CN109660383B - 一种信息化任务系统自适应网络接口模型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信息化任务系统自适应网络接口模型，其技术特点在于：由下至上依次由网络传输服务层、网络传输调度层、业务层和应用层的四层结构组成；所述网络传输服务层采用高效UDP应用层报文格式，用于对上层提供UDP数据传输服务和FTP文件传输服务；所述网络传输调度层通过定义网络接口信息特征矩阵M作为发送网络接口自适应调度算法和接收网络接口自适应调度算法的输入，为网络接口信息的打包发送和接收解析提供高可扩展性的智能调度功能；所述业务层包括业务逻辑处理模块，用于具体任务系统业务逻辑信息的处理；所述应用层用于采集用户操作和显示接口信息。本发明能极大提高任务系统网络接口设计的可扩展性、信息传输效率和实时性。

Description

一种信息化任务系统自适应网络接口模型

技术领域

本发明属于网络接口技术领域，涉及自适应网络接口模型，尤其是一种信息化任务系统自适应网络接口模型。

背景技术

随着我国海军装备网络信息化建设全面提速，传统基于点对点连接的简单任务系统逐渐被基于全船主干信息网的复杂信息化任务系统所取代。基于网络的信息化任务系统具有强大的信息集成和综合处理能力，然而其性能在一定程度上依赖于信息接口的可靠性和实时性。传统简单任务系统信息接口较为单一，其开发和实现方法无法高效可靠地处理信息化任务系统具有多样性、并发性信息接口的情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、可扩展性强、信息传输效率高且具有实时性的信息化任务系统自适应网络接口模型。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种信息化任务系统自适应网络接口模型，由下至上依次由网络传输服务层、网络传输调度层、业务层和应用层的四层结构组成；所述网络传输服务层采用高效UDP应用层报文格式，用于对上层提供UDP数据传输服务和FTP文件传输服务；所述网络传输调度层通过定义网络接口信息特征矩阵M作为发送网络接口自适应调度算法和接收网络接口自适应调度算法的输入，为网络接口信息的打包发送和接收解析提供高可扩展性的智能调度功能；所述业务层包括业务逻辑处理模块，用于具体任务系统业务逻辑信息的处理；所述应用层用于采集用户操作和显示接口信息。

而且，所述高效UDP应用层报文格式包括多个信息单元，每个信息单元可封装一个独立的接口信息，且包含系统标识和信息标识两个字段，分别用于标识生成该报文的系统和信息本身的种类。

而且，所述网络传输调度层定义的网络接口信息特征矩阵M包含整个任务信息系统所有网络接口信息的特征参数，定义如下：

式中，第i行代表第i条网络接口信息全部特征参数，sys_i表示系统标识；msg_i表示信息单元标识；ip_i表示目标IP地址；port_i表示目标端口；Rt_i表示信息实时性要求；Pr_i表示信息优先级；

而且，所述发送网络接口自适应调度算法包括发送主线程Thread_Smain和自适应调度发送线程Thread_ctrl；

所述发送主线程Thread_Smain包括以下步骤：

步骤1、读取任务系统网络接口信息配置文件，初始化网络接口信息特征矩阵M，初始化信息单元发送队列Q_unit；

步骤2、开始运行自适应调度发送线程Thread_ctrl；

步骤3、等待业务逻辑处理模块触发消息发送事件，从事件参数中提取系统单元标识sys_i，信息单元标识msg_i以及发送消息内容content_i，根据系统单元标识sys_i，信息单元标识msg_i查询网络接口信息特征矩阵M，提取消息特征参数：实时性Rt_i，优先级Pr_i；

步骤4、根据设计信息单元数据格式对发送消息进行信息单元封装，并添加到信息单元发送队列队尾，然后继续等待业务逻辑处理模块触发消息发送事件；

所述自适应调度发送线程Thread_ctrl包括以下步骤：

步骤1、定义网络传输服务层采用的数据传输方式α；α＝0表示采用UDP传输服务，α＝1表示采用UDP结合FTP传输服务；查询信息单元发送队列Q_unit中信息单元数量是否大于0；若大于0则提取当前最高优先级Pr_i且最小队列序号的信息单元作为待发送信息单元s_unit，否则继续等待查询；

