规则判定是否发出连接请求, 以实现对局部网络拥塞的适应性调节。通过并发进程总数控制技术, 对网络拥塞进行适应性调节。通过对并发交易总数, 以及至某些节点的交易个数控制负载平衡。
(4) 并发控制技术。数据交互平台是一个多进程和多线程系统。由于各进程对共享资源访问不可预测, 为防止“脏读”的发生, 一个进程或线程修改共享资源时, 必须防止另外的进程或线程对共享资源的访问。因此, 利用信号灯技术进行进程通信。每个使用共享资源的进程在获得资源前, 必须获得信号灯, 不能获得信号灯的事务将进入阻塞状态, 等待资源检测进程检测到资源可利用后, 由任务调度管理进程将其唤醒。资源使用完成释放资源后, 再释放信号灯。信号灯技术为并发进程对共享资源访问的串行性提供保证, 从而保证了并发控制下共享资源的完整性, 提高了数据库通信的可靠性。
(5) 传输任务完整性。在数据交互平台中, 从传输任务提交到任务实现过程称为传输周期。接收节点的实现模块产生校验信息, 通过接收节点的校验发送模块、发送节点的接收模块和任务关闭模块, 校验信息最终被反映到发送节点的应用数据层, 这个过程称为校验周期。数据交互平台将传输周期和校验周期统一为一个任务周期。任务自提交到校验完毕, 形成一个完整任务处理流程, 以保证任务的完整与一致。
(6) 任务的智能调度机制。数据传输任务在传输过程中经过很多步骤, 步骤转换流程的调度应科学合理。通过过程细分, 把每个步骤设计到状态调度机中, 通过上一个状态触发, 调度下一个处理步骤, 完成整个任务。任务在A正常处理一个事务完毕, 将事务提交给状态调度机, 状态调度机通过判断, 决定任务的下一个处理步骤B, 并执行相应程序。
(7) 故障检测与处理机制。错误检测机制发现错误后, 返回错误号, 知识库的错误处理机制提供回调服务, 根据不同的错误号从错误处理知识库中调用相应的错误处理程序。遇到知识库中没有解决方案的新错误时, 错误处理程序将记错误日志, 并报警至监控管理平台。故障检测与处理机制增强了数据库通信对各种故障的适应性。
3 应用实施
铁路客票系统数据交互平台的架构设计有效解决了其分布式系统节点间的数据共享、数据同步和数据交互等问题。铁路客票系统数据交互平台结构布设见图2。
(1) 数据中转。子系统A与子系统B不能直接通信。数据交互平台作为中间接口层, 实现A与B的数据中转, 完成安全和格式转换功能。数据中转是数据点到点模式, 不支持多点通信。
(2) 信息发布。分布式系统间数据交互与共享时, 发布信息系统向数据交互平台发布其提供的共享数据。其工作模式必须应用文件或数据库实现数据存储。发布的信息需要遵循发布协议, 并且预先在共享平台中定义数据存放位置和过期规则、查询规则。
(3) 信息订阅。子系统可以向数据交互平台订阅数据, 一旦有满足条件的数据发布, 数据交互平台将数据递送到订阅子系统。信息订阅采用多点参与的交互方式, 应遵循订阅协议的订单规则, 并与信息发布互补。
(4) 信息查询。查询是对发布信息的查询, 不同于订阅。信息订阅是数据交互平台将满足条件的数据主动推送给客户, 客户必须有服务。查询是客户主动到数据交互平台查询数据, 客户不存在服务。信息查询应遵循查询协议。
(5) 权限控制。实现对数据交互平台中交换各种数据资源访问和使用的控制管理, 通过管理平台对数据源、订阅/发布源、任务设置访问权限。
(6) 传输控制。数据交互平台将中间件作为数据传输的底层基础。为保证传输数据的安全性、完整性和提高传输效率, 传输过程中采用数据压缩算法对传输的数据进行数据压缩, 以减少网络传输带宽的占用, 节省传输时间。采用数据加密保证数据传输过程中数据安全和完整。
4 结束语
铁路客票系统数据交互平台的研究解决了数据接口定义及通用性难题, 实现了面向应用数据层的数据交互, 并具有良好的可用性和可移植性。通过数据交互平台实现了客票数据在发售及预订、清算、营销、站车交互平台等系统的数据共享。
参考文献
[1]祝红光, 朱建军, 王智为, 等.JWDTP数据传输平台技术研究报告[R].北京:中国铁道科学研究院电子计算技术研究所, 2006
[2]王运霞, 唐坤, 祝红光.中间件DBCS在客票系统中的应用[J].铁路计算机应用, 2003 (12)
高效设计交互平台构建及应用 篇5
1.1 行业发展趋势
随着现代制造技术的飞速发展和先进设计手段的出现, 导致传统设计方法已难以满足时代的需求, 特别是产品的设计要求不断提高, 设计对象由单机走向系统, 设计要求由单目标走向多目标, 设计领域由某一领域走向多个领域, 产品设计方法复杂, 设计需求更新加快[1], 导致整个过程由单一的设计者独立完成势必造成设计周期长、成本高、问题多发等问题。多学科、多系统、多领域的智能化协同设计平台是实现高效设计的有效方式之一[2]。
高效智能化设计交互平台使不同领域的专家共同参与产品开发设计, 要求从产品的整体性质和功能出发, 综合整体与各组成要素之间的相互关系, 以提高产品开发质量, 缩短产品开发周期。
1.2 BOE高效研发设计的困难点
难点一:目前BOE各组织采取职级式管理, 而产品开发需要跨组织协同推进, 仅通过项目组推进无法有效打破职级式管理壁垒, 实现高效运作, 如:信息有效传递、任务高效执行、职责明确划分等问题。
难点二:过多繁杂的工作捆绑着设计工程师, 使其不能专注研发, 如:概念设计验证阶段样品邀请、品质送检、实验室测试数据;设计验证阶段样品组装、信赖性测试;产品验证阶段EN投产、产品Issue解决等大量沟通协调、搬运劳动等不断重复进行。
难点三:设计交互平台及智能化工具应用程度低, 设计系统间以及设计系统与管理系统间信息完全独立, 形成企业信息孤岛, 导致工程师需要不断在各个系统间进行手动维护数据, 工作量大、而且错误频发。
