即插即用功率接口（通用6篇）
即插即用功率接口 篇1
摘要：针对集成传感器RFID系统混合模式接口性能评价问题,提出即插即用性能测试指标,分析了即插即用过程的关键环节,根据即插即用有效性原则建立了混合模式接口性能仿真测试模型,采用正交实验法研究即插即用过程中的主要影响参数关系。试验结果表明:最优算法组合评价具有可行性和有效性。
关键词：即插即用,正交实验,识读时间
1 引言
传感网作为物联网核心内容之一,近年来呈现出传感器与RFID技术互补融合的趋势。随着IEEE1451.4智能传感器混合模式接口标准的出现,越来越多的研究人员投入到集成传感器RFID混合模式接口研究中[1]。然而,不同的设计方案、制作工艺与接口算法导致了不同品牌和型号的RFID系统中传感设备混合模式接口性能出现显著的差异,产品之间的比较缺乏一个统一的基准平台,给同类产品性能表现进行有效公正的横向相互比较以及系统集成应用带来了困难[2]。其中,即插即用作为混合接口模式统一的标称功能,提高了传感设备识别效率、缩小识别时间,为保障接口正常通讯奠定了基础。因此,测试集成传感器RFID系统混合模式接口性能的关键是测试智能传感器标称即插即用的有效性。在实际应用中,对于智能传感器混合模式接口即插即用有效性影响的因素有很多,且主要体现在算法部分。研究人员和设备生产商采用不同的即插即用算法组合可能在接口有效性能上体现出显著的差异。如何快速、有效地确定这些因素对接口有效性的影响关系及权重,将有助于研究提高混合模式接口有效性能[3]。本文针对智能传感器混合模式接口中即插即用算法部分,通过设计正交试验,有效地引入了与标准IEEE 1451.4接口算法并行的算法,研究它们对接口有效性的贡献率,有效的缩短了试验次数。
2 RFID系统混合模式接口即插即用性能关健环节分析
本文基于前期研究工作的基础上,成功实现了一种数据处理简化、能量供应持久、接口技术简单的集成传感器RFID系统,总体结构如图1所示。
该系统分为RFID阅读器模块和集成传感器RFID标签节点模块两层结构,实现对底层现场的数据采集及处理。集成传感器RFID标签节点采用IEEE1451.4智能传感器混合模式接口技术;采用IEEE 802.15.4的Zigbee网络协议构建一个多跳的自组织网络,WSN网络节点(集成传感器RFID标签节点模块)集成了无源RFID标签和传感器,分别负责采集物品信息和环境参量。RFID阅读器模块包括微处理器、RFID阅读器、天线、电源以及其它接口;其实现对RFID标签的能量输送和通信,其它接口可以实现与后端监控平台之间的通信。
智能传感器混合模式接口即插即用功能就是实现对接入传感器的探测、识别以及解析的过程[4]。研究该接口的有效性就是研究接口算法与后端平台解析算法的正确性、快速性和实时性。智能传感器接入步骤可分为以下几部分:识别智能传感器存储器独特注册号(Unique Register Number,URN)、识读传感器电子数据表格(Transducer Electronic Data Sheet,TEDS)以及利用传感器模板解析TEDS。本文不仅研究IEEE 1451.4标准算法的效率,也研究其它并行算法在智能传感器混合接口即插即用应用中的可行性与效率,致力于寻求一套更准确、快速的即插即用组合算法。
基于上述需求分析可知,在智能传感器混合模式接口即插即用评价中应注意如下关键环节:⑴智能传感器接入时的探测发现,即识别URN过程中,当前混合模式接口总线上挂接传感器的数量以及所采用的识别URN算法都会影响接入传感器的探测效果,评价时必须合理规范当前总线挂接设备的数量。目前常规的1-Wire器件URN识别算法主要有二叉树搜索算法以及高级变量搜索算法;⑵采用1-Wire总线技术通过混合模式接口传输TEDS数字信号,在不改变总线传输技术的基础上,合理安排传输数据的打包及检错,有助于缩短传输时间。目前常用的校验算法主要有CRC、PC、SC、LRC、S-XORC等,其中按检验本质区分通常选用CRC、PC、SC三种;⑶在上位机平台上,采用不同的模板语言编写统一格式的TEDS解析模板,对于解译接收回来的TEDS数字信息有不同的效果,应选择一种高效的模板描述语言。IEEE 1451.4标准中使用的是TDL和XML语言,另外也可选用基于XML的其它语言。选择模板解析语言的水平时可以从标准语言、XML语言以及基于XML的语言三方面入手。
3 正交试验设计和试验方法
3.1 正交试验设计
根据智能传感器混合模式接口即插即用中可行的数字信号处理技术,本试验选用二叉树搜索算法和高级变量搜索算法为识别URN算法;选用CRC校验法、校验和法、奇偶校验法为识读TEDS过程中的数据传输算法;模板描述语言采用TDL、XML和XHTML。评价指标选用即插即用识读速度,其测量值为识读时间。智能传感器接入时的现场前提是总线上已经挂接有两个混合模式传感器。根据本试验的算法要求,采用拟水平正交设计方法,分别用A、B、C表示搜索URN算法、错误检验算法和模板语言三个主要因素,每个因素有三项水平,选用试验次数少的正交表L9(34)即可满足要求。填入各水平因素后,正交试验因素表如表1所示。
3.2 试验方法
本试验采用仿真方法进行。下位机电路采用Proteus仿真,串口传输采用Configure Virtual Serial Port Driver虚拟串口;上位机解析软件采用Visual Studio 2008。下位机仿真电路中采用DS2430作为智能传感器TEDS存储器;NCAP端微处理器采用PIC18F452,NCAP采集回来的TEDS数据经过RS232传输到上位机。仿真电路如图2所示。