步骤2、判断待发送信息单元s_unit是否小于发送数据包最大长度L_max；

步骤3、如果s_unit长度不大于L_max，则查询Q_unit剩余信息单元中与s_unit有相同sys_i的信息单元，从中提取最高优先级Pr_i且最小队列序号的信息单元与s_unit进行组合得到新的s_unit；

步骤4、重复步骤3，直到s_unit长度达到小于L_max的最大值或同sys_i的信息单元全部完成组合；设置α＝0；

步骤5、如果s_unit长度大于L_max，计算超长指数λ：

其中，length(s_unit)表示s_unit的长度；

步骤6、计算拟采用接口方式α；

其中，λ_th表示超长阈值，Rt_th表示实时性阈值；

步骤7、综合步骤4和步骤6的α值与s_unit调用网络传输服务层进行数据传输。

而且，所述接收网络接口自适应调度算法包括接收主线程Thread_Rmain和自适应调度解析线程Thread_ctrl；

所述接收主线程Thread_Rmain包括以下步骤：

步骤1、读取任务系统网络接口信息配置文件，初始化网络接口信息特征矩阵M，初始化信息单元接收队列Q_unit；

步骤2、开始运行自适应调度解析线程Thread_ctrl；

步骤3、等待网络传输服务层触发消息接收事件，从事件参数中提取接收信息内容，解析包含信息单元数量，并逐一提取各信息单元参数：sys_i、msg_i以及信息单元内容content_i，并根据sys_i和msg_i查询网络接口信息特征矩阵M，提取消息特征参数：实时性Rt_i、优先级Pr_i；

步骤4、将提取的各信息单元添加到Q_unit队尾，然后继续等待网络传输服务层触发消息接收事件。

所述自适应调度解析线程Thread_ctrl包括以下步骤：

步骤1、查询信息单元接收队列Q_unit中信息单元数量是否大于0，若大于0则提取当前最高优先级Pr_i且最小队列序号的信息单元s_unit并对其进行初步解析；

步骤2、根据解析后的结果判断是否存在FTP文件传输，如果存在则调用网络传输服务层对文件下载并解析；

步骤3、将信息单元或文件解析的内容交由业务逻辑处理模块处理。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明提供一种信息化任务系统网络接口模型，包含四层设计，由下向上依次为网络传输服务层、网络传输调度层、业务层、应用层；其中网络传输服务层设计了高效UDP应用层报文格式，对上层提供UDP数据传输服务和FTP文件传输服务；网络传输调度层通过定义网络接口信息特征矩阵M作为发送网络接口自适应调度算法和接收网络接口自适应调度算法的输入，为网络接口信息的打包发送和接收解析提供高可扩展性的智能调度功能；业务层主要包含业务逻辑处理模块，用于具体任务系统业务逻辑信息的处理；应用层采集用户操作、显示接口信息。本发明通过设计高效UDP应用层报文格式结合网络接口自适应调度算法，极大提高了任务系统网络接口设计的可扩展性、信息传输效率以及实时性，能广泛应用到不同的信息化任务系统中，特别是包含并发性复杂网络接口的任务系统。

2、本发明采用分层设计思想，网络传输服务层设计了高效UDP应用层报文格式，网络传输调度层定义网络接口信息特征矩阵M作为网络接口自适应调度算法输入，能极大提高任务系统网络接口设计的可扩展性、信息传输效率以及实时性,能够有效的解决信息化任务系统接口设计问题。

3、本发明的一种信息化任务系统网络接口模型，采用分层设计思想，任务系统各个模块独立封装，降低各软件模块之间的耦合度，提升任务系统可扩展性和健壮性；设计高效UDP应用层报文格式能将多个长度较小接口信息进行自适应组合，提高网络包中有效数据的占比，从而提高数据传输效率和接口信息实时性；网络传输调度层通过定义网络接口信息特征矩阵M包含任务系统所有接口信息特征参数，极大提高了任务系统接口设计的可扩展性；网络传输调度层发送网络接口自适应调度算法和接收网络接口自适应调度算法基于网络接口信息特征矩阵M，综合考虑信息单元队列中信息单元的优先级、实时性要求以及长度等特性参数，为网络接口信息的打包发送和接收解析提供高可扩展性的智能调度功能，能极大提高接口信息传输效率以及高并发性网络接口情况下用户使用体验；综上所述，本发明能极大提高任务系统网络接口设计的可扩展性、信息传输效率以及实时性，能广泛应用到不同的信息化任务系统中，特别是包含并发性复杂网络接口的任务系统。