2 高效设计交互平台介绍
在这样的环境及背景下, 我们应该考虑实现高效设计、打破企业信息孤岛现象及降低产品开发成本等, 而高效设计交互平台是可以有效帮助我们解决以上问题, 下面就介绍一下高效设计交互平台的概念及构建方法。
2.1 高效设计交互平台概念
高效设计交互平台是由智能化设计工具搭载协同设计平台来实现。通过智能化工具实现一部分设计过程自动化, 再利用Web协同设计平台建立统一的设计标准和管理规范, 应用计算机和网络技术形成平台化建设。平台是通过一定的信息交换和相互协同机制, 分别以不同的设计任务共同完成该设计目标。协同设计平台就是在计算机和网络系统的支撑下处理上述的信息变换和相互协同机制的软件系统。 (如图2所示)
2.2 协同设计平台的分类
(1) 在体系结构上可分为集中式、分布式、摁合式结构, 在局域网范围内, 参与协同人数不是很多的情况下, 采用集中式结构是合理的。
(2) 协同设计系统在时间上可分为同步协同设计和异步协同设计, 为保证协同设计系统的完整性, 对同步和异步都提供支持从而减少现行各专业之间 (以及专业内部) 由于沟通不畅或沟通不及时导致的错、漏、碰、缺, 真正实现所有设计信息元的统一性, 实现一处修改其他自动修改, 提升设计效率和设计质量[3]。
智能设计工具是以设计方法学为指导, 以人工智能技术为实现手段。借助计算机编程技术在知识处理上的强大功能, 结合设计数据和图形处理工具, 通过输入设计目标Spec, 系统自动生成设计方案或设计图, 从而实现了设计过程自动化[4], 而且还需要考虑到与各种设计软件集成, 提供统一的数据模型和数据交换接口。再提供强大的人机交互功能, 使设计师对智能设计过程的干预, 即人工智能融合成为可能。
综合国内外关于智能设计的研究现状和发展趋势, 智能设计按设计能力可以分为三个层次:常规设计、联想设计和进化设计。文章结合最基础的常规类智能设计进行介绍, 即:设计属性、设计进程、设计策略规划为基础, 在智能系统推理机的作用下, 调用符号模型 (如规则、语义网络、框架等) 进行自动化或半自动化设计[5]。
2.3 高效设计交互平台实现的关键点
高效设计交互平台的构建包括智能化设计工具制作和协同化设计平台搭建。协同设计平台采用集中式或分布式结构, 同步和异步协同兼容的设计平台, 实现的关键点包括:
关键点1:智能设计工具制作, 首先要具备设计过程的再认识, 智能设计工具的制作取决于对设计过程本身的理解, 需要对设计过程的每一个细节进行逻辑划分, 通过系统编程语言描述设计的逻辑关系从而实现简单的自动化设计[5]。
关键点2:设计制约关系表示, 设计过程是一个非常复杂的过程, 它涉及到多种不同类型知识的应用, 因此, 约束管理是产品开发过程中, 各个子任务之间存在各种相互制约相互依赖的关系, 其中包括设计规范和设计对象的基本规律、各种一致性要求、当前技术水平和资源限制以及用户需求等构成了产品开发中的约束关系。产品开发的过程就是一个在保证各种约束满足的条件下, 进行约束求解的过程[3]。
关键点3:多专家系统协同技术, 较复杂的设计过程一般可分解为若干个环节, 每个环节对应一个专家系统, 多个专家系统协同合作、信息共享, 由此设计协同化平台的搭建就实在必行。产品协同设计平台需多个设计参与者在计算机支持环境中, 互相合作地完成整个设计任务。设计任务往往比较复杂, 需要进行任务分解, 将子任务分配给各参与者, 使设计任务简单化, 以便有序地完成整个设计任务。产品设计过程可被定义为过程结构树, 它可以进一步分解为一组子项目, 子项目由一组过程单元组成, 而过程单元还可以进一步分解为子过程单元, 整个过程是一个递归过程[6]。
关键点4:协同设计的知识管理模型构建, 由于复杂产品的研制涉及多部门、多企业, 还存在异地多企业PLM系统集成以及不同版本的信息共享问题, 因此协同设计环境需要集成多学科工具, 包括ERP和PLM系统的异构。其创建、管理和维护工作复杂、困难, 数据源和数据有效性方面都需要协同平台提供支持[7]。
关键点5:除了必需的软硬件环境外, 面向产品的协同设计系统时还需满足协同流程的特殊要求:能集成一个联结CAD、CAE和CAPP等各种工程软件工具的框架, 为公司内部部门或多个合作公司之间提供分布式/集中式系统设计开发环境。
关键点6:以Web为载体的知识库能被该系统所编译、调用和配置, 并能远程实时利用这些软件资源;协同流程中不同节点的异地执行可以通过在PLM基础上扩充的PDM系统功能, 针对不同客户需求, 动态地组织资源, 使之能参与到特定的项目工作之中[8]。
关键点7:智能化人机接口, 良好的人机接口对智能设计系统是十分必要的, 对于复杂的设计任务以及设计过程中的某些决策活动, 在设计专家的参与下, 可以得到更好的设计效果, 从而充分发挥人与计算机各自的长处[4]。
3 行业内成功的应用案例
在行业内应用高效设计交互平台构建理论并实现应用的企业有很多, 他们已经拥有协同设计平台应用实际及丰富的成功经验, 下面介绍几个典型的案例:
3.1 奇瑞汽车应用上述的基本思路构建了基于PDM协同化设计平台, 可有效的实现高效设计并取得了可观的经济效益
奇瑞PDM协同设计平台共分九个阶段建设, 通过基础数据及业务流程梳理, 建立协同设计标准化规范, 最终通过Teamcenter系统构建协同设计平台。平台的构建使奇瑞汽车拥有了标准的设计研发流程, 问题解析DMU系统, 通过协同设计平台的搭建有效整合公司各类资源, 实现高效的协同作业。 (如图3、图4所示)
