基于BitTorrent協(xié)議的GIS多源通信系統(tǒng)的建立與實現(xiàn)

劉 湘，余 曄

（重慶市勘測院 重慶401121）

基于BitTorrent協(xié)議的GIS多源通信系統(tǒng)的建立與實現(xiàn)

劉 湘，余 曄

（重慶市勘測院 重慶401121）

基于目前地理信息系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)的異構(gòu)系統(tǒng)當(dāng)中存在的數(shù)據(jù)孤島問題一直沒有有效的解決方式，而在GIS平臺的基礎(chǔ)上采用比特流（BieTorrent）和多源通信技術(shù)能夠在各個應(yīng)用軟件當(dāng)中完成數(shù)據(jù)的共享，可以有效解決數(shù)據(jù)孤島這一問題。本文采用了BitTorrent協(xié)議實現(xiàn)GIS多源通信系統(tǒng)，實現(xiàn)了地理信息系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用接口模型的簡歷，通過在構(gòu)筑的XML交換平臺上的試驗，解決了跨平臺的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換問題[1]。

GIS；比特流；多源數(shù)據(jù)；XML

地理信息系統(tǒng)（GIS）作為一種綜合GPS技術(shù)、地理信息計技術(shù)以及管理技術(shù)，是能夠?qū)崿F(xiàn)通信部門信息管理的系統(tǒng)。文中采用比特流技術(shù)在GIS平臺架構(gòu)上實現(xiàn)對設(shè)備管理設(shè)施的查詢分析空間、管理、進行專業(yè)分析等功能[2]。GIS和BitTorrent技術(shù)的應(yīng)用能夠使信息管理部門的工作更加的方便快捷，對于提高企業(yè)的運作效率以及進行科學(xué)的決策具有重要的意義。

1 多源數(shù)據(jù)特征

多源數(shù)據(jù)庫是基于異構(gòu)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫的集合，可以通過特定的業(yè)務(wù)關(guān)系將這些相對而言比較獨立的數(shù)據(jù)庫平臺進行有機匯總，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘和分析業(yè)務(wù)[3]。多源數(shù)據(jù)分為下面兩類：1）基于不同數(shù)據(jù)庫平臺上的多源數(shù)據(jù)；2）基于相同的數(shù)據(jù)庫平臺[4]。

GIS通信信息系統(tǒng)采用了業(yè)務(wù)屬性和空間數(shù)據(jù)相對獨立的管理方式，這種管理模式能夠有效的減少數(shù)據(jù)的冗余的程度，但GIS通信信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫信息過于龐大，給數(shù)據(jù)庫的維護工作帶來了很大的不便。通過將BitTorrent協(xié)議引入到通信信息系統(tǒng)的建設(shè)當(dāng)中，能夠快速的下載和訪問數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的內(nèi)容，運用相關(guān)的數(shù)據(jù)，采用該協(xié)議關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)鍵字、外鍵等模式，能夠?qū)崿F(xiàn)多源數(shù)據(jù)的通信和共享[5]。

2 基于BitTorrent協(xié)議的GIS多源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)分析

2.1 BitTorrent協(xié)議

比特流（BitTorrent）采用高效的軟件分發(fā)系統(tǒng)和點對點技術(shù)共享大體積文件，并使每個用戶像網(wǎng)絡(luò)重新分配結(jié)點那樣提供上傳服務(wù)。BitTorrent的工作原理為：分配器或文件的持有者將文件發(fā)送給其中一名用戶，再由這名用戶轉(zhuǎn)發(fā)給其它用戶，用戶之間相互轉(zhuǎn)發(fā)自己擁有的文件，直到下載完成。

2.2 多源系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信需求分析

項目一般是從需求分析開始，也就是將項目的想法演變成使得項目順利進行的結(jié)構(gòu)化的一個評估的過程。需求分析是建設(shè)方希望達到目標(biāo)的思想的體現(xiàn)，主要涵蓋以下幾個方面：

1）通過BieTorrent協(xié)議解決多個通信系統(tǒng)軟件因為物理隔離從而造成的數(shù)據(jù)隔離，能夠?qū)崿F(xiàn)跨多個分級的調(diào)度機構(gòu)、應(yīng)用職能部門的共享數(shù)據(jù)。