附图说明

图1为本发明的一种信息化任务系统网络接口模型结构图；

图2为本发明的高效UDP应用层报文格式设计图；

图3为本发明的发送网络接口自适应调度算法流程图；

图4为本发明的接收网络接口自适应调度算法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种信息化任务系统自适应网络接口模型，如图1所示，由下至上依次由网络传输服务层、网络传输调度层、业务层和应用层的四层结构组成；

所述网络传输服务层采用高效UDP应用层报文格式，用于对上层提供UDP数据传输服务和FTP文件传输服务；

所述网络传输调度层通过定义网络接口信息特征矩阵M作为发送网络接口自适应调度算法和接收网络接口自适应调度算法的输入，为网络接口信息的打包发送和接收解析提供高可扩展性的智能调度功能；

所述业务层包括业务逻辑处理模块，用于具体任务系统业务逻辑信息的处理；

所述应用层用于采集用户操作和显示接口信息。

在本实施例中，所述高效UDP应用层报文格式包括多个信息单元，如图2所示，每个信息单元可封装一个独立的接口信息，且包含系统标识和信息标识两个字段，分别用于标识生成该报文的系统和信息本身的种类。

各字段详细定义如下：

1)信息单元个数。一个字节，用于表示当前该报文包含独立信息单元个数，该值从1到255，最多可容纳255个信息单元；

2)系统标识。一个字节，用于表示产生该消息的系统，该值从0到255，除去本系统，最多可表示255个外部系统；

3)信息单元长度。两个字节，用于表示该消息的长度，考虑UDP对报文过长会分包的特性，限制该值小于1036；

4)时戳。四个字节，用于表示该消息生成的时间；

5)备用。两个字节，留做后续报文格式扩展使用；

6)信息单元标识。两个字节，用于区分不同的消息，该值从0到65536，最多可区分65536个不同的消息；

7)信息内容。字节长度不大于1024，消息的具体内容信息，单个信息单元长度不能超过1024，多信息单元组合长度一般也不超过1024。

通过上述应用层报文格式设计有以下优点：

(1)任务系统中长度较小的业务数据可以组合发送，从而大大提高有用信息在整个网络包中的占比，从而提高网络传输效率；

(2)通过定义系统标识和信息标识可便于对任务系统接口信息进行扩展。理论上可以扩展255个外部系统，每个系统消息数量可达65536条，信息接口的扩展不影响原系统设计。

在本实施例中，所述网络传输调度层定义的网络接口信息特征矩阵M包含整个任务信息系统所有网络接口信息的特征参数，定义如下：

式中，第i行代表第i条网络接口信息全部特征参数，sys_i表示系统标识；msg_i表示信息单元标识；ip_i表示目标IP地址；port_i表示目标端口；Rt_i表示信息实时性要求，取值范围为(0,1]，实时性高低与取值大小成正相关；Pr_i表示信息优先级，取值范围{1,2,3}，优先级高低与取值大小成正相关。

通过设计网络接口信息特征矩阵M可以提高任务系统网络接口可扩展性，如需增加或减少接口信息可直接在网络接口信息特征矩阵M中增加或减少相应的信息行而不用对网络传输服务层和网络传输调度层进行修改。

在本实施例中，所述发送网络接口自适应调度算法如图3所示，包括发送主线程Thread_Smain和自适应调度发送线程Thread_ctrl；

所述发送主线程Thread_Smain包括以下步骤：

步骤1、读取任务系统网络接口信息配置文件，初始化网络接口信息特征矩阵M，初始化信息单元发送队列Q_unit；

步骤2、开始运行自适应调度发送线程Thread_ctrl；

步骤3、等待业务逻辑处理模块触发消息发送事件，从事件参数中提取系统单元标识sys_i，信息单元标识msg_i以及发送消息内容content_i，根据系统单元标识sys_i，信息单元标识msg_i查询网络接口信息特征矩阵M，提取消息特征参数：实时性Rt_i，优先级Pr_i；