通过整个PDM系统的实施和应用, PDM对于整个公司的经济效益显著: (1) 减少设计变更, 大大降低了研发资金。从整个研发流程来看, 产品数据冻结后的更改控制占总研发费用的一大部分, 虚拟评审体系的建立减少的设计变更每年为公司带来直接效益多达1.2亿; (2) 产品数据准确率提高15%~40%; (3) 产品数据属性准确性提高10%~20%; (4) 产品数据和BOM匹配率15%~50%; (5) 提高产品数据沿用率25%~45%; (6) 由于研发周期缩短、等从而降低的成本一般可达15%~22%; (7) 提高标准件和通用件的重用度, 降低研发成本:奇瑞50万辆车/年, 5%的通用产量, 每年可节约1~1.5亿人民币。
3.2 基于Teamcenter的协同设计
各种CAD软件设计的产品及零部件都可以统一的在Teamcenter中进行实时的管理。多CAD协同设计Teamcenter可以和各种CAD进行无缝的紧密集成, 实时共享WIP数据、发布数据、Baseline。可以全方位的支持CAD的各种建模过程及自顶向下、自底向上的设计模式 (如图5所示) 。在整个设计过程中, 支持BOM的实时双向同步 (CAD到Teamcenter) , 属性的双向映射, 并且可以全面支持CAD的关联设计, 例如柔性装配、变型件、部件家族、Wave链接、大装配等。
Teamcenter的社区协同功能可以建立一个安全且适用性强的环境, 使分散在不同地点的多领域团队能够在整个产品生命周期中使用丰富的产品数据实时地进行合作。
在可视化数据协同的基础上, 建立虚拟团队, 使公司的内部不同部门或不同区域的员工、与它们的供应商、结盟合作伙伴及可信任的客户在一个协同社区内进行协作, 更方便地进行概念研究、计划评审、设计评审、工程变更评审等, 有助于产品的决策, 减少时间和商务成本, 增加了交流的机会和参与者, 提高了创新能力及产品质量, 使产品数据进行实时交互。
4 BOE的高效设计平台搭建
根据奇瑞汽车和Teamcenter的案例可以看出, 在行业内协同设计平台已被广泛关注并且有很多成功案例, BOE为适应行业的快速发展趋势应借鉴成功经验尽早部署属于BOE自己的高效设计交互平台。
4.1 BOE高效设计交互平台现状
为搭建BOE高效设计交互平台, 前期我们做了充分调研, 调研显示, BOE系统信息各自独立管理、设计变更频繁, 重复手动设计工作多, 导致工作量大, 效率低而且错误频发。现阶段问题点及对策进展:
(1) 系统间信息交互不畅, 即“企业信息孤岛”, 可以通过建立系统间信息交互平台来解决;将设计软件与管理系统进行数据交互, 实现信息自动同步传输, 可大幅度缩减手动重复维护数据的工作量和错误发生率;目前进展是:正在推进“电路设计软件与PLM系统数据自动交互”。
目前PLM与电路设计系统间数据管理有三方面问题:a.新物料创建时, 工程师需要对物料号及其属性在PLM系统和设计软件中重复填写, 导致工作量大且容易出错;b.设计软件中Part No.信息状态长期缺失维护, 导致冗余, 从而影响BOM准确性;c.设计图纸完成后, BOM需要手动反复修改确认再导入PLM系统, 工作量大且容易出错。鉴于以上问题, 提出“物料属性交互、物料状态交互、一键导入BOM”改善方案, 目前正在推进中。
(2) 设计变更频繁可以通过建立协同设计平台解决;如果能将Mask设计、Cell设计、电路设计、机光设计进行串接, 利用Web协同设计理念形成集中式或分布式、异步/同步兼容的协同设计平台, 跟踪设计进展的同时设计条件相互约束, 并在限制条件下充分利用, 做到无缝拼接设计, 可以大幅度减少设计工作量和错误率, 此部分需要大量基础数据信息支持及各专业的专家共同参与检讨, 涉及范围广, 影响较大所以暂未启动。
(3) 重复手动设计工作, 可以通过智能化设计工具进行解决。例如, 在研发设计过程中仍需要手动进行大量繁琐的电路PCB Layout布线, Mask制图, Cell周边设计等不断的重复工作, 而智能化自动化设计虽不能完全替代人工设计, 却可以实现小模块协助设计, 从而帮助工程师简化设计工作, 降低错误率, 实现高效开发。
目前B4 Cell设计中Panel周边设计模块 (如图6所示) 。通过Eclipse基于Java的可扩展开发平台开发了Cell周边智能化设计工具, 工程师仅需要将产品设计规格输入系统, 系统会自动完成四个角的周边设计工作还可以通过输入数值按需调整设计图纸, 真正实现高效自动化设计, 此功能可以大幅度减少设计工作量、设计时间以及设计错误发生率, 其中设计效率可提升83%。
4.2 BOE高效设计交互平台规划
结合高效设计交互平台搭建理论及行业成功案例, 对BOE高效设计交互平台规划如下:
(1) 础数据交互平台完善, 对于设计相关基础设计信息, 如产品设计规格、测试数据、物料属性、BOM信息等建立合理高效的信息交互平台, 保证多系统间信息同步并保证信息的准确性。
(2) 协同设计平台尽早搭建, 首先在基础数据交互平台的基础上, 再完善协同设计规范及统一标准, 最后实现基于Web或TC的协同设计平台的构建, 实现无缝拼接设计, 减少不必要的设计变更工作, 从而大幅度提升设计效率及设计准确性。
(3) 利用计算机网络技术结合设计原理, 尽可能多的研发智能化设计工具, 可大幅度减少设计工程师重复手动设计工作。
5 结束语
文章结合目前国内制造行业发展趋势及目前BOE设计方面的困境介绍了高效设计交互平台。平台基于Web/TC的原型系统支持跨系统和网络环境下对各设计系统间或与管理仿真系统之间方便的数据共享, 还可以和各类智能化工具进行集成应用, 如PLM、ERP等系统集成方案相结合, 真的实现产品设计协同化、智能化, 最大程度的节省开发成本、缩短开发日程、提高产品开发效率。
参考文献
[1]刘强.面向复杂产品的协同设计研究[J].中航工业中国特种飞行器研究所, 2012 (11) .
