IETM數據顯示與存儲技術研究

【后勤保障與裝備管理】

IETM數據顯示與存儲技術研究

喬福超，齊玉東，陳青華

(海軍航空工程學院，山東 煙臺264001)

摘要：為提高交互式電子技術手冊(IETM)的數據顯示和存儲能力，分析了IETM數據描述語言及其特點，討論了使用XSL和CSS樣式單對IETM數據進行顯示控制的方法，提出了一種使用關系數據庫和文件系統存儲IETM數據的方法；所討論的IETM數據顯示與存儲技術在某校園網IETM系統中得到了應用，具有一定的實用性。

關鍵詞：交互式電子技術手冊；XML；數據庫；XSL

收稿日期：2014-08-15

作者簡介：喬福超(1989—)，男，主要從事計算機測控技術研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.03.025

中圖分類號：TP391.1

文章編號：1006-0707(2015)03-0094-04

本文引用格式：喬福超，齊玉東，陳青華.IETM數據顯示與存儲技術研究[J].四川兵工學報，2015(3):94-97.

Citation format:QIAO Fu-chao, QI Yu-dong, CHEN Qing-hua.Research on Technology of IETM’s Display and Storage[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(3):94-97.

Research on Technology of IETM’s Display and Storage

QIAO Fu-chao, QI Yu-dong, CHEN Qing-hua

(Naval Aeronautical Engineering Institute, Yantai 264001, China)

Abstract:In order to improve the ability to display and store the data from interactive electronic technical manual (IETM), we analyzed IETM’s description language and its characteristic, and discussed a technology to control IETM’s display with cascading style sheet and extensible style sheet language, and proposed a method to store IETM’s data with relational database and file system. The technology of IETM’s display and storage discussed above was used in an IETM of campus network system, which has a certain practicality.

Key words: interactive electronic technical manual; XML; database; XSL

交互式電子技術手冊(Interactive Electronic Technical Manual，IETM)是以數字形式存儲，采用文字、圖形、表格、音頻和視頻等形式，以人機交互方式提供裝備基本原理、操作使用和維修內容的技術出版物[1]。該技術是上世紀80年代美軍提出的一項重要的軍事裝備保障技術，是美軍“持續采辦與壽命周期保障”(Continuous Acquisition and Life-cycle Support，CALS)戰略的重要組成部分和關鍵技術。目前，國內外主流的IETM標準對數據模型、顯示布局、數據編碼體系等方面進行了細致的規范，但關于數據顯示、數據存儲方面的詳細技術并未進行說明。因此，結合某校園網系統IETM項目的實際開發經驗，對IETM數據的顯示和存儲技術進行研究和討論，為相關的研究與開發提供參考。

1IETM數據的描述

IETM數據是指在IETM中用于描述裝備技術資料及自身元信息的數據。為實現IETM數據的互操作性，便于IETM系統之間以及IETM系統與其他信息系統(如裝備綜合保障信息系統)之間的數據交換和共享，IETM數據應當具有一定的可重用性、可移植性。在IETM三十多年的發展歷程中，先后使用了多種標記語言來描述數據，以實現數據的交換和移植。其中，SGML、XML兩種標記語言在IETM中有重要應用。標記語言的發展歷史如圖1所示。