步骤4、根据设计信息单元数据格式对发送消息进行信息单元封装，并添加到信息单元发送队列队尾，然后继续等待业务逻辑处理模块触发消息发送事件；

所述自适应调度发送线程Thread_ctrl包括以下步骤：

步骤1、定义网络传输服务层采用的数据传输方式α(α＝0表示采用UDP传输服务，α＝1表示采用UDP结合FTP传输服务)；查询信息单元发送队列Q_unit中信息单元数量是否大于0；若大于0则提取当前最高优先级Pr_i且最小队列序号的信息单元作为待发送信息单元s_unit，否则继续等待查询；

步骤2、判断待发送信息单元s_unit是否小于发送数据包最大长度L_max，考虑网络传输最大信息单元，设置L_max＝1024；

步骤3、如果s_unit长度不大于L_max，则查询Q_unit剩余信息单元中与s_unit有相同sys_i的信息单元，从中提取最高优先级Pr_i且最小队列序号的信息单元与s_unit进行组合得到新的s_unit；

步骤4、重复步骤3，直到s_unit长度达到小于L_max的最大值或同sys_i的信息单元全部完成组合；设置α＝0；

步骤5、如果s_unit长度大于L_max，计算超长指数λ：

其中，length(s_unit)表示s_unit的长度；

步骤6、计算拟采用接口方式α；

其中，λ_th表示超长阈值，Rt_th表示实时性阈值，设置λ_th＝3，Rt_th＝0.8，即当分包数量超过3包或者数量低于3包且实时性要求低于0.8时采用UDP服务和FTP服务结合的方式；

步骤7、综合步骤4和步骤6的α值与s_unit调用网络传输服务层进行数据传输。

在本实施例中，所述接收网络接口自适应调度算法，如图4所示，包括接收主线程Thread_Rmain和自适应调度解析线程Thread_ctrl；

所述接收主线程Thread_Rmain包括以下步骤：

步骤1、读取任务系统网络接口信息配置文件，初始化网络接口信息特征矩阵M，初始化信息单元接收队列Q_unit；

步骤2、开始运行自适应调度解析线程Thread_ctrl；

步骤3、等待网络传输服务层触发消息接收事件，从事件参数中提取接收信息内容，解析包含信息单元数量，并逐一提取各信息单元参数：sys_i、msg_i以及信息单元内容content_i，并根据sys_i和msg_i查询网络接口信息特征矩阵M，提取消息特征参数：实时性Rt_i、优先级Pr_i；

步骤4、将提取的各信息单元添加到Q_unit队尾，然后继续等待网络传输服务层触发消息接收事件。

所述自适应调度解析线程Thread_ctrl包括以下步骤：

步骤1、查询信息单元接收队列Q_unit中信息单元数量是否大于0，若大于0则提取当前最高优先级Pr_i且最小队列序号的信息单元s_unit并对其进行初步解析；

步骤2、根据解析后的结果判断是否存在FTP文件传输，如果存在则调用网络传输服务层对文件下载并解析；

步骤3、将信息单元或文件解析的内容交由业务逻辑处理模块处理。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种信息化任务系统自适应网络接口系统，其特征在于：由下至上依次由网络传输服务层、网络传输调度层、业务层和应用层的四层结构组成；所述网络传输服务层采用高效UDP应用层报文格式，用于对上层提供UDP数据传输服务和FTP文件传输服务；所述网络传输调度层通过定义网络接口信息特征矩阵M作为发送网络接口自适应调度算法和接收网络接口自适应调度算法的输入，为网络接口信息的打包发送和接收解析提供高可扩展性的智能调度功能；所述业务层包括业务逻辑处理模块，用于具体任务系统业务逻辑信息的处理；所述应用层用于采集用户操作和显示网络接口信息；

所述高效UDP应用层报文格式包括多个信息单元，每个信息单元可封装一条独立的网络接口信息，且包含系统单元标识和信息单元标识两个字段，分别用于标识生成该信息单元的系统和信息本身的种类；