[2]李光斗.中国制造的危机这次真得来[J].网易财经《亦观察》, 2015.
[3]梁江.基于CAD的协同设计平台[J].计算机世界, 2006 (1) .
[4]张航, 李宸卫.智能设计[D].国防科学技术大学, 2013 (1) .
[5]天雨.智能制造:两化深度融合大趋势[J].人民邮电报, 2014 (1) .
[6]张和明, 熊光楞.Web的多学科协同设计与仿真平台及其关键技术[D].清华大学, 2003 (8) .
[7]卢茂单, 李植林.协同设计管理系统设计及实现[J].2004 (2) .
基于虚拟实验平台的远程交互实验 篇6
●理论基础
1. 行为科学理论
行为科学是研究人类行为一般规律的学问, 目的在于激发动机、推动行为、改造行为, 提高人的积极性和创造性。这对网络学习中的交互行为研究具有一定的指导意义:首先, 行为科学强调人的欲望、感情、动机等心理因素的作用, 因而在构建学习环境的时候强调满足人的需要和尊重人的个性, 以及采用激励和诱导的方式来调动人的主动性和创造性, 促进学生更多的交互。其次, 行为科学强调环境对行为的影响。最后, 运用行为科学的研究方法可以研究网络学习行为中的交互。网络学习行为研究的对象是学习者, 学习者的心理活动是看不见、摸不着的, 所以对内化的心理行为的研究需要采用观察、实验和调查等方法。
2.建构主义学习理论
由于多媒体计算机和网络通信技术所具有的多种特性特别适合于实现建构主义学习环境, 能有效地促进学生的认知发展, 所以随着多媒体计算机和网络教学应用的飞速发展, 建构主义学习理论越来越被广泛的应用于教学。它重新定位了教师与学生在教学中的地位, 学生不再是教学内容的被动接受者, 而是知识的主动获取与建构者。
3.交互理论
穆尔 (Moore) 在1972年提出了相互作用距离理论的基本框架。上世纪80年代末, 穆尔再次提出“三类交互作用”理论, 他在先前研究的基础上进一步明确提出“三类相互作用”, 即学生与教学内容的交互作用、学生与教师的交互作用、学生与学生之间的交互作用。这种分类对教学交互理论与远距离教学实践的发展都产生了深远的影响。
●虚拟实验平台的架构与功能
1. 虚拟实验平台的架构
虚拟实验平台指由计算机硬件系统和软件系统构建的一个具有交互功能的计算机网络虚拟实验平台。在平台中, 参与学习的个体之间可以利用文字、符号、图片、声音等多种数字媒介进行信息交互。这个平台可以让个体之间不受时间、空间的限制进行交互。虚拟实验平台架构如图1所示。
2. 虚拟实验平台各个组成部分的功能及特点
虚拟实验平台由辅助工具、素材库、同步实验、仿真工具、构建工具和交互实验组成, 各个组成部分的具体功能及特点如下。
(1) 辅助工具:主要功能是提供给用户所需的辅助工具, 如三角尺、量角器、天平、杠杆等工具, 以备在实验中辅助之用。
(2) 素材库:主要功能是提供给用户所需的各种图片、视频、动画、音频、文本等素材, 用户可以自由控制各种素材, 以备实验之用。
(3) 同步实验:主要功能是设置与课本中同步的实验操作, 全部同步实验是按照书本中的要求做的同步实验, 而且是模拟实验, 模拟操作和实际操作基本相同。目的是给予教师和学生指导的功能。
(4) 仿真工具:主要功能是根据属性设置, 按照实验规律, 自动生成实验工具, 由于是仿真工具, 因此具有和实际操作中使用的实验工具完全一样的功能。
(5) 构建工具:主要功能是用户可以根据需要设计整个实验过程, 这里有设计好的素材库, 用户只需将素材按照知识库的要求组装起来, 就可以构建一套用户需要的实验装置。整个构建过程方便快捷。
(6) 交互实验:用户可以登录该平台, 一同进行远程实验操作, 这是远程交互实验的核心技术。因为只有在网络上连接到该平台, 才能真正实现时间和空间上的交互。
以物理虚拟实验平台为例, 来说一下如何在平台上进行远程交互实验。
下页图2演示的是杠杆实验, 在该实验中, 本地的学生可以同时与异地的学生通过计算机协作进行此项实验, 如本地学生通过操作控制杠杆左端上的勾码的个数, 并且控制勾码悬挂在支架上的位置, 与此同时, 异地的学生通过控制杠杆右端勾码的个数和其在支架上的位置, 这样杠杆在两位学生的操作控制下达到平衡。
图3演示的是天平实验, 在该实验中, 本地的学生可以同时与异地的学生通过计算机协作进行此项实验, 如本地学生通过操作控制天平左盘上的物体, 与此同时, 异地的学生通过控制右盘上砝码的数量及游码的位置, 这样天平在两位学生的操作控制下达到平衡。
●基于虚拟实验平台的远程交互实验应用模式
以上面所介绍的虚拟实验平台为依据, 设计如下三种应用模式。
1.教师-教师交互模式
(1) 交互对象:是教师与教师的交互, 教师与教师可以通过远程进行教研活动, 如名校名师远程指导一般学校的教师, 通过指导学习, 达到共同提高的目的。
(2) 交互功能:教师与教师可以通过远程进行同步实验, 并进行实时交流, 对同一个问题进行讨论, 交换意见, 对有分歧的问题还可以组织一个多人讨论组。
(3) 优点:这种模式缩小了名校与普通一般学校的教学差距。
(4) 缺点:有些需要面对面交流解决的问题, 通过远程交流很难解决。