1.1SGML在IETM中的應用

20世紀60年代，IBM的研究人員創建了廣義標記語言(Generalized Markup Language，GML)，其初衷是將其作為一種通用的文檔格式，以提高系統的可移植性。在隨后的應用過程中，IBM進一步完善并規范了GML，使其發展成為標準通用標記語言(Standard Generalized Markup Language，SGML)。SGML是一種用于定義文檔結構、描述文檔內容的標準語言，其主要功能是通過設計文檔類型定義(Document Type Definition，DTD)文件來定義文檔格式，并通過標簽來表示文檔內容。由于格式與內容的分離，使用SGML編寫的文檔可以使用不同的程序進行編輯、檢索，有效地解決了文檔在多種操作系統間的移植問題。SGML的這一特性迎合了裝備保障領域單位多且需要統一技術信息的特點，成為IETM數據描述最初的首選[2]。20世紀80年代，美軍制訂了以SGML為基礎的《MIL-PRF-28001 電子文件交換及表示的置標要求與通用格式指南》標準，明確規定了凡是在武器裝備采購中所建立的電子文檔，必須遵循美國國防部的SGML標準[3]。歐洲在同時期發布的S1000D標準以及美軍在1992年發布的MIL-M-87268、MIL-M-87269標準也提供了對SGML的支持[4]。這些標準為IETM的快速發展提供了基礎。

圖1　標記語言的發展歷史

1.2XML在IETM中的應用

可擴展標記語言(Extensible Markup Language，XML)是對SGML進行簡化后的子集，它擯棄了SGML復雜、難以使用的部分，但同時保留了SGML的各種優點，如優良的可擴展性、格式與內容的分離等。可以說，凡是SGML能實現的功能，XML幾乎都能實現[5]。此外，通過多種XML周邊技術的支持，還可以實現文檔類型檢驗、操作、搜索、查詢等功能。由于XML語言的優勢，很多IETM標準都逐步由支持SGML轉為支持XML作為數據的描述語言，如S1000D標準、美軍MIL-STD-2361標準、美軍MIL-STD- 40051標準等。我國IETM因研究起步較晚，推出的GJB6600標準主要是以國外標準作為參考，因此也采用XML作為數據描述語言。總體來看，采用XML描述IETM數據已成為IETM創作的主流。

2IETM數據的顯示

XML只能用于對數據進行傳輸和存儲，并不確定數據以何種方式、以怎樣的界面呈現出來。這種數據邏輯與顯示邏輯分離的特性帶來許多優點，例如：在編寫XML文件時，只需要關注數據結構和數據；可以突出XML數據存儲的優勢，簡化數據搜索的復雜度；可以使XML文件具有更好的自描述性等。在此基礎上，為了使XML數據能以可視化的方式顯示出來，還需要為XML文檔添加樣式單(Style Sheet)。樣式單是一種專門描述結構化文檔表現方式的文件，它既可以描述這些文檔如何在屏幕上顯示，也可以描述它們的打印效果。對于XML的顯示，W3C給出了兩種推薦的樣式單標準：一種是級聯樣式單(Cascading Style Sheet，CSS)，另一種是可擴展樣式單語言轉換(Extensible Style sheet Language，XSL)。通過XSL與CSS的相互配合，共同完成IETM數據的顯示。

2.1CSS簡介

CSS最初是為HTML頁面設計的一個網頁排版樣式標準，用以增強HTML有限的表現功能。CSS文檔通常包含一系列的顯示規則，這些規則可以控制網頁內容的精確布局、邊框、字體、顏色等顯示樣式，甚至一些網頁特效也可以借助于CSS實現。CSS雖是為HTML設計的，但它同樣適用于XML文檔的顯示控制。CSS具有以下幾點技術優勢：

1) 表達效果豐富。CSS支持文字和圖像的精確定位、交互性操作等功能，其對于文檔內容的表現力遠超過HTML中的標記。此外，CSS的標準規范獨立于其他結構化文檔的規范，當需要實現更加豐富的表現效果時，只需要修改樣式單規范即可，無需修改原始的數據文檔內容。

2) 文檔較小。在實際應用中，若相同標記下的內容有相同的表現形式，使用傳統的方法需要為每一個標記分別定義顯示格式，從而造成大量的重復定義。而在CSS中，對同一類標記只需要進行一次格式定義即可，大大減少了需要傳輸的文件的大小，提高傳輸速度，節約帶寬。