试验时,首先依次将前两个DS2430的接入开关闭合,确保闭合后两个指示灯亮,表明微处理器已经正确识读这两个DS2430;接入第三个待测DS2430,记下第三个DS2430开关闭合到第三个状态指标灯变亮的时间间隔,作为识别URN和识读TEDS的总时间;上位机通过虚拟串口读取回TEDS数据,采用Visual Studio 2008生成模板解析TEDS,记录模板解析时间;识别URN和识读TEDS总时间与模板解析时间之和,作为即插即用识读时间,其长短反映了即插即用识读速度的快慢。
4 试验结果与分析
采用上述试验方法对L9(34)中的不同算法组合进行仿真试验,得到表2的正交试验结果。
根据表2中极差Rj大小可知,因素效应关系为:搜索URN算法对识读速度影响最大,错误检验算法次之,模板描述语言影响最小。由表2可知,使识读速度达到最大,即识读时间达到最小的因素组合为:高级变量搜索算法、校验和错误检验算法、TDL模板描述语言。
5 结束语
RFID系统混合模式接口即插即用算法组合是一个多水平多因素的复杂问题,合理的算法组合对提高接口即插即用性能至关重要。在保持理想准确率的情况下,采用正交试验方法可以从目前复杂的混合模式接口即插即用算法组合中快速地选择最优组合,相对于常规的二叉树搜索算法、CRC校验算法组合,识读速度有效提高30%左右,而相对于IEEE 1451.4智能传感器混合模式接口标准中采用的CRC校验算法能使识读速度提高约0.2%。
在其它各种实用的总线接口性能评价中,影响接口有效性能的因素各不相同,采用本方法推广到更多因素水平的权重确定方面,可减少工作量、提高工作效率、减少研究成本。
参考文献
[1]Ramos H M,Ramos P M,Paces P.Development of a IEEE1451 Standard Compliant Smart Transducer Network withTime Synchronization Protocol[C].2007.
[2]Bissi L,Placide P,Scorzoni A,et al.Environmental monitoringsystem compliant with the IEEE 1451 standard and featuring asimplified transducer interface[J].Sensors and Actuators A:Physical,2007,137(1):175-184.
[3]罗正生.1-Wire在微处理器中的搜索算法的研究[J].制造业自动化,2010,32(7):117-119.
[4]韩志军.基于IEEE1451.4标准接口的数字传感器设计[D].中北大学,2009.
即插即用功率接口 篇2
科技日报北京6月16日电 (记者马爱平) 国土资源部航空物探遥感中心16日宣布, 其所研发的地球物理软件开发平台 (Geo Probe) , 采用插件技术, 实现了地球物理软件“即插即用”, 为充分发挥地球物理勘探在地质找矿等领域的作用提供了技术支撑。
遥感中心薛典军介绍说, 该平台就好像能够提供舞台、灯光、音响等演出所需设备的大剧院, 剧团只要专心演好自己的戏。同样, 地球物理软件平台提供了软件开发所需的常用地球物理算法函数库、常用数值方法函数库、各类数据的输入/输出函数库、数据可视显示/制图函数库等资源, 软件研发人员只需集中精力研究新的地球物理算法, 再与软件平台提供的资源进行组合, 能快速研发出新的地球物理软件模块, 并借助软件平台立即推广应用。Geo Probe软件平台的应用改变了地球物理软件的传统开发模式, 解决了新研制的地球物理方法技术软件模块不能随时集成到系统中和即时推广应用的技术难题。
据悉, 地球物理勘探获得的数据种类多、数据量较大, 信息丰富, 如何分解提取有用的地质信息, 是一项复杂的高技术含量的工作, 必须借助地球物理数据处理及解释软件才能完成。在国家863计划重大项目“航空地球物理勘查技术系统”和国家“地质矿产调查评价”专项的支持下, 遥感中心构建Geo Probe软件平台获得成功。目前, Geo Probe软件平台已在中国地质大学 (北京) 、吉林大学、浙江大学等高校推广应用220余套, 基于Geo Probe软件平台集成的地球物理综合处理解释软件已在全国地勘单位推广应用380余套, 提高了我国地球物理软件自给程度。
(中国科技网)
即插即用功率接口 篇3
即插即用 (Pn P, Plug-and-Play) 是通过在主机和外围设备之间构建一定的软硬件基础来简化设备的插入和移除的技术。目前, 即插即用被广泛应用于计算机领域, 也引起了航天领域的重视。在卫星设备和卫星系统之间执行统一的即插即用软硬件标准是实现卫星设备即插即用的重要前提。目前比较成熟的卫星设备即插即用标准是美国空军研究实验室 (AFRL) 提出的SPA (Space Pn P Avionics) 标准。本文将对SPA标准实现卫星设备即插即用的方法进行介绍, 并根据基于机器人操作系统 (ROS, Robot Operating System) 来构建一种卫星设备即插即用网络, 最终通过实验验证其可行性。
2 SPA标准
为了缩短卫星的研发周期、降低卫星的研发成本, AFRL提出了SPA标准。该标准通过支持卫星设备的自发现、自配置来提升卫星集成、测试速度, 实现空间任务的快速响应。
