基于发布/订阅模型的战场情报信息分发系统设计

◆周红卫 张俊青

（中国电子科技集团公司第二十八研究所 江苏 210007）

基于发布/订阅模型的战场情报信息分发系统设计

◆周红卫 张俊青

（中国电子科技集团公司第二十八研究所 江苏 210007）

根据战场情报信息发布和订阅的特点，提出了一种战场情报分发系统的实时调度方法，通过监视负载量，在分发模块均衡情报发布任务和订阅任务，并实时监测和管理分发模块，从而实现了情报信息的安全、高效地被按需分发。实验证明，该方法能够均衡情报信息分发系统的负载，节省了系统的资源开销，为信息共享提供技术保障。

发布/订阅；战场情报信息分发

0 引言

集中式情报信息分发沿着指控流进行收集、处理再进行逐级逐层分发，信息需求者难以得到想要的信息，或接收到大量无用的信息而难以从大量冗余信息中辨认自己所需要的信息。信息生产者不知如何把合适的信息发送出去，让信息需求者获取这些信息。发布/订阅机制实现了情报信息生产者和需求者之间的解耦，发布者生成信息，进行主题发布，订阅者注册感兴趣的主题，只接收感兴趣的情报信息[1]，一个单元可以成为发布者、订阅者或两者皆是，并可拥有多个主题相关联，信息分发模块作为事件代理，将发布者信息和订阅者需求匹配，实现情报信息需求与情报信息供给的高度吻合，面向众多的发布者和订阅者，情报分发系统信息流动量巨大，因此，如何实现情报信息分发系统的调度和负载均衡是一个很有意义的研究问题[2]。

对于情报信息分发系统的调度问题，现有的方法主要是服务编排方法[3-5]，主要采用流程编排方法，但是在订阅分发总线缺少对负载均衡的研究，很容易成为整个指控的瓶颈，不利于复杂的军用通信环境，其他方法中，提出基于订阅/分发机制的军事信息系统知识库协同框架探讨方法[6-8]，但是，在协同框架中缺少发布者和订阅者在信息节点的调度和管理，并且缺少分散控制、自组织控制以及相应的容错能力。

考虑到情报信息分发系统中发布者和订阅者数量很大，信息分发模块的控制和管理尤为重要。根据情报信息发布和订阅的特点，本文提出了一种基于发布订阅机制的情报分发系统的实时调度方法，通过监视负载量，在分发模块均衡情报发布任务和订阅任务，从而实现了情报信息的安全、高效地被按需分发。

1 发布/订阅信息交互模型

发布/订阅信息交互模型在综合分析情报信息用户的权限级别和时效性、安全性、带宽等方面的特征要求的基础上，根据情报订阅用户的定制要求来确定分发给情报用户的信息内容、格式以及数据转换方式[9]。

如图 1所示，发布/订阅信息交互模型主要包括：情报信息的发布者负责情报信息的接入和发布；情报信息分发模块为情报信息分发节点，要负责情报信息的处理，存储和分发， 为情报信息分发模块的实时调度服务，主要包括负载监视器、负载均衡器、负载控制器和分发监测器四个模块；情报信息的订阅者情报信息的需求者，一些节点既是情报发布者，又是情报订阅者。

2 主要实现过程

2.1 组成结构

实时调度服务 主要包括发布负载均衡器、负载控制器、负载监视器、分发监测器以及订阅负载均衡器，组成结构如图2所示。其中，负载监视器模块，基于指数平均算法，计算信息分发模块上的发布和订阅信息量；负载控制器模块，采用熵值法，对分发模块的负载进行减负控制；分发监测器模块，通过使用一种类似脉搏机制的控制报文，对分发连通状态进行控制，如果分发模块失效，转移发布和订阅业务；发布负载均衡器模块，通过Min-Min调度算法实现发布任务在分发模块的负载平衡；订阅负载均衡器模块，通过Min-Min调度算法实现订阅任务在分发模块的负载平衡。