3) 可讀性好。CSS對各種標記的顯示進行集中的定義，且定義方式直觀易讀。這使得它的可讀性、可維護性都比較好。

2.2XSL簡介

XSL的主要作用是將一份XML文檔徹底地轉換為另一份格式文檔，如轉換為一份HTML文檔或另一份不同的XML文檔。相比于CSS所能夠定義的布局定位、顏色控制、字體控制等功能，XSL要強大得多，也復雜得多：它不僅可以定義XML文檔的顯示外觀，還能夠獲得對XML文檔里所有數據的全部控制權，從而完成將XML文檔向其他格式文檔轉換的工作。此外，XSL還內置了一些具有計算、排序功能的函數，甚至允許開發者開發自定義函數，因而可以對XML文檔的數據進行重新整理，并添加開發者所需要的控制邏輯，然后再將其顯示出來。

XSL樣式單的實質只是控制源XML文檔到結果文檔之間的轉換關系，它本身并不能進行轉換，因此必須要使用XSL轉換器才能夠完成實際的轉換工作。目前，很多程序和工具支持都XSL轉換，最常見的有各種瀏覽器，如Internet Explorer、Firefox等。除此之外，各種XML編輯器，如XMLSpy、Stylus Studio等也可以支持XSL轉換。

2.3IETM數據顯示技術

IETM數據的顯示是由XSL樣式單、CSS樣式單等文檔共同合作完成的，其顯示過程如圖2所示。首先，依據Schema或DTD文檔定義的數據模型約束，將與裝備相關的技術資料編輯為XML文檔和其他相關的信息對象。同時，依據數據模型設計相應的XSL轉換文檔，考慮到所有的IETM數據均符合數據模型的約束，因此可直接針對數據模型的元素結構設計XSL轉換文檔。符合同一數據模型約束的多個XML文檔在XSL作用下可轉換為風格一致的多個HTML文檔。轉換之后的HTML文檔再通過引用CSS樣式單文檔，對網頁的布局、色彩、字體、對齊方式等顯示風格進行詳細的控制，最終將IETM頁面顯示在通用的瀏覽器中。

圖2　IETM的數據顯示過程

這種顯示方式有以下優點：

1) 各個文檔各司其職：XML文檔負責傳輸、存儲數據；XSL樣式單負責將XML文檔轉換為HTML文檔，從而將XML數據轉換為適合在瀏覽器中顯示的內容；CSS樣式單針對轉換后的HTML定義顯示樣式。在數據模型和HTML顯示框架確定的情況下，各個文檔可獨立設計與開發。

2) 當XML遵守一定的數據模型(如描述類數據模型、程序類數據模型等)時，開發人員只需要針對這幾種特定的數據模型設計相應的XSL樣式單文檔即可，不必對每一份XML文檔都重新設計XSL樣式單，從而提高效率，極大地減少了工作量。

3) CSS樣式單可以只設計一份，重復使用；也可以設計多種樣式，以便用戶選擇喜愛的顯示風格。

以筆者近期研發的校園網系統IETM為例，該IETM使用XML文檔進行數據描述，使用XSL樣式單進行轉換，使用CSS樣式單進行顯示控制，最終的顯示效果如圖3所示。

圖3　IETM數據在瀏覽器中的顯示效果

3IETM數據的存儲

3.1IETM數據存儲方案

目前，對XML數據進行存儲和管理主要有以下3種方式：

1) 文件系統。該方式將XML數據直接存儲在XML文檔中，并通過文件系統進行管理。當程序需要對XML數據進行訪問時，首先利用文件系統找到所需的XML文檔，然后結合XML文檔的元素結構對數據進行遍歷訪問和操作。這種方法結構簡單且容易實現，但也有很多不足之處，例如，數據組織存儲效率低下，數據的增、刪、改、查等功能實現復雜，數據的完整性、一致性、安全性得不到保證等。這些缺陷使得該方法無法滿足IETM大量數據管理的功能及性能要求。