2.1 SPA接口
AFRL开发一种设备接口模块 (ASIM, Applique Sensor Interface Module) 。 它可将传统模块的通信接口 (如数字I/O、模拟量口等) 转化为统一规范的USB串行接口。在ASIM中存储一种XML语言文件, 即可扩展电子数据表单 (x TEDS, e Xtended Transducer Electronic Data Sheet) 。它根据标准的语句、语法对卫星组件的信息 (名称、类型、物理位置、输入、输出、可接受的控制命令等) 进行描述。设备接入即插即用系统后, 由ASIM将x TEDS文件其上传。随后, 系统通过对设备的x TEDS文件的解析, 生成相应的接口控制文件, 进而实现对该设备的资源配置和驱动。
2.2 SDM系统
SDM (Satellite Data Model) 是SPA标准提出的卫星数据模型, 其目的在于实现一般卫星设备的自识别、自配置和数据传输。它位于卫星系统中应用程序和硬件设备的中间层, 为应用程序提供寻找、连接硬件设备。通过解析不同设备的x TEDS文件, SDM实现对设备的识别和配置驱动, 设备的接口属性、数据格式等不受限制。这样, 卫星各组件可以得到最大程度的忧化设计, 且可以并行开发, 卫星性能及开发速率大大提升。
SDM系统包括四个主要组件:
(1) 数据管理器。它存储卫星组件 (包括硬件设备和应用程序) 的x TEDS文件, 供数据请求者查找。一旦找到, 数据请求者与数据提供者建立点对点的数据传输。
(2) 任务管理器。它负责调度和分配系统中运行的任务, 在进程管理器的协助下管理所有运算节点。
(3) 进程管理器。SDM系统中每个应用程序节点都由一个进程管理器来管理。其职责包括:为节点安排端口号码、向系统告知组件的存在及能力、终止或启动组件。
(4) 传感器管理器。SDM系统中每个硬件节点都由一个传感器管理器来管理。它作为硬件设备在SDM系统上的入口, 负责发现新设备并将其x TEDS文件传递到数据管理器。
3 基于ROS的SDM系统
3.1 组成及工作原理
参照SPA标准的SDM系统的工作原理, 基于ROS构建一种SDM系统。此SDM系统能够实现对USB设备进行身份识别和登记, 当有应用程序提出设备请求时, 系统可以自动为应用程序寻找、驱动、连接合适的设备。
此SDM系统包括三个主要组件:ROS系统、设备管理器和设备查询器。
(1) ROS系统
ROS (Robot Operating System) 是一种用于机器人领域的软硬件集成的开源次级操作系统, 基于Ubuntu操作系统工作。在ROS系统中, 可执行文件被称为节点, 它们根据功能被分类封装。ROS提供分布式处理网络, 不同节点通过在主题上发布 订阅的消息的方式来实现数据的传递, 进而协同完成一项工作。
SDM利用ROS中自带的设备驱动节点, 对设备进行驱动, 并通过发布主题的方式将设备数据导出。另外, ROS的许多强大特性可以强化SDM功能。例如:同一设备数据的复用、设备数据的延时使用等。这些功能对于大大节省了宝贵的星上计算资源。
(2) 设备管理器
设备管理器对连接到系统的设备进行识别和登记。其主要通过获取USB设备的VID PID编码对它们进行识别。其工作原理如下:首先, 启动ROS服务器, 激活ROS相关功能;随后, 每2 秒对接入USB设备进行扫描, 在“可用设备文件夹中”为每个设备生成一个“可用设备文件”;最后, 在“可用设备文件”中写入的驱动指令语句, 以便需要调用设备时使用。
(3) 设备查询器
设备查询器代理应用程序寻找合适的设备。每一个需要调用设备的应用程序都会启动一个设备查询器为其寻找合适的设备。其工作原理如下:首先, 在“可用设备文件夹”中寻找是否有所需的设备;如有, 则提取其可用设备文件中的驱动指令在ROS终端中执行, 驱动设备;最后, 将设备数据发布到指定主题上, 供应用程序使用。
3.2 即插即用验证实验
分别使用USB摄像头和激光雷达对SDM功能进行检测。
首先, 启动一个调用摄像头设备的应用程序, 如系统中有该设备, 则SDM系统将其驱动并用一个窗口将其捕捉的画面显示出来, 否则等待设备的连接。随后, 启动一个调用激光雷达设备的应用程序, 进行同样的实验。实验验证了该SDM系统支持多种设备的自发现、自配置, 支持设备即插即用。
4 总结
通过对SPA标准的分析与总结, 本文基于ROS构建一种SDM系统, 实现USB设备的自发现、自配置和即插即用功能。ROS的使用, 使得该SDM具备众多优点, 尤其是发布/ 订阅的数据传输模式使得设备与应用程序解耦, 卫星任务的执行将具有更大的自由度。
摘要：本文对目前比较成熟的卫星设备即插即用标准SPA进行研究。并基于广泛应用于机器人领域软硬件集成的ROS系统来构造一种即插即用系统。该系统能够实现对不同设备的自发现、自配置, 支持设备的即插即用, 对卫星设备即插即用系统的进一步开发提供参考。
关键词：即插即用,SPA,标准,ROS
参考文献
[1]Lyke J, Cannon S, Fronterhouse D, et al.A plug-and-play system for spacecraft components based on the USB standard[C].19th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites.2005.