图1 发布/订阅信息交互模型

图2 主要组成结构

2.2 负载监视器

负载监视器负责全生命周期地监视信息分发模块上的每个分发节点，基于指数平均算法，计算信息分发模块上的发布信息量和订阅信息量。

2.3 信源发布

信源发布主要包括发布负载均衡器模块和负载控制器模块，将发布信息和订阅信息在k个分发模块上负载量构成一个数组，记为ETC矩阵，表示为：

信源发布过程如图3所示，步骤如下：

步骤1：当实时调度服务接收一个信源发布时，首先遍历分发集合，如果能够找到，则将该信源发布到分发并在发布表单中添加该发布信息，转为步骤3，否则将该发布信息添加到待发布表单，转为步骤2；

步骤2：启动负载控制器，采用熵值法，对分发模块的负载进行减负载控制；

（2）对每个发布者对应的价值指标进行标准化处理，得到标准矩阵，其中为第j项指标的最大值，为第i个发布者的第j项指标。

（3）将各指标同时量化，计算第j项指标下第i个发布者指标值的比重：得到矩阵

（8）选择价值低的发布信源，减少该信源的发布频率，再次查找最小负载分发，如果找不到，转为步骤1)；否则，将待发布表单中的发布信源移出，挂在整理后的最小负载分发，转为步骤3；

步骤3：依次遍历待订阅表单，查看该发布信源是否能够匹配某个订阅需求，如果能够匹配，进行发布信源和订阅需求的内容匹配。

图3 信源发布过程

2.4 用户订阅

用户订阅主要包括订阅负载均衡器模块和负载控制器模块，其中，订阅负载均衡器通过Min-Min算法实现订阅任务在分发模块的负载平衡；负载控制器模块主要是在用户订阅过程中分发节点出现拥塞时，采用熵值法，对分发模块的负载进行减负载控制。用户订阅过程如图4所示，步骤如下：

图4 用户订阅过程

2.5 分发监测器

分发监测器模块，通过使用一种类似脉搏机制的控制报文，来实现对分发连通状态进行控制，如果分发模块失效，转移分发发布和订阅业务，分发监测过程如图5所示，步骤如下：

步骤2：分发模块接收到脉搏探询报文后，向分发监测管理模块发送探询应答报文；

图5 分发监测过程

3 实验与分析

为验证本文提出方法的有效性，利用LoadRunner测试工具模拟生成20个发布信源，信源发布速率在200~500报/秒范围内变化，10个分发节点，1个调度服务中心，然后随机生成若干组订阅，订阅用户总数为30个，如表1所示。

表1 LoadRunner模拟表

图6为每个分发节点的负载情况，其中X轴为分发节点，Y轴为该分发节点的信息负载(单位为报/秒)。

图6 实验环境中每个分发节点的负载情况

4 结束语

本文根据情报信息发布和订阅的特点，提出了一种情报分发系统的实时调度方法，通过监视负载量，在分发模块均衡情报发布任务和订阅任务，并实时监测和管理分发模块，从而实现了情报信息的安全、高效地被按需分发。经过实验验证，可以看出该方法能够均衡情报信息分发系统的负载，节省了系统的资源开销，为信息共享提供技术保障。

[1]王浩，邵高平，孙钢灿.基于Agent的战场态势信息分发模型分析[J].信息工程大学学报，2012.

[2]张坚，陈召兵.联合情报保障体系情报信息分发控制系统[J].指挥信息系统与技术，2013.

[3]程培星.基于订阅分发的指控系统服务化集成技术[J].火力与指挥控制，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，马敏，陈东义.增强现实游戏中的并发多任务模型与实时调度方法[J].计算机辅助设计与图形学学报，2014.

[6]李毅，武君胜，樊晨.一种基于优先级表的实时调度方法[J].计算机应用研究，2014.

[7]杨坤，向凡夫，纪峰波.基于订阅/分发机制的军事信息系统知识库协同框架探讨[J].指挥控制与仿真，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]张杰勇，姚佩阳，王欣，周翔翔.网络化条件下的态势信息分发与Pub_Sub通信范型[J].电光与控制，2011.