2) 原生XML數據庫。原生XML 數據庫(Native XML Database，NXD)是專用于存儲XML文檔的數據庫。它維持原有XML文檔的數據結構和元數據不變，通過XML相關技術(如XPath、XQuery、DOM等技術)對數據進行操作。與其他類型數據庫相比，它同樣支持事務管理、安全、多用戶訪問、編程API和查詢語言等，唯一區別是其內部模型是基于XML的，而不是其他的模型(如關系模型)。該型數據庫尤其適合存儲以文檔為中心以及半結構化的數據。目前，原生XML數據庫存儲技術尚不成熟，但這種存儲方式已成為IETM數據存儲的發展趨勢。

3) 支持XML的數據庫。支持XML的數據庫(XML Enabled Database，XED)是指在已有的其他類型數據庫的基礎上增加了XML支持模塊，通常是利用映射層來管理XML數據，使得XML數據能夠與數據庫之間進行數據傳輸和轉換。支持XML的數據庫可以是面向對象數據庫或者關系數據庫，其中，使用較為廣泛的是關系數據庫。在關系數據庫中，需要將XML數據按一定的算法映射到數據庫的表中，XML文檔存入到數據庫時就是XML源文件“打碎”的過程，而文件的取出則需要“重新組合”。在這種存儲方式下，關系數據庫所具有的強大的數據管理能力依然沒有改變，數據的移植性較高。此外，關系數據庫發展成熟，存儲規范，應用領域廣，因此，使用支持XML的關系數據庫存儲IETM數據是一種可行方案。

3.2一種簡化的關系數據庫存儲方案

IETM數據包含大量的XML文檔和信息對象。如果將這些XML文檔中的數據全部分解映射為關系數據庫中的字段再進行存儲，則需要進行復雜的映射轉換過程，其結果將產生大量的表格，且很能出現空置(null)字段，導致浪費空間、效率低下[6]。因此，提出一種簡化的利用關系數據庫存儲XML數據的方案。該方案采用“元數據+文件”的方式，將IETM數據存儲在數據庫和文件系統中。以GJB6600標準所規范的IETM數據(包括XML數據模塊和信息對象)為例，對這種存儲方法進行說明。

3.2.1數據模塊的存儲

在對數據模塊進行存儲時，首先提取其元數據(即標識與狀態段數據)并進行分解，將分解后的數據模塊編碼、發布日期、標題等元數據信息分別存儲到關系數據庫對應的字段中；然后，將數據模塊文件以二進制格式存儲到BLOB字段中。由于IETM數據模塊普遍使用標準的編碼體系對數據模塊進行唯一標識，因此通過元數據便可以實現數據模塊的檢索與管理。使用這種存儲方式，極大程度地減少了數據表的數量和null字段的產生，且數據模塊具備一定的安全性。以GJB6600標準所規范的數據模塊為例，關系數據庫中數據模塊的存儲表如表2所示。

表2　XML數據的存儲數據表

3.2.2信息對象的存儲

信息對象的存儲與數據模塊存儲方法相似。首先提取信息對象的元數據并進行分解，將分解后的信息控制碼、文件類型、創建日期等元數據提取并存儲在數據庫相應的字段中。考慮信息對象文件一般體積較大，若直接將其存儲為二進制文件必定會影響數據庫的運行效率。因此，將信息對象文件存放至文件系統中，而在數據庫中僅存儲該信息對象的文件路徑URL。如此，IETM數據管理系統只需要到數據庫中讀取相應文件的存放路徑，再根據該路徑訪問相應的信息對象即可。在這種存儲方式下，關系數據庫中信息對象的存儲表如表3所示。

表3　多媒體數據的存儲數據表

4結束語

論文主要研究了IETM數據的顯示和存儲技術。在數據顯示方面，討論了使用XSL和CSS樣式單對IETM數據進行顯示控制的技術；在數據存儲方面，提出了一種使用關系數據庫和文件系統來存儲IETM數據的方法。所討論的IETM數據顯示與存儲技術在某校園網IETM系統中得到了應用，具有一定的實用性。

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(責任編輯楊繼森)