即插即用功率接口 篇4
SCD文件是智能变电站的全站配置文件, 包含了智能变电站的全部信息。它采用XML语言描述格式, 描述了智能变电站一次系统结构、所有IED的实例配置信息、通信访问点的位置及地址和所有IED间虚端子互连信息等。SCD文件是全站统一的数据源。
智能变电站整个二次系统涵盖在变电站配置描述文件SCD (substation configuration description) 中, 以往常规综合自动化系统IED (智能电子设备) 基于端子二次连接关系, 演变为基于GOOSE数据包的虚端子/虚回路对应关系。由此, SCD成为二次系统关键, 二次系统成为黑匣子, 这对智能变电站的二次运行管理带来了新的挑战。
目前工程中生成SCD文件的方法一般是厂家提供装置ICD文件, 设计单位按照实现二次功能所需要的信息交互制作虚端子接线表, 集成商根据全站所有设备的虚端子信息组态为SCD文件, 再由SCD文件导出各装置的CID文件下装至各二次物理设备, 实现二次功能。而按照传统的先施工、后调试的建设步骤, 以往工程中的SCD文件都是装置图纸就绪并完成光缆、电缆等后, 才开始设计, 并在现场调试中反复验证。由于各个厂家装置建模的ICD文件不一致, 信号描述不一致, 属性说明差异等原因, 不同工程或同一工程不同期、不同间隔虚端子接线表和SCD文件差异也较大, 同时, 进行智能变电站间隔扩建或IED装置升级时, 有时不得不采取全站停电或模拟搭建完整站方案进行SCD验证试验。这些原因使得SCD文件的配置成为一项繁琐、耗时较长、且给扩建工程带来较大困难的工作。
本文所研究的SCD配置文件的“即插即用”正是为了解决这些问题, 使SCD文件配置成为一项工厂化预制式的工作, 实现本期设备逻辑功能的即插即用;并利用模块化的理念, 实现扩建工程相关设备的即插即用, 避免重复繁琐的反复验证。
2 SCD标准化实现本期即插即用
要实现SCD配置文件的即插即用, 标准化是基础。标准化包括几个方面:二次功能配置标准化、一二次设备连接标准化、ICD文件模型标准化。
2.1 二次功能配置标准化
不同变电站或同一变电站相同的主接线形式与设备配置下, 其功能应是标准化, 具备可移植性的。标准化功能下变电站内同一类型各间隔的配置信息是基本一致的, 可以模块化扩展和复制。功能配置一体化的基础是通用设计方案, 按照通用设计方案同一电压等级, 类似接线形式的变电站其功能配置也基本是相同的。
2.2 ICD文件模型标准化
ICD文件是二次装置IED的能力描述文件, 规定了装置与外界交互信息的数据集、信号内容等。
ICD文件 (IED能力描述文件) 是智能化变电站所有工作的基础, 该文件的质量直接关系到工程实施的质量和工作量。标准化了的ICD文件可使本来需要花费大量时间来配置的工作通过软件来直接实现, 大大节省了工作时间也保证了工作质量;标准化了的ICD文件其中文描述可直接用于后台信息描述, 也保证了后台信息描述的标准化;标准化了的ICD文件对装置结构表达更明确, 更利于对装置功能的分析和问题的查找。ICD文件的标准化能够使得不同厂家的模型文件具备一致性, 可互换, 是即插即用的基础。
工程实际对ICD文件的使用过程中发现有些厂家会对同一个信息多次定义, 另外, 重复存在的信息因为名称基本一致有时很难区分两者分别来自哪个数据集, 经常会出现错误管理数据信息的情况。因此建议对ICD文件的检查要包括信息重复反应的问题。
2.3 一二次设备连接标准化
由ICD文件和虚端子表的标准化, 二次设备之间的信息通信可以预先建立, 但由于一次设备的多样性、不易统一, 一二次设备之间的连接也需要进行标准化。
一二次设备之间的连接主要是一次开关刀闸和智能终端之间的信号联系, 以及作为一二次接口设备的智能终端和间隔层设备之间的信号联系。
