面向數據安全和實時交互的網絡虛擬排爆系統

趙仕明 左建平

摘 要：排爆作業的危險性顯而易見，但在具體的教學和訓練過程中，需要讓學員掌握基本的知識和技能，傳統的做法就是搭建實景實物，通過實地的實踐，來學習相應的操作。這種學習方法的弊端比較突出，成本高，效率低，風險大，對安全防護等方面的要求較高。而新的網絡虛擬技術的出現，較好地解決了這個難題。通過對相應的對象和環境進行仿真模擬，讓學員可以很直觀地掌握排爆的基礎內容，將模擬仿真與實地實踐相結合，可以達到非常好的教學效果。

關鍵詞：面向數據安全 實時交互 網絡虛擬 排爆系統

中圖分類號：TP391.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（b）-0004-02

在公安、消防等相關領域，經常會需要進行排爆作業，而這些作業的危險程度很高，需要執行排爆任務的人員有精湛的技術，并積累充分的排爆經驗。因此，在對排爆人員進行培訓時，必須強化其技能的全面性和實際動手能力的培養。而虛擬仿真技術的出現，對于排爆訓練的促進作用是非常巨大的。網絡虛擬技術在排爆系統的設計上，必須認真解決數據安全和實時交互的問題，數據安全才能確保系統的穩定性，而實時交互則有助于系統的效能發揮。

1 網絡虛擬排爆系統概述

排爆專業是一個高危專業，要想讓排爆人員在復雜緊張的排爆現場有出色穩定的發揮，就必須在平時的專業教學訓練中加強對該科目實訓課的學習和訓練，整個教學過程危險性非常大，訓練質量也會受到包括訓練設備和訓練場地等客觀條件的較大限制，成本很高但實際的效率卻很低，對實訓采用的訓練物重復進行制作的難度非常大，這也是很大的限制條件。

隨著信息技術的不斷發展，尤其是虛擬現實技術在各個領域的廣泛應用，開發研制三維網絡虛擬排爆系統，成為既很現實又有實用價值的選擇。就目前的技術條件，這種虛擬排爆系統的開發是很容易實現的，而最關鍵的地方在于兩個方面：一是網絡條件下對排爆系統重要數據的安全性管理；二是各系統的應用客戶端網絡實現實時交互共享的能力。

2 面向數據安全和實時交互的網絡虛擬排爆系統設計

可以考慮利用數據格式自定義、系統隔離構建、用戶權限定級、驗證管理、自動更新場景狀態等系統功能，實現數據安全和實時交互的設計目標。

2.1 對網絡虛擬防爆系統的設計思路

數據安全對于網絡虛擬排爆系統建設來說，是基礎和前提，該系統內含有相關專業的數據，而這些數據文件正是系統進行數據安全管理的關鍵目標。如果只是簡單地通過對文件加密這樣的靜態安全防范機制進行數據安全管理，將難以有效應對系統的內外部風險，同時也會加大系統執行安全管理的資源消耗。對于這種含有場景以及模型數據等內容的整個文件采取加密方式進行傳輸并執行解密操作，也必然要影響到所有客戶端的場景有效同步。所以，在設計中可以考慮對內外部用戶可以憑借存在差異性的客戶端，對組裝虛擬排爆系統實施必要的隔離，對于仿真屬性相關的各種數據進行加密處理，而內部用戶其數據訪問以及管理權限要通過分級和分塊的方式進行管理，將用戶驗證數據信息與重要的數據文件通過分開進行授權的方式進行管理，這樣，各用戶的客戶端可以在同步交互操作過程中不會發生解密等相關操作，而是傳輸與更新數據相關的信息。