2. 教师-学生交互模式
(1) 交互对象:是教师与学生的交互, 可以是广义的学生, 也可以是狭义的学生, 如成人教育的学生是广义的学生, 在校生是狭义的学生。通过远程交互, 教师可以指导学生实验, 同时学生也可以向教师提问, 相互交流。
(2) 交互功能:教师与学生可以通过远程进行教材同步实验, 也可以是任务驱动式实验。并进行实时交流, 对同一个问题进行讨论, 交换意见。
(3) 优点:这种模式可以调动学生自主学习的积极性, 同时还解决了地域的限制, 教师还可以就学生的个人特点, 随时给予学生指导。而且在传统实验室很难实现的实验操作, 都可以在虚拟实验室实现, 学生可以反复观察实验, 真正理解实验, 掌握知识。还能做到随时有问题随时解决, 学生的学习效果会非常好。例如, 学生在家里就可以登录虚拟实验平台, 同时可以向自己喜欢的教师请教, 这样学生一定会有兴趣, 提高了学习效率
(4) 缺点:有些需要面对面交流解决的问题, 通过远程交流很难解决。
3. 学生-学生交互模式
(1) 交互对象:是学生与学生的交互。通过远程交互, 学生之间可以进行交互实验, 并进行交流, 同时也可以对一个问题进行讨论研究。
(2) 交互功能:学生与学生可以通过远程进行教材同步实验, 也可以一同进行任务驱动式实验, 并可以进行实时交流, 对同一个问题进行讨论, 相互交流, 对有分歧的问题还可以组织一个多人讨论组。
(3) 优点:这种模式可以调动学生自主学习的积极性, 同时可以形成团队精神, 增进同学之间的友谊。而且还解决了地域的限制, 学生与学生之间可以随时进行交流讨论。
(4) 缺点:有些需要面对面交流解决的问题, 通过远程交流很难解决。
以上三种模式基本囊括了远程交互实验的各种情况, 在实际操作中, 学校可以根据自身情况设计符合自己学校实情的模式, 做好实验, 提高学生的动手动脑能力, 势必提高学习效率。
智能用电信息交互平台研究与应用 篇7
随着生活水平的提高,客户的服务需求不断升级,对电网企业的服务理念、服务方式、服务内容和服务质量不断提出新的更高的要求,除希望降低用电成本、安全可靠用电外,还希望享受更加个性化、多样化、便捷化、互动化的服务。因此,实施智能用电信息交互平台对提高智能用电水平,加强需求侧管理和提升电网企业形象具有重大意义。
本项目拟开发一套智能用电信息交互平台,该平台由一款低成本的无线智能用电信息交互终端、无线数据传输网络和智能用电数据集成服务平台组成。其中,无线智能用电信息交互终端设备以营销业务应用为支撑,通过利用先进的信息通信技术,使电力企业能够以图形、文本、语音、短信等方式与电力用户进行互动和信息的双向传递,使用户可以便捷地完成业务查询、受理及缴费等业务。无线数据传输网络则用于实现智能用电信息交互终端与供电部门数据服务之间进行通讯。智能用电数据集成服务平台主要从供电部门现有系统(包括用电信息采集系统、营销系统等)中自动提取相关数据,并对数据进行整理、清洗,以统一的形式为智能用电信息交互终端提供数据服务。
预计成果应用后,将大大提高用户用电的智能化水平,用户可安排大功率家电在电价低谷时段工作,从而减少电费支出,夯实构建和谐社会的电力基础。
1 国内外研究水平综述
我国的智能用电技术是建设坚强智能电网的重要组成部分,其核心就是实现智能化服务,满足用户多元化需求,实现电力供应稳定可靠、经济安全,构建电网与客户之间电力流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系。建设智能电网不仅仅是传统电网和系统的升级和改造,而且需要实现需方响应,需要推广应用智能需求侧技术,改变用户用能方式,促进节能减排,提高清洁的电能在终端能源消费中的比重。近年来,随着我国特高压直流示范工程的相继建成运行,国家电网公司于2009年明确提出智能电网的发展计划,国内在智能用电服务相关技术领域也随之展开了大量的研究和实践。大客户负荷管理和低压集中抄表系统已安装使用近900多万户。国家电网公司在11个网省公司上线运行了营销业务应用系统,建成了营销分析与辅助决策系统。建立了电力营销业务标准,完成了信息系统标准化设计,开展了供电客户服务标准化体系研究,进行了智能用电小区相关的各类技术研究应用和商业推广,建成了若干个智能用电服务试点小区,体现出良好的交互性和智能化特色。
在智能用电交互终端方面,国内外也已经陆续出现了一些相关产品。如波创家庭能源管理系统由软件植入波创智能家居终端,通过智能电能电表和新能源采集设备的连接实时了解家庭能源状况;日本星电(Hosiden)也在PV System EXPO 2011上展出了支持近距离无线通信规格“ZigBee Smart Energy Profile”的家用显示器(IHD:In Home Display)及无线模块。
综上所述,国内外已经在智能用电服务方面开展了大量研究和实践,为智能用电交互平台的顺利实施奠定了硬件和数据基础。
2 项目的理论和实践依据