2）在異構(gòu)系統(tǒng)之間建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

3）在多種系統(tǒng)平臺模式下，需要盡量的進行數(shù)據(jù)的類型、數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一以及多設(shè)備的命名[6]。

2.3 多源數(shù)據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)通信目標(biāo)

1）通過多源數(shù)據(jù)通信的研究實現(xiàn)GIS通信和BitTorrent協(xié)議在不同數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的數(shù)據(jù)通信問題，在不同的應(yīng)用平臺上進行數(shù)據(jù)的共享。

2）信息資源整合，提高數(shù)據(jù)的利用效率。

3）減少數(shù)據(jù)庫間冗余，提高數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)聯(lián)程度[7]。

2.4 多源數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

GIS多源數(shù)據(jù)通信在地理平臺的基礎(chǔ)上和其他的管理信息系統(tǒng)（MIS）進行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的共享，使得MIS當(dāng)中的數(shù)據(jù)能夠動態(tài)的反映到GIS系統(tǒng)當(dāng)中去[8]。多源信息系統(tǒng)通信的實現(xiàn)過程如圖1所示。

圖1 多源通信系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)

在整個的通信過程當(dāng)中系統(tǒng)可以分為下面4個層次，其中信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)訪問采用BitTorrent協(xié)議的方式[9]：

1）GIS和數(shù)據(jù)庫之間的通信：本層次用來解決GIS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫之間的訪問問題。

2）訪問接口層：該層次實現(xiàn)GIS系統(tǒng)和多源數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯層的查詢，具體操作包含了對GIS數(shù)據(jù)庫的訪問[10]。

3）業(yè)務(wù)邏輯層：該層次實現(xiàn)了對多源數(shù)據(jù)的需求的定義，MIS和GIS之間進行數(shù)據(jù)的交換等。

4）MIS和數(shù)據(jù)庫之間的通信：該層次主要用來MIS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫之間的訪問[11]。

3 基于BitTorrent協(xié)議的GIS多源數(shù)據(jù)通信技術(shù)模型的構(gòu)建

3.1 通信接口模型設(shè)計

GIS系統(tǒng)和MIS應(yīng)用接口信息模型是用來描述GIS系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、通信的模型，本文以GIS系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)之間的應(yīng)用實例來說明如何完成數(shù)據(jù)的讀取和統(tǒng)計的功能[12]。

M1={讀取方法，讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)集合，分析數(shù)據(jù)采集時間段｝

其中，M為接口模型、M1為需求模型、S為讀取信息描述集。讀取的方法為加權(quán)平均、總數(shù)計算等。通過構(gòu)建不同的采樣信息描述集能夠?qū)τ诓煌牟蓸訑?shù)據(jù)庫系統(tǒng)[13]。

3.2 應(yīng)用接口技術(shù)原理和路線

信息接口算法的基本思想是利用BitTorrent協(xié)議，該協(xié)議是一種文件分發(fā)協(xié)議，每個系統(tǒng)的使用者在訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)據(jù)的時候同時在不斷的向協(xié)議內(nèi)的其他軟件使用者上傳自己已經(jīng)下載的數(shù)據(jù)，這就提高了系統(tǒng)使用者之間的交互效率。利用這種協(xié)議進行接口模型之間的信息的讀取、解釋數(shù)據(jù)的存儲和組織接口，對需求模型當(dāng)中實例設(shè)計的信息讀取，能夠大大的減少對數(shù)據(jù)庫之間訪問操作，數(shù)據(jù)庫之間信息的共享也可以通過該協(xié)議進行，系統(tǒng)使用者不用每次單獨的進行數(shù)據(jù)庫的訪問，可以通過BitTorrent協(xié)議在一定的權(quán)限內(nèi)同時對別人正在訪問的內(nèi)容進行訪問，大大提高了數(shù)據(jù)庫之間的互聯(lián)[14]。

3.3 基于BitTorrent的多源數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)的衰減分析

在多源數(shù)據(jù)通信傳輸過程中，數(shù)據(jù)傳輸率P伴隨物理距離z的衰減可以用以下公式表示：

在上述公式中，α表示衰減系數(shù)，單位為dB/km，若Pin為物理距離為L的數(shù)據(jù)輸入端的輸入功率，那么輸出端的數(shù)據(jù)可以用下面的公式表示：