所述发送网络接口自适应调度算法包括发送主线程Thread_Smain和自适应调度发送线程Thread_Sctrl；

所述发送主线程Thread_Smain执行以下步骤：

步骤1、读取任务系统网络接口信息配置文件，初始化网络接口信息特征矩阵M，初始化信息单元发送队列Q_Sunit；

步骤2、开始运行自适应调度发送线程Thread_Sctrl；

步骤3、等待业务逻辑处理模块触发信息发送事件，从事件参数中提取系统单元标识sys_i，信息单元标识msg_i以及发送信息内容content_i，根据系统单元标识sys_i，信息单元标识msg_i查询网络接口信息特征矩阵M，提取信息特征参数：实时性Rt_i和优先级Pr_i；

步骤4、根据设计信息单元数据格式对发送信息进行信息单元封装，并添加到信息单元发送队列队尾，然后继续等待业务逻辑处理模块触发信息发送事件；

所述自适应调度发送线程Thread_Sctrl执行以下步骤：

步骤1、定义网络传输服务层采用的数据传输方式α；α＝0表示采用UDP传输服务，α＝1表示采用UDP结合FTP传输服务；查询信息单元发送队列Q_Sunit中信息单元数量是否大于0；若大于0则提取当前最高优先级Pr_i且最小队列序号的信息单元作为待发送信息单元s_unit，否则继续等待查询；

步骤2、判断待发送信息单元s_unit是否小于发送数据包最大长度L_max；

步骤3、如果s_unit长度不大于L_max，则查询Q_Sunit剩余信息单元中与s_unit有相同sys_i的信息单元，从中提取最高优先级Pr_i且最小队列序号的信息单元与s_unit进行组合得到新的s_unit；

步骤4、重复步骤3，直到s_unit长度达到小于L_max的最大值或同sys_i的信息单元全部完成组合；设置α＝0；

步骤5、如果s_unit长度大于L_max，计算超长指数λ：

其中，length(s_unit)表示s_unit的长度；

步骤6、计算拟采用数据传输方式α；

其中，λ_th表示超长阈值，Rt_th表示实时性阈值；

步骤7、综合步骤4和步骤6的α值与s_unit调用网络传输服务层进行数据传输；

所述接收网络接口自适应调度算法包括接收主线程Thread_Rmain和自适应调度解析线程Thread_Rctrl；

所述接收主线程Thread_Rmain执行以下步骤：

步骤1、读取任务系统网络接口信息配置文件，初始化网络接口信息特征矩阵M，初始化信息单元接收队列Q_Runit；

步骤2、开始运行自适应调度解析线程Thread_Rctrl；

步骤3、等待网络传输服务层触发信息接收事件，从事件参数中提取接收信息内容，解析包含的信息单元数量，并逐一提取各信息单元参数：sys_i、msg_i以及信息单元内容content_i，并根据sys_i和msg_i查询网络接口信息特征矩阵M，提取信息特征参数：实时性Rt_i和优先级Pr_i；

步骤4、将提取的各信息单元添加到Q_Runit队尾，然后继续等待网络传输服务层触发信息接收事件；

所述自适应调度解析线程Thread_Rctrl执行以下步骤：

步骤1、查询信息单元接收队列Q_Runit中信息单元数量是否大于0，若大于0则提取当前最高优先级Pr_i且最小队列序号的信息单元并对其进行初步解析；

步骤2、根据解析后的结果判断是否存在FTP文件传输，如果存在则调用网络传输服务层对文件下载并解析；

步骤3、将信息单元或文件解析的内容交由业务逻辑处理模块处理。

2.根据权利要求1所述的一种信息化任务系统自适应网络接口系统，其特征在于：所述网络传输调度层定义的网络接口信息特征矩阵M包含整个任务系统所有网络接口信息的信息特征参数，定义如下：

式中，第i行代表第i条网络接口信息的全部信息特征参数，sys_i表示系统单元标识；msg_i表示信息单元标识；ip_i表示目标IP地址；port_i表示目标端口；Rt_i表示信息实时性要求；Pr_i表示信息优先级。

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