本项目拟建设的智能用电信息交互平台主要根据网络化、人机交互、融合业务与功能的原则,通过构建无线数据传输网络,直接向用户显示用电信息、用电方式、告警信息以及电价政策等相关内容。用户在家中使用智能用电信息交互终端就可以随时查看用电信息,而供电方也可以实时接收用户用电信息采集系统下发的各类信息。用户还可以通过简单操作,主动查询历史用电记录、历史交费记录、历史数据统计图形等其他信息。
本系统主要包括无线智能用电信息交互终端、无线数据传输网络和智能用电数据集成服务平台三大组件。
2.1 无线智能用电信息交互终端
无线智能交互终端是实现家庭智能用电服务的关键设备,它利用先进的信息通信技术接入智能用电数据集成服务,实现用电信息查询、电费便捷缴纳、电力业务受理、科学用电辅导等业务,还可以对电能质量、家庭用电信息等数据进行采集和分析,指导用户进行合理用电,调节电网峰谷负荷,实现电网与用户之间的智能交互。
为了使得智能用电信息交互终端便于安装和使用,在设计过程中应本着经济适用、稳定可靠和形式多样的原则。交互终端可根据用户的要求做成小型的可摆放在餐桌、床头的类似于闹钟的小摆设,也可直接安装在墙上。
2.2 无线数据传输网络
为了便于系统使用和实施,智能用电信息交互终端采用无线网络的方式进行信息传输。在工业和民用领域的自动控制数据远传应用上,利用433M无线传输可实现局域组网数据汇总,进而通过GPRS无线通信实现远程Internet网络监控的模式是一种最优性价比的自动控制无线数据采集传输的通信模式。
目前,GPRS无线数据传输应用已经十分普遍,但是使用GPRS无线通信是需要无线通信费用的,尤其是在局域范围内(厂区、住宅社区)多点数据采集传输时,长期运行将是不小的运营成本。而这恰恰是433M无线通信的长处所在,它可以在中短距离(2 000 m内,通过中继可延长传输距离)实现无通信成本数据传输,数据集中后通过GPRS实现超远无线数据传输,从而达到通过Internet网络实现远程数据传输的目的。
433M无线通信具有功耗低、穿透力强,并支持路由及自由组网(点对点、点对多点、多点中继)的特点,特别适合居民小区、厂矿企业这样区域性中短程的无线数据采集传输使用,尤其是在后装方式下,可不必破环原有场地环境,省去敷设电缆、拉线施工成本,增加了采集设备安装的自由度。GPRS无线数据传输可将多个小区域的现场数据实现超远距离的无线传输,可在具备互联网条件的区域里操控现场数据。由433M/GPRS无线通信技术构建的无线数据传输系统,具有安装快捷、使用简单方便、自动化程度高、不需要铺设线路、采集控制距离远、全程数据透明传输、工作可靠稳定、成本低等特点。
2.3 智能用电数据集成服务平台
在智能用电信息交互平台中既有从电网企业到用户的推送信息,也有用户到电网企业的查询信息,因此在平台中需要数据集成服务。智能用电数据集成服务平台可自动从电网企业现有的系统中采集相关的数据,并对数据进行清洗整理,形成统一的格式提供给用户。另外,数据集成服务提供管理客户端,允许用户对相关参数进行设置。
3 项目的研究内容和实施方案
3.1 项目的主要研究内容
3.1.1 无线智能用电信息交互终端设计
智能用电信息交互终端提供包括催费信息、用电明细、限断电预告、用电贴士、滚动通知等服务。催费信息服务即当用户欠费时,自动通过终端用声光和文字信息对用户进行提醒;用电明细既可以准确查到当日的用电量、剩余电量、分时电价,还可以查询历史的用电情况;限断电预告可有针对性地对相关用户进行预警和通告;用电贴士主要为居民提供一些用电常识;滚动通知主要可发布一些日常的通告。为便于安装和推广,交互终端可根据用户的要求做成小型的可摆放在餐桌、床头的类似于闹钟的小摆设,也可直接安装在墙上。
3.1.2 基于433M/GPRS的无线数据传输方案
基于433M/GPRS的无线数据传输方案重点需要针对施工环境的实际情况,研究网络传输的可靠性和稳定性。
3.1.3 智能用电数据集成服务平台
智能用电数据集成服务平台需要开发与用电信息采集系统、营销数据系统等现有系统的数据接口,并结合其他通告类数据开发一套软件,从而对系统推送的相关信息进行管理。
3.2 实施方案
(1)集成用电信息采集系统、营销数据系统,开发数据集成服务,定义数据接口;(2)构建无线数据传输网络,测试网络性能;(3)开发无线智能用电交互终端;(4)系统集成、测试;(5)在某一小区应用示范。
4 结语
智能用电信息交互是智能电网的重要组成部分,承担着用户与电网企业双向互动、改善用电水平、实现资源最大利用等重任。本课题研发的智能用电信息交互平台能人们更智能、更高效地用电,同时还能配合电力公司推动需求侧管理,通过节约用电、降低尖峰需求及负荷控制等,逐渐引导用户养成良好的用电习惯,从而构建一个用户与电力公司及全社会多赢的用电形态。
参考文献
[1]肖世杰.构建中国智能电网技术思考.电力系统自动化,2009,33(9): 1-4
[2]常玉娥,魏东红,徐海宏.GPRS用电终端智能监测与控制系统.湖北电力,2006,30(1):53-54
[3]赵羡龙,王金枝.基于GPRS通信方式的用电管理系统及其智能终端.广东电力,2006,19(1):68-70
安全交互平台 篇8
