基于發布/訂閱模型的戰場情報信息分發系統設計

◆周紅衛 張俊青

（中國電子科技集團公司第二十八研究所 江蘇 210007）

基于發布/訂閱模型的戰場情報信息分發系統設計

◆周紅衛 張俊青

（中國電子科技集團公司第二十八研究所 江蘇 210007）

根據戰場情報信息發布和訂閱的特點，提出了一種戰場情報分發系統的實時調度方法，通過監視負載量，在分發模塊均衡情報發布任務和訂閱任務，并實時監測和管理分發模塊，從而實現了情報信息的安全、高效地被按需分發。實驗證明，該方法能夠均衡情報信息分發系統的負載，節省了系統的資源開銷，為信息共享提供技術保障。

發布/訂閱；戰場情報信息分發

0 引言

集中式情報信息分發沿著指控流進行收集、處理再進行逐級逐層分發，信息需求者難以得到想要的信息，或接收到大量無用的信息而難以從大量冗余信息中辨認自己所需要的信息。信息生產者不知如何把合適的信息發送出去，讓信息需求者獲取這些信息。發布/訂閱機制實現了情報信息生產者和需求者之間的解耦，發布者生成信息，進行主題發布，訂閱者注冊感興趣的主題，只接收感興趣的情報信息[1]，一個單元可以成為發布者、訂閱者或兩者皆是，并可擁有多個主題相關聯，信息分發模塊作為事件代理，將發布者信息和訂閱者需求匹配，實現情報信息需求與情報信息供給的高度吻合，面向眾多的發布者和訂閱者，情報分發系統信息流動量巨大，因此，如何實現情報信息分發系統的調度和負載均衡是一個很有意義的研究問題[2]。

對于情報信息分發系統的調度問題，現有的方法主要是服務編排方法[3-5]，主要采用流程編排方法，但是在訂閱分發總線缺少對負載均衡的研究，很容易成為整個指控的瓶頸，不利于復雜的軍用通信環境，其他方法中，提出基于訂閱/分發機制的軍事信息系統知識庫協同框架探討方法[6-8]，但是，在協同框架中缺少發布者和訂閱者在信息節點的調度和管理，并且缺少分散控制、自組織控制以及相應的容錯能力。

考慮到情報信息分發系統中發布者和訂閱者數量很大，信息分發模塊的控制和管理尤為重要。根據情報信息發布和訂閱的特點，本文提出了一種基于發布訂閱機制的情報分發系統的實時調度方法，通過監視負載量，在分發模塊均衡情報發布任務和訂閱任務，從而實現了情報信息的安全、高效地被按需分發。

1 發布/訂閱信息交互模型

發布/訂閱信息交互模型在綜合分析情報信息用戶的權限級別和時效性、安全性、帶寬等方面的特征要求的基礎上，根據情報訂閱用戶的定制要求來確定分發給情報用戶的信息內容、格式以及數據轉換方式[9]。

如圖 1所示，發布/訂閱信息交互模型主要包括：情報信息的發布者負責情報信息的接入和發布；情報信息分發模塊為情報信息分發節點，要負責情報信息的處理，存儲和分發， 為情報信息分發模塊的實時調度服務，主要包括負載監視器、負載均衡器、負載控制器和分發監測器四個模塊；情報信息的訂閱者情報信息的需求者，一些節點既是情報發布者，又是情報訂閱者。

2 主要實現過程

2.1 組成結構

實時調度服務 主要包括發布負載均衡器、負載控制器、負載監視器、分發監測器以及訂閱負載均衡器，組成結構如圖2所示。其中，負載監視器模塊，基于指數平均算法，計算信息分發模塊上的發布和訂閱信息量；負載控制器模塊，采用熵值法，對分發模塊的負載進行減負控制；分發監測器模塊，通過使用一種類似脈搏機制的控制報文，對分發連通狀態進行控制，如果分發模塊失效，轉移發布和訂閱業務；發布負載均衡器模塊，通過Min-Min調度算法實現發布任務在分發模塊的負載平衡；訂閱負載均衡器模塊，通過Min-Min調度算法實現訂閱任務在分發模塊的負載平衡。