在建立了这样的一二次接线标标准化对应关系之后, 即使尚未进行设计和接线, 每个智能终端的开入, 也即ICD文件中的点位所对应的内容就已经明确了, 与保护装置类似的, 智能终端的虚端子表也实现了标准化。
2.4 SCD配置文件的工厂预制
基于以上论述, 变电站内所有设备的虚端子表、信号点位不受设备订货的制约。一二次设备连接直接按照标准化虚端子配置。这样就可以由设计单位在集成商、一次设备厂家确定之前就进行SCD文件的预制。待各厂家确定后, 即可将SCD文件导出的CID (装置配置文件) 下装到各个同型号设备中进行联调、验证, 通过验证适配后, 发往现场的各二次设备均为已经下装了CID的可用设备, 在现场安装、连接后即可实现其功能, 实现即插即用。
3 SCD模块化实现扩建即插即用
3.1 SCD配置文件模块化构想
对于扩建工程, 还需要对SCD文件按照新建设规模和内容进行扩充, 对相应设备进行修改, 重新调试, 并下装新配置文件, 较为繁琐, 且对新的SCD文件还需重新验证。针对这样的问题, 可以采用SCD模块化的方法来改变扩建工程面临的问题。
现有的SCD配置中一般是根据本期规模进行配置, 到扩建时再根据扩建内容来扩充修改SCD文件, 扩充、修改的内容是未经过测试的, 且扩建工程牵涉到多个公用设备, 均需重新配置、调试, 进而影响了正常的带电间隔。SCD模块化思路则为初期配置时就按照全站最终规模来设计SCD文件, 当然这样的预先设计是以设备功能、装置配置文件和接线标准化为前提的。在标准化基础上进行的预先设计可以不受本期规模限制, 按照全站最终规模展开。
3.2 模块化实现扩建工程的即插即用
按照上述模块化配置方案从一开始就形成的是一个完整的SCD文件, 应用时根据本期规模将不存在的间隔模块删去, 并将公用设备模块的可用间隔调整为本期对应间隔。
在扩建工程时, 取出最终规模SCD, 删除扩建后不存在的模块, 并重新调整公用设备模块连线各间隔的有效/无效属性。这样形成新的SCD文件, 并进行CID文件的导出。按照新的CID下装;扩建涉及设备的CID则可以和前期该装置的CID对比, 验证本期新增功能正确, 然后进行下装;无关设备即无影响的前期间隔, 将CID文件与前期比对后是一致, 无修改的, 则不需要对该设备进行操作。
需要重新下装的扩建设备、扩建涉及设备实际上就对应了SCD完整设计期间的间隔模块和公用设备模块。采用这样的减模块方案进行扩建站设计, 相对目前的修改增加内容设计方案来说主要优点是:
(1) 保证不同期工程设备功能的标准化和一致性;
(2) 全站SCD已经在一期进行过验证测试, 扩建时只涉及功能修改, 避免出现其他的语法逻辑问题;
(3) 导出CID文件可以和前期对比, 验证扩建内容;
(4) 在标准化基础上导出的CID文件前期已经实践应用, 可快速实现扩建工程设备的即插即用。
4 结论
二次功能配置标准化、一二次设备连接标准化、ICD文件模型标准化, 是SCD文件即插即用的基础。在上述标准化的前提下, 可由设计单位在集成商、一次设备厂家确定之前就进行SCD文件的预制。提前联调验证, 然后在工厂内设备预制阶段就将导出的CID下装到各个设备, 在现场安装、连接后即可实现其功能, 实现即插即用。
针对扩建工程SCD修改带来的问题, 提出了SCD文件模块化设计方法, 分为间隔模块和公用模块。在一期工程时就按照最终规模进行模块化、标准化的全站最终规模SCD文件设计, 并与一期SCD同步验证, 从而将扩建时SCD的增加内容设计变为减模块设计, 具备已验证、标准化、可对比的优点, 能够实现扩建设备的即插即用。
参考文献
[1]张亚非, 等.智能变电站SCD配置文件图形化展示方法.中国专利技术.