服务质量指一个网络能够利用各种基础技术,为指定的网络通信提供更好的服务能力,是网络的一种安全机制,是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。对于有多个传输流程和严格实时性要求的媒资交互平台来说,服务质量的控制十分必要。需为媒资交互平台设置服务质量策略,当网络过载或拥塞时,服务质量能确保重要业务不受延迟或丢弃,同时保证网络的高效运行[1,2]。
1媒资交互平台面临的问题
媒资交互平台承担着全台所有节目生产网络间的互联互通工作,其主要任务是网络传输,大部分电视台使用IP协议,也有电视台使用FC协议,但无论使用哪种协议和网络架构,都面临着相同的压力和问题。
1)应用环境复杂
系统中有不同的应用,也对应着不同的流程,本台媒资交互平台现在运行着19个流程,其中包括8个高清流程,所有的节目生产网络都已经实现了文件化的互联互通,互联结构如图1所示。
媒资交互平台为多个系统提供互联服务,其流程从任务优先级划分可以分为播出流程、下载流程及归档流程,传输的内容包括素材和播出文件,应用环境非常复杂,需要根据节目生产的需求,定义每个流程的优先级,分配网络资源,保证关键业务的实时性。
2)网络环境复杂
媒资交互平台传输实质上是将数据由一个存储传送到另一个存储,这些存储属于不同的节目生产网络,并且根据网络应用的需求,采用不同的存储接口和存储访问形式,包括以太接口和FC接口,SAN存储访问架构和NAS存储访问架构。
这些存储并不是只为主干互联服务的,还要优先保证存储所在生产网络的应用,比如播出的二级缓存除了接受主干送来的待播文件,还要及时地将待播文件迁往播出服务器备播,存储的总带宽有限,而存储本身无法区分应用,也缺乏服务质量控制,这就需要媒资交互平台来控制对存储的访问。
为了解决这些问题,采用整体的解决方案来应对,包括流程的优先级设置,EMB传输服务器的指定,负载均衡的文件共享策略。
3)网络带宽需求高
现在各省级电视台基本都已实现高标清同播,并且会在未来的几年内逐步实现全高清的制播,电视节目制播由标清变为高清,不只是对节目编辑带来影响,还大大提高了对网络的带宽需求,就本台的应用情况来说,素材文件的码流由标清的50 Mbit/s码提升到高清的120 Mbit/s,播出文件的码流由原来的15 Mbit/s提升到50 Mbit/s,总体带宽需求提升将近3倍。
此外,媒资网络的负载也不稳定,传输任务和高峰期的公共交通拥堵一样,媒资交互平台的带宽需求也总是在固定的时间集中爆发。
2服务质量控制体系设计
2.1流程优先级的设置
现在各个广电系统集成商的主干产品都支持对流程优先级的设置,这是对任务处理顺序的整体把握,本台使用的是大洋公司的产品,为了保证关键的任务优先执行,本台为流程设置不同的优先级,优先级分为1~5的5个级别,级别等级高的任务会得到优先处理,设置所有送播流程的优先级为4,媒资下载流程和收录流程的优先级为3,媒资归档的优先级为2,优先级1和5保留。
优先级在ESB的流程定义中设置,根据ESB+EMB双总线架构的主干接口标准,ESB使用xml格式在各节点中进行数据交互,以制作网送播流程举例,该流程的优先级为4,定义在以下字段:
ESB在流程中的调用增加EMB服务时将优先级传递给EMB调度服务。EMB接到ESB发来的任务后,会继承任务的优先级,并根据优先级调整处理队列中任务的顺序。
保留优先级别1和5,可以在EMB配置中,修改默认优先级一样的任务的处理顺序,比如同样是传送给播出任务, 默认优先级都为4,如果有任务需要立即执行,可以在EMB任务队列中手动调整优先级,这两种优先级策略的组合控制,可以在最少人为干预的情况下,保证紧急任务得到优先处理。
2.2EMB传输服务器的任务分配
主干的EMB传输服务器负责各网络间的数据交互,这种交互简单地说就是EMB传输服务器读取一个网络存储的数据然后复制到另一个网络存储上,一般有UNC和FTP两种实现方式,两种方式的本质是一样的,采用UNC方式就是将各网络的储存访问路径映射成本地的逻辑盘符,主干的传输任务就变成EMB传输服务器本地两个盘符之间的数据复制。 如果目标网络使用NAS结构,网络存储的主机接口使用以太网接口,EMB传输服务器可以直接映射,如果目标网络使用FC SAN架构,EMB传输服务器就必须通过文件共享服务器来映射[3]。
本台媒资交互平台文件共享结构如图2所示。
现在各电视台普遍采用的EMB传输服务器的分配模式有2种,分别是服务器共享和服务器分组,这2种模式都有各自的局限性。
1)服务器共享模式的局限性
各台普遍常用服务器共享模式,在这种模式下,EMB传输服务器和各网络传输设备并不是一一对应的,在EMB任务调度时采用动态指定的方式,每个EMB服务器并不是单独为一个网络或一个流程服务,而是被所有流程所共有。这是考虑到日常工作中基本不会出现在同一时刻所有的网络都并发出现大量的传输需求的情况,为了节约成本,就像不能按照节假日高速公路的交通流量来设计公路的宽度一样,网络中设计的主干网的EMB传输服务器的传输能力要小于各网文件共享服务器传输能力及NAS存储的总和。本台网络中配备有12台EMB传输服务器,各网络的文件共享服务器达到18台,并且有2个存储采用直连方式,这2个存储都使用双万兆以太网主机接口。这种控制方式会带来2个方面的问题。