那么衰減系數(shù)可以由下式獲得：

在光信號傳輸過程中存在數(shù)據(jù)丟失、失真，引發(fā)衰減現(xiàn)象。信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆蔷€性效應(yīng)指的在多源數(shù)據(jù)通信過程中，使用多源數(shù)據(jù)疊加引發(fā)的非線性效應(yīng)。多源數(shù)據(jù)傳輸伴隨BitTorrent協(xié)議棧中數(shù)據(jù)的多維性的強度變化而變化，而數(shù)據(jù)的非線性程度遵循數(shù)據(jù)簇非線性效應(yīng)。

4 基于BitTorrent協(xié)議的GIS多源數(shù)據(jù)通信技術(shù)模型實現(xiàn)

采用BieTorrent協(xié)議的GIS多源數(shù)據(jù)通信技術(shù)能夠很好的解決GIS數(shù)據(jù)和其他業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之間的隔離的問題，做到GIS和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的融合，同時BieTorrent協(xié)議的使用又能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)多個數(shù)據(jù)庫之間無縫鏈接。本節(jié)將會將這些數(shù)據(jù)的融合為電網(wǎng)的一些高級的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)來源，將該通信系統(tǒng)模型用到電網(wǎng)專題圖分析當(dāng)中[15]。

4.1 系統(tǒng)支撐平臺

系統(tǒng)的支撐平臺包括系統(tǒng)的軟硬件方面，在硬件方面選擇穩(wěn)定經(jīng)濟的產(chǎn)品，同時也要兼顧系統(tǒng)的開放和可擴充性，硬件設(shè)備包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、繪圖儀等設(shè)備，硬件的配置要滿足通信信息系統(tǒng)的使用的需求，并且充分考慮到系統(tǒng)運行和升級的需要。

圖2 GIS多源通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)層

軟件方面，目前國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出了很多成熟的GIS軟件平臺，在軟件的選擇上面要即注重實現(xiàn)功能，也要注重性價比。本文選用的軟件平臺是國內(nèi)的MapGIS軟件，該軟件能夠完成資源管理、網(wǎng)絡(luò)分析、資源配置、土地信息系統(tǒng)等功能。如圖2所示，在具體的GIS多源通信系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中，操作者僅需關(guān)系GIS服務(wù)接口、GIS服務(wù)組件以及GIS服務(wù)提供者3個模塊，即可實現(xiàn)功能，而不需要關(guān)系管理、安全、緩存、集群、日志等方面。

4.2 多源數(shù)據(jù)通信技術(shù)模型具體實現(xiàn)

電網(wǎng)GIS專題圖分析是完全基于多源數(shù)據(jù)模式的應(yīng)用，專題圖分析將會綜合多種數(shù)據(jù)，并且以不同的參數(shù)指標(biāo)在GIS平臺當(dāng)中分門別類的顯示出來，這些參數(shù)指標(biāo)分別來自不同的平臺架構(gòu)當(dāng)中。

如圖3反映的是一個地區(qū)單位面積的用電情況。在圖例當(dāng)中部分的數(shù)據(jù)是基于GIS基礎(chǔ)上的，比如地區(qū)面積、地形、地理信息等，另外一部分則是通過其他的軟件系統(tǒng)獲得。這些軟件平臺為專題圖的生成提供了最為直接的數(shù)據(jù)來源。如圖3所示，圖中顏色明亮表示轄區(qū)內(nèi)各個地方的變壓器符合的分布，這就用專題圖的方式明顯放映出來。這個專題圖通過每個月統(tǒng)一的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，用以表明GIS數(shù)據(jù)的分布情況。

圖3 電網(wǎng)GIS專題測試圖

在電網(wǎng) GIS專題圖生成階段，由于采用了BitTorrent協(xié)議，盡管網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點較多，但是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣冗€是很快，效率也很高，這種GIS多源通信系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)之間的共享，并且CPU的占有率未超過12%，內(nèi)存也并沒有超過20%，生成的GIS專題圖也能夠反映真實的效果。