即插即用功率接口 篇5
地理信息系统 (GIS) 是一个用于管理、分析和显示, 并在不同系统和地点的用户间传递地理信息数据的系统。随着科技的不断进步, 数字化地球日益成为关注的焦点, 对地理信息系统已经产生了更高的要求, 全球化即是一个重要的发展趋势。全球地理信息系统的概念是由Gold提出的[1], 他认为全球GIS与传统GIS的主要区别包括基于全球网格支持对海量数据处理, 以及直接基于球体或椭球体的表面操作。地理信息系统向全球化、多维化、支持多分辨率及多尺度数据、支持PB级规模数据存储调度的方向发展将是未来GIS的趋势。
全球GIS的发展为地理信息数据的存储调度带来了新的机遇与挑战。要实现全球GIS, 需要构建一个高可靠性、高可用性、高稳定性、超大规模吞吐率的地理信息数据系统作为应用平台。传统的文件系统将海量的数据积累在少数的计算中心, 导致网络超负荷工作, 大量终端的处理能力闲置[2]。然而, 分布式文件系统通过网络访问每个节点的存储空间, 使得分布在各个节点的存储资源形成虚拟的存储设备, 具备成本低廉, 容错性强, 安全性高等特点, 其应用体现出巨大的优势, 非常适合构建全球GIS应用平台。
地球经过相关剖分理论进行剖分, 构建分布式文件系统后, 全球地理信息数据将按照剖分区域分别存储在对应的网络存储节点上。为了满足分布式文件系统高度的可扩展性和灵活性, 广义的存储节点可以是计算机终端设备, 也可以是移动电子硬盘、光盘、USB闪存等移动存储介质。分布式文件系统面临的最大挑战之一是频繁的节点失效, 每时每刻任何网络节点都可能因产生故障而退出系统;随着数据量的不断增长, 系统将不断扩充其存储容量, 增加相应的存储节点;当用户需要查询某一地理区域的数据时, 都会将对应的存储节点纳入整个文件系统中进行数据调度。以上应用都需要对存储节点做频繁变动。这里突破传统意义上设备层次的概念, 提出基于分布式文件系统的即插即用技术, 即存储节点不需要经过文件系统进行复杂的识别、配置。在尽可能短的时间段内完成纳入及退出整个文件系统的过程, 在物理层次、协议层次、应用层次实现接入后, 即可以立即投入使用。
1 架构体系
随着计算机技术的进步, 各种相关理论、产品、技术不断应运而生, 移动存储介质呈现出空前的多样化, 连入网络的设备也不再局限于个人电脑和工作站等传统意义上的计算机, 还包括许多个人通信设备和移动存储设备, 例如3G手机、数码相机、电视机机顶盒等智能设备[3]。这些设备都可以成为分布式文件系统的存储节点。基于分布式文件系统的即插即用技术对上述设备的具体支持体现在以下几个方面:
1.1 物理层次
负责物理连接上的配置与使能。当存储地理信息数据的硬件实体接入分布式文件系统后, 系统不需要预先获悉硬件实体的位置, 以及安装驱动程序, 只需通过判断硬件实体发布的描述信息, 即可决定是否接纳该设备成为自身的存储节点, 具体流程见图1所示。
1.2 协议层次
在物理层次的基础上, 负责实现存储节点与分布式文件系统的交互工作。具体包括:
1.2.1 加入和退出协议
研究将存储相应地理信息数据的硬件实体接入分布式文件系统后的认证, 以及用户对存储所需地理信息数据的硬件实体利用完毕后, 系统确认硬件可以安全移除的机制。
在加入时, 硬件实体发布自身的描述信息, 以备系统识别。系统根据描述信息决定是否接纳该硬件实体形成系统节点, 并更新系统节点列表。在退出时, 硬件实体发出退出申请, 系统根据当前网络的应用状态决定是否允许该节点脱离系统。
1.2.2 数据传输协议
负责设计三维地理信息系统数据模型及数据传输模型, 在设计的过程中考虑如下几个问题[4]。
(1) 通用化原则。
从应用角度分析, 三维地理空间信息涉及多个业务部门, 应用背景存在较大差异, 具有数据分散, 类型多样, 多源异构等特点。设计数据模型时, 应当考虑通用性, 以便实现数据的共享与交换。
(2) 面向对象原则。
在三维地理信息系统的数据模型中各个层次都要面向对象, 具体实现时不仅要采用面向对象的程序设计方法, 而且面向问题域分析所采用的概念模型也要面向对象。此外提供给用户使用和二次开发也应是描述空间实体对象的一些类的集合[5]。
(3) 兼容性原则。
对数据的处理常需要导入或导出分布式文件系统内的数据, 所以设计数据传输模型时, 必须考虑与其他应用软件的兼容性。
1.2.3 数据校验协议
基于三维地理信息系统数据模型, 负责对节点之间传输的数据进行检验, 研究应对传输过程中数据错误的解决方案, 为系统的高可靠性提供支撑。
1.2.4 节点校验协议
负责通过驱动系统定期监测所属节点的工作状态及性能, 使得用于扩充系统容量的节点加入系统;强制损坏或工作失常的节点退出系统, 实现节点按需在线、分时段在线。保证对用户查询数据的快速响应, 同时保证系统的高稳定性及扩展性。
1.3 应用层次
在存储实体经过认证加入分布式文件系统的基础上, 按照业务逻辑, 结合资源性能参数及用户指令动态分配和调度各个存储节点的功能及数据, 形成任务流程并执行完成任务。