2.2 網絡虛擬排爆系統的關鍵技術

2.2.1 對重要數據存儲格式的安全設計

信息數據在計算機等設備內的存儲格式，這是安全設計的最重要基礎，利用三維建模工具可以構建起所需的空間結構模型，但這些模型數據并不能完全符合系統進行虛擬仿真一級對數據執行安全管理的實際需要。在實際的開發設計中，可以對二進制數據文件的格式進行自定義，比如：ESS文件，使該文件內含有可完成系統實際功能所需要的有關空間結構信息以及非空間結構信息。數據文件中將要采用的數據塊標志進行定義，并與數據塊構成典型的樹狀結構，對仿真數據模型的空間結構信息以及排爆專業信息進行存儲，這些信息大致包括空間結構數據、分類屬性、材質屬性、功能屬性等。

2.2.2 對系統數據安全防護的機制設計

系統對ESS文件進行生成、保存和應用的過程都是非常重要的階段，需要相應的安全保護措施。為此，在系統進行開發的過程中就要有對這些環節的專業屬性數據進行重點保護的考慮，設計開發了組裝保護系統，具體來說，就是讓系統設計與建模操作總體進行隔離，排爆實用專業的人員只是在ESS文件生成時才對系統進行專業屬性數據導入的工作。而在系統應用時，也要避免排爆專業人員由于不擅長數據管理等導致數據發生泄露問題，也要將那些ESS文件和驗證信息進行分開管理。不同用戶根據類型和級別，被授權訪問以及管理相應的數據信息內容，防止無關人員獲取敏感重要數據，對內部用戶的訪問權限范圍進行了規范，提高了系統數據的安全性。

當不同用戶通過客戶端對ESS文件進行訪問時，要通過計算節點上設置的安全驗證，通過后才能繼續利用信息資源的分類檢索進行安全驗證，才可以進行系統的訪問和管理工作。各個計算節點獲取的數據信息要進行節點訪問權限和類型的判斷，系統服務器會對各種驗證信息執行分類檢索等來確定訪問請求的相關資源以及數據庫設置授權的驗證信息匹配性檢查，用這樣的方式來避免數據信息文件可能存在的篡改問題。

2.3 網絡交互系統實時共享設計

為得到實時交互及同步的表現效果，虛擬排爆系統狀態需要保持足夠高的更新頻率。目前普遍采用的網絡虛擬技術對狀態實時共享設計大多通過DR算法完成，其優點是能夠降低網絡模擬環境各用戶間的數據通信量，同時也會短時間內形成大量不一致的數據。導致DR算法下狀態差異的原因是：網絡的延時作用，系統狀態信息在更新過程中會造成網絡發生延時問題，這使得因爆炸導致快速度運動物體出現偏離軌跡的問題。

為此，可以通過設計系統的自適應狀態更新，該系統方法是在能觸發形成關鍵運動行為設計多個敏感范圍，當運動實物處于敏感區外，可以運用標準的DR算法，而在不同的敏感區內，可按照運動趨勢和網絡通暢情況，自動調整修正運動相關參數和刷新頻率。為防止狀態實時交互可能存在的網絡擁堵問題，可通過擁堵檢測，通過檢測系統回路響應對運動狀態完成相應的自動調整過程。

3 結語

綜上所述，網絡虛擬排爆系統對于正常的排爆專業教學和實訓意義重大，是目前技術條件下的最優選擇。與傳統的排爆專業教學訓練方法相比，網絡虛擬排爆系統可以充分發揮高效率、低成本、無風險等優勢，對于學習質量是巨大的促進。對于網絡虛擬排爆系統的設計，需要重點解決兩個問題，即數據安全問題和實時交互問題，通過有效合理解決這兩個問題，使得虛擬排爆系統可以更加穩定高效運行，對最終的教學質量有著直接的推動作用。

參考文獻

[1] 崔亞彬.基于網絡的機電產品虛擬模型庫與實時交互系統[J].河北農業大學，2015，6（31）：34-36.

[2] 尹愛國.排爆機器人臨場重構與控制系統在環虛擬監控研究[J].河北工業大學，2015，2（15）：13-15.

[3] 馮岡夫.基于蜜罐的聯動安全防護體系研究[D].國防科學技術大學，2014.