5 結(jié) 論

文中分析了多源通信系統(tǒng)的特點，以及信息應(yīng)用當(dāng)中的技術(shù)原理和路線，把BitTorrent協(xié)議和GIS技術(shù)應(yīng)用到多源通信系統(tǒng)的建立當(dāng)中，解決了跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的查詢以及異構(gòu)環(huán)境下數(shù)據(jù)兼容和融合的問題，最用通過電網(wǎng)GIS專題圖設(shè)計實例來說明了BitTorrent和GIS技術(shù)建立的通信系統(tǒng)的模型的可行性，GIS專題圖當(dāng)中不同信息獲取來自于GIS和不同的應(yīng)用平臺，實現(xiàn)多種通信源之間數(shù)據(jù)庫的訪問操作。

[1]洪立波.積極推進城市地下管線信息化建設(shè)[C]//中國城市規(guī)劃協(xié)會地下管線專業(yè)委員會2007年年會，2007:56-64.

[2]孫建華，張振利.基于Map Info的城市綜合管線系統(tǒng)開發(fā)[C]//中國城市規(guī)劃協(xié)會地下管線專業(yè)委員會2007年年會，2007:102-105.

[3]李大鳴.城市地下管網(wǎng)普查及信息管理系統(tǒng)的效益分析[C]//地下管線管理，2007（5）:25-27.

[4]彭國勇.長沙市地下管線管理信息系統(tǒng)建設(shè)[J].城市勘測，2007,增刊:34-36.

[5]孫瑞舉.應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（GIS）提高電纜資料管理水平 [C]//中國城市規(guī)劃協(xié)會地下管線專業(yè)委員會2007年年會，2007:25-28.

[6]于洪波，徐樹禮.濟南市供水管線探測及管理系統(tǒng)解決方案[J].城市勘測，2007，增刊:67-70.

[7]芮建勛，徐建華，廖紅娟，等.校園地下管線 GIS及其空間數(shù)據(jù)訪問技術(shù) [J].華東師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005（4）:36-38.

[8]Antenucci J C，Brown K，Croswell P L，et al. Geographic Information Systems:A Guide to the Technology[M].New York:Van Nostrand Reinold，1991.

[9]David Boyce，Barry Judson，Sarah Hall.Data sharinga case of shared databases andcommunity use of on-line GIS support systems[J].Environmental Monitoring and Assessment，2006（4）:89-93.

[10]Bassam Saleh，Balqies Sadoun. Design and implementation of a GIS system for planning[J]. International Journal on Digital Libraries，2006（3）:102-104.

[11]Intergraph Co.Ltd.Mapping and geospatial solutions [J].Intergraph Utilities&Communications，2002（6）：201-205.

[12]Sridha G.Kadaba，Wallet II.Mengden，Mike McGrath. Creating value through improving performance measurement in financial service[J].Management Accounting，1997（8）：71-72.

[13]Jensen，M.C，Murphy K.L.Performance ray and lop-management Incentives[J].Journal of Political Economy，1990，XCV:43-46.

[14]Ling Liu，Ping Tang，Shuping Yi，et al.Position cluster“Management Model and Its Application in Human Resources Management”[J].The Proceeding of The 11th International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management，2005（3）：838-841.

[15]Duncan，W.R.（ed.）The guide to the project management body of knowledge[J].Project Management Institute.Sylva，1996（4）:178-181.

The establishment and implementation of GIS multi source communication system based on BitTorrent protocol

LIU Xiang，YU Ye
（Chongqing Survey Institute，Chongqing 401121，China）

Geographic information system and management information system of heterogeneous systems existing in the data island has no consistent effective solutions.The bit stream （BieTorrent）and multisource data communication technology using in GIS platformcan can share in various application software.In this paper， the application interface model of geographic information system and management information system is designed to solve the problem of heterogeneous data exchange between the cross platform and the XML platform.

GIS；BitTorrent；multi-source data；XML

TN911

：A

：1674-6236（2017）08-0139-04

2016-06-06稿件編號：201606043

劉 湘（1985—），男，四川南部人，碩士，工程師。研究方向：地理信息系統(tǒng)。