应用层次是基于物理及协议层次的, 旨在建立面向任务的资源调度模型, 设计面向任务的数据资源动态调度协议, 协调系统数据资源调度效率与代价, 实现数据的高效率调度分发。
2 关键技术
2.1 网络环境即插即用技术
网络环境即插即用技术是实现基于分布式文件系统即插即用的基础, 该技术基于网络工作环境, 面向应用层次需求, 总体目标是将网络转变成一个灵活、易于管理的工具[6], 使分布式文件系统的各个节点所装载的数据及服务可以动态地加入或移出系统。
该技术的核心思想是在分布式文件系统的基础上开发一组新的协议, 实现系统与节点之间的自由交互, 其中的关键部分如下:
(1) 发现协议。发现协议用于自动识别系统环境节点的增减变化, 通过分析节点发布的描述信息, 对其进行身份验证。通过验证发现, 协议驱动系统总线将节点纳入分布式文件系统所属的网络环境, 并更新系统的节点信息列表。
(2) 查找协议。基于对象类型的查找协议是分布式文件系统节点之间互相发现和交互的基础[7], 该协议为系统中的可用节点及服务提供集中注册。每个节点在加入系统之前, 首先利用查找协议查找系统, 再按照加入协议的规范进入系统, 正式成为系统的一部分。
(3) 租约协议。租约协议实现用户对系统节点的合理占用。对请求使用某节点资源的用户进行需求等级筛选, 保证最需要者优先;当租约到期时, 系统收回节点资源, 用户通过更新租约不断延长对节点资源的占用。
2.2 网络资源搜索技术
多任务、多层次、面向实际需求的地理空间数据应用是基于分布式文件系统的全球GIS的最终目的, 在庞大的网络环境中快速、准确地定位用户所需的数据资源是解决网络资源搜索技术的关键[8]。
在比较分析各分布式文件系统资源搜索模型优缺点的基础上, 本文认为采用建立在分布式哈希表 (DHT) 技术基础上的分布式结构化搜索模型能够加速查询的速度, 提高安全性, 并且占用的网络带宽较少, 因此是该技术的发展趋势。
如图2所示, 应用层次的事件感知、网络存储等通过分布式哈希表调用哈希函数产生资源名称。当前, DHT技术正受到研究者们的密切关注, 是P2P资源搜索模型研究的焦点。采用DHT技术的典型搜索模型有CAN模型和Tapenstry模型、麻省理工学院的Chord模型、以及MicroSoft的Pastry模型。
2.3 全球多维GIS数据模型的设计
数据模型用于抽象表达现实世界的数据与信息, 全球范围的空间信息包含尺度、波段、时间、类型等多个维度, 涵盖了时间、空间、频谱等多种分辨率。全球多维GIS数据模型是用于描述上述全球范围的地理空间信息, 并能够实现高效存储, 快速访问和易于扩展等特性的数据结构。
目前, 现有的时空数据模型仍然以二维平面GIS为基础, 无法做到真正的时空一体化[1]。主要表现在时间与空间分离, 时空内涵单一, 无法反映地理现象的变化等。基于全球GIS的多维数据模型设计应建立在概念层、逻辑层、物理层的基础上。三个层次的相互关系如图3所示。
图3表明, 从显示世界的实体过渡到可在计算机中处理的数据模型需要经过一系列的设计流程。此外, 对全球GIS多维数据模型的设计还必须考虑与应用软件环境以及其他GIS应用软件相互兼容的问题。目前国内外的一些研究机构已经开发出了一些3D造型软件, 或在原来的2DGIS中增加了三维功能, 但是海量三维模型的建立、管理用户软件界面设计方面还有待进一步研究[9]。
2.4 面向任务的数据资源动态调度技术
在现实应用中, 需要考虑以下问题:当用户产生使用某地理空间数据的申请时, 所对应分布式文件系统的节点可能处于非工作状态, 而激活该节点并将其纳入系统可能耗费较大的时间损耗[10];但系统所有的节点同时处于工作状态也会造成不必要的资源浪费, 付出昂贵的代价。本文对解决上述问题提出初步构想, 认为可以采用面向任务的数据资源调度技术。具体讲, 设计基于任务的数据调度模型, 采用主动、被动两种调度协议。
通过主动调度协议, 用户可以发送若干类数据请求。系统对用户的身份进行验证后, 检测对应节点是否处于工作状态, 对于尚未启动的节点, 则以最快速度进行启动, 并纳入系统, 待数据传输过程结束后, 系统收回用户对节点的占有权;通过被动协议, 用户不发送数据请求。由系统通过热点分析对用户可能关注的地理空间所对应的存储节点进行筛选, 激励其处于在线工作状态, 并不断更新热点区域列表, 实现按需在线。
3 结 语
随着地理信息系统理论和技术的不断发展, 构建全球地理信息系统将是必然趋势。针对分布式文件系统中频繁的存储介质移入移出以及对热点区域持续关注等的现实需求, 本文以研究分布式文件系统节点即插即用技术, 面向应用需求, 为用户提供快速、准确的地理信息数据处理与应用能力为目标, 分析了关键技术并提出解决方案。
参考文献
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[4]孙敏, 赵学胜, 赵仁亮.Global GIS及其关键技术[J].武汉大学学报:信息科学版, 2008 (1) :41-43.