(1)文件共享服务器能力不足
当一个网络同时出现大量传输请求时,所有的EMB同时接到这个网络的任务,在传输层面就会出现多个EMB服务器对少量的接口服务器的情况。例如高清新闻网同时提交多个媒资下载任务,那么传输的链路如下:
媒资网存储→4台媒资网文件共享服务器服务器→12台EMB传输服务器→2台新闻网文件接口服务器→制作网存储
显然,新闻网文件接口服务器带宽不足,成为整个链路的瓶颈,相当于每6台EMB服务器对应于1台新闻网文件共享服务器,造成EMB传输服务器传输效率低下,网络拥堵,而队列中的其他流程的任务因为没有空闲的EMB传输服务器, 只能长时间的等待。这种情况时需要有策略控制参与执行传输任务的EMB传输服务器数量,释放EMB资源。
(2)存储能力不足
对于一台存储来说,除了提供主干的数据传输,还要保证本系统的应用。比如图中介绍过的播出缓存,它用2条万兆链路和主干网直接连接,没有文件共享服务器的限制,播出缓存可以提供的总带宽为500 Mbit/s,如果多个EMB传输服务器同时接到传输播出的任务,那么传输的带宽就很容易超过这个限制,导致存储工作在不稳定的状态下,并且导致存储没有带宽资源提供播出网内部的待播文件迁移到播出服务器的关键任务。这种情况也需要策略控制参与执行任务的EMB传输服务器数量。
2)服务器分组模式的局限性
服务器分组的方法简单说就是采用服务器专用,为每条流程指定专门的EMB传输服务器,相应的服务器不能再处理其他流程的任务。就上面的例子来说,在EMB任务调度层面指定2台EMB传输服务器专门处理媒资下载到新闻网这条流程,这样就可以实现对参与任务服务器数量的精确控制, 但采用这种模式需要配备更多的服务器,随着媒资网络规模的扩大,服务器数量会成几何级数增加,导致成本增加,网络也变得更加复杂。
3)解决方法:服务器灵活指定技术
为了解决以上2种模式的局限性,本台设计并应用了一种服务器灵活指定技术,可以将每个流程限制在一个或一组服务器上执行,但该服务器并不为这个流程所专用,还可以处理其他流程的任务。
EMB服务器除了执行传输的任务,还可以处理转码任务,比如可以设置为制作网只需提交素材,由EMB传输服务器进行播出格式的转码,但考虑到事故责任的划分,各电视台现在都已经不在媒资交互平台进行转码,EMB传输服务器只做文件的复制工作。笔者利用EMB调度服务对EMB传输服务器转码能力的区分来实现控制,为每个流程设置一个单独的转码位,这个转码位对应一个转码能力,在EMB调度分配任务时,会根据流程的转码位来选择具有转码能力的传输服务器来执行任务。如果具有相应转码能力的服务器都处于忙碌状态,那么任务会排队等待。每个服务器可以配置多个转码能力。
以媒资下载到新闻网的流程来举例。首先在EMB的配置中定义新的转码能力,在参数配置中增加新的外系统自定义的转码能力,名称为mz,能力位为1。EMB配置示意图如图3所示。
然后指定2台EMB传输服务器ACTOR1和ACTOR3可以处理mz任务。EMB配置示意图如图4所示。
此外,还需修改ESB的流程定义,使媒资下载到新闻网的流程在调用增加EMB任务时,将能力位1传送给EMB调度,在ESB流程的调用增加EMB服务节点,增加以下字段和定义:
完成以上设置后,所有媒资下载到新闻网的流程都带被定义为类别为1的转码任务,EMB调度任务时,会分配给具有相应能力的2台传输服务器处理。
EMB共享模式结合服务器灵活指定技术可以实现对EMB传输任务细致有效的管理,根据系统的应用情况来选择如何分配传输服务器,需要注意的是,设置中的转码并不进行真的转码工作,只是用来做EMB调度分配任务的依据。
2.3文件共享服务器负载分配
最理想的情况下,与主干互联的网络的文件共享服务器使用集群策略,对主干提供一个统一的服务IP来做文件访问,内部根据各文件共享服务器的负载情况来分配任务,但这种方式成本昂贵,技术复杂。所以,一般情况下,只能在EMB传输服务器的存储映射策略上做合理的安排,实现存储映射层面的平均分配,不能实现按流量的负载均衡。
在设计EMB服务器和文件共享服务器的对应关系时尽量使每个文件共享服务器对应的EMB服务器数量相等,此外,可以利用网络文件系统提供的特性,实现服务器之间的高可用。
3小结
媒资交互平台服务质量控制是IT层面的课题,它和电视信号无关,只关心文件如何在网络上的传输。各台在推进网络化、无带化的生产流程时都会遇到类似的问题,就文件送播流程来讲,必须制定时长几倍于磁带送播的“关门时间”, 这样就压缩了记者的编辑时间。媒资交互平台的管理人员要根据应用情况,合理应用本文介绍的几种策略,寻找投入成本、系统复杂性和人为干预程度等几个要素中的平衡点, 提高媒资交互平台的可用性。
摘要：结合辽宁广播电视台媒体资产管理与交互平台设计及运行情况,从应用环境、网络环境、网络带宽需求等方面分析了媒资交互平台在设计和使用过程中面临的问题。在系统设计时,采用服务质量控制体系设计的思路,为媒体资产管理与交互平台提供更好的服务能力。着重介绍了媒资交互平台服务质量控制体系设计的各种策略,包括流程优先级的设置、EMB传输服务器的任务分配、文件共享服务器负载分配,并重点阐述了使用服务器灵活指定技术实现对文件的转码控制。