圖1 發布/訂閱信息交互模型

圖2 主要組成結構

2.2 負載監視器

負載監視器負責全生命周期地監視信息分發模塊上的每個分發節點，基于指數平均算法，計算信息分發模塊上的發布信息量和訂閱信息量。

2.3 信源發布

信源發布主要包括發布負載均衡器模塊和負載控制器模塊，將發布信息和訂閱信息在k個分發模塊上負載量構成一個數組，記為ETC矩陣，表示為：

信源發布過程如圖3所示，步驟如下：

步驟1：當實時調度服務接收一個信源發布時，首先遍歷分發集合，如果能夠找到，則將該信源發布到分發并在發布表單中添加該發布信息，轉為步驟3，否則將該發布信息添加到待發布表單，轉為步驟2；

步驟2：啟動負載控制器，采用熵值法，對分發模塊的負載進行減負載控制；

（2）對每個發布者對應的價值指標進行標準化處理，得到標準矩陣，其中為第j項指標的最大值，為第i個發布者的第j項指標。

（3）將各指標同時量化，計算第j項指標下第i個發布者指標值的比重：得到矩陣

（8）選擇價值低的發布信源，減少該信源的發布頻率，再次查找最小負載分發，如果找不到，轉為步驟1)；否則，將待發布表單中的發布信源移出，掛在整理后的最小負載分發，轉為步驟3；

步驟3：依次遍歷待訂閱表單，查看該發布信源是否能夠匹配某個訂閱需求，如果能夠匹配，進行發布信源和訂閱需求的內容匹配。

圖3 信源發布過程

2.4 用戶訂閱

用戶訂閱主要包括訂閱負載均衡器模塊和負載控制器模塊，其中，訂閱負載均衡器通過Min-Min算法實現訂閱任務在分發模塊的負載平衡；負載控制器模塊主要是在用戶訂閱過程中分發節點出現擁塞時，采用熵值法，對分發模塊的負載進行減負載控制。用戶訂閱過程如圖4所示，步驟如下：

圖4 用戶訂閱過程

2.5 分發監測器

分發監測器模塊，通過使用一種類似脈搏機制的控制報文，來實現對分發連通狀態進行控制，如果分發模塊失效，轉移分發發布和訂閱業務，分發監測過程如圖5所示，步驟如下：

步驟2：分發模塊接收到脈搏探詢報文后，向分發監測管理模塊發送探詢應答報文；

圖5 分發監測過程

3 實驗與分析

為驗證本文提出方法的有效性，利用LoadRunner測試工具模擬生成20個發布信源，信源發布速率在200~500報/秒范圍內變化，10個分發節點，1個調度服務中心，然后隨機生成若干組訂閱，訂閱用戶總數為30個，如表1所示。

表1 LoadRunner模擬表

圖6為每個分發節點的負載情況，其中X軸為分發節點，Y軸為該分發節點的信息負載(單位為報/秒)。

圖6 實驗環境中每個分發節點的負載情況

4 結束語

本文根據情報信息發布和訂閱的特點，提出了一種情報分發系統的實時調度方法，通過監視負載量，在分發模塊均衡情報發布任務和訂閱任務，并實時監測和管理分發模塊，從而實現了情報信息的安全、高效地被按需分發。經過實驗驗證，可以看出該方法能夠均衡情報信息分發系統的負載，節省了系統的資源開銷，為信息共享提供技術保障。

[1]王浩，邵高平，孫鋼燦.基于Agent的戰場態勢信息分發模型分析[J].信息工程大學學報，2012.

[2]張堅，陳召兵.聯合情報保障體系情報信息分發控制系統[J].指揮信息系統與技術，2013.

[3]程培星.基于訂閱分發的指控系統服務化集成技術[J].火力與指揮控制，2013.

[4]Gugola A G,Nitt O E,FuggettaA.The event-based infrastructure and its appliaction to the development of the OPSS WFMS[J].IEEE Transactions on Software Engineer- Ing，2001.

[5]夏侯士戟，馬敏，陳東義.增強現實游戲中的并發多任務模型與實時調度方法[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2014.

[6]李毅，武君勝，樊晨.一種基于優先級表的實時調度方法[J].計算機應用研究，2014.

[7]楊坤，向凡夫，紀峰波.基于訂閱/分發機制的軍事信息系統知識庫協同框架探討[J].指揮控制與仿真，2012.

[8]LI Shoushan,ZONGChengqing.A new approach to feature selection for text categorization[C].Proceeding of IEEE International Conference on Natural Language Processing and Knowledge Engineering，2005.

[9]張杰勇，姚佩陽，王欣，周翔翔.網絡化條件下的態勢信息分發與Pub_Sub通信范型[J].電光與控制，2011.