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[7]罗强.即插即用技术研究Jini分析和Ipnp设计[D].成都:电子科技大学, 2001.
[9]樊文平, 刘荣, 宋富林.三维地理信息中3D模型研究综述[J].地理信息世界, 2005 (5) :37-38.
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即插即用功率接口 篇6
在全球化背景下,无论是政府还是企业,虽然工作方式不同,但均期待降低沟通成本,并享受更便捷的服务,视频会议已成为解决这个问题的一个优选。
视频协作无处不在
”面对面”的沟通更简单,也更符合人的本质需求,这也是视频会议服务在降低沟通成本的同时也备受企业员工欢迎的原因。IDC市场研究公司认为,企业环境里视频会议的推广已经几乎不存在障碍了,特别是视频已经成为一体化应用的一部分,以增强通信和协作效率。
与此同时,在当前“移动”的趋势下,智能手机、平板电脑等移动终端进一步发挥了便捷沟通的潜力;H.265等技术的发展,提升了视频会议的质量,让1080p的高清体验在占用更少带宽情况下,却能在更多终端上呈现。
视频会议在不断向前发展,在这个过程中,Av/aya北京研发中心总监袁露认为,“协作”与“便捷”将是该产业发展的关键词。她举例道:“正在移动终端上进行视频会议的员工,在抵达办公室后期望无缝切换到会议室或其他终端,人们对这些移动终端与传统会议室、桌面电脑等之间协作需求日益涌现。”
如果说协作满足了用户需求,那么便捷则决定了用户体验。
袁露进一步以Avaya新品举例,通过声波匹配技术,用户可以无线分享电脑、平板上的内容到会议室屏幕上,而在过去,这必须通过有线的方式实现。
北研中心与最强大脑
正如同大脑控制着人的行为一样,视频协作无处不在,会议室、桌面电脑、平板、手机等视频会议终端不断扩展的同时,视频会议也需要“大脑”来控制与管理这些终端,以及相互间的灵活协作。而这,正是袁露及其带领的北京研发中心团队的主要工作。
Avaya本身作为一家在视频会议领域拥有强大技术优势的企业,研发创新也是战略发展不可或缺的一部分。目前Avaya视频会议产品在全球拥有4个研发中心,分别位于意大利(主攻硬件终端研发)、以色列(专注基础架构以及软终端研发)、美国(聚焦视频录制和媒体流播放)以及中国的北京。
袁露向《通信世界》记者介绍,北京研发中心拥有一支由30多位专家组成的核心团队,这些专家在C++、Java、视频、数据库、网络、网页设计等领域各有建树。北京研发中心的主要工作之一,便是Avaya视频会议管理系统Scopia Management以及防火墙穿越解决方案Scopia PathFinder的研发。
Scopia Management负责视频会议中所有的呼叫行为(包括授权与管理呼叫、带宽控制等)、终端设备管理(接入视频会议的设备管理、配置、监控等)、会议进程(会议室安排、预定、管理等)、企业服务(地址信息、角色分配、虚拟会议室、报表等)。除了与自家视频会议、统一通信产品进行集成与管理,Scopia Management还支持与微软Lync、IBM、思科、宝利通等产品间的连接与融合。
在视频会议解决方案中扮演着“大脑角色”的Scopia Management,见证着北京研发中心在全球研发团队中的重要地位,其他团队的新品研发创新,均离不开北京团队的支持。这在袁露看来,正是他们与部分全球性企业在华组织的不同之处——掌握核心技术。
除此之外,袁露表示北京研发团队还承担着客户支持与服务质量保障工作,及部分本土化及区域性职责。
即插即用的云服务
洞察并引领趋势,是成功企业的制胜砝码。在云计算对视频会议来势汹汹的洗礼下,Avaya当然也注意到这次技术革命对产业的影响,并快速行动。
袁露向记者表示,在2014年Avaya推出了面向云服务提供商的VaaS (Video as a Service)服务,帮助云服务提供商部署灵活的统一通信、视频解决方案,使其为企业客户提供更好的服务,并增加营收来源。
不仅如此,Avaya在北美地区推出了云服务Avaya Live Video,从一个技术提供商转变为云服务提供商。企业可以跳过资本投资和传统部署视频会议解决方案的技术麻烦,直接向Avaya购买云服务。企业员工只需通过下载桌面应用程序或移动APP,便可以从任意PC、平板、智能手机加入虚拟的视频会议室。
事实上在市场侧,各家厂商纷纷在视频会议云化方面进行布局,以抢占市场先机。不过在袁露看来,包括Avaya在内的厂商还需要在云服务的“即插即用”上努力。
“鉴于视频本身的复杂性,企业用户或个人购买终端后期望享受云视频会议服务,还需要进行网络等配置,这会给不熟悉视频会议服务的用户造成技术困扰,也与云服务的便捷、灵活特征相违背。”袁露表示,云服务提供商需要将类似网络配置这样的技术复杂性藏在“云”后,并向用户提供即插即用的服务。