层次型嵌入式自助系统模块智能切换方法仿真

罗建亮，孟利民

(浙江工业大学信息工程学院，浙江 杭州 310000)

1 引言

自助服务是一种全新的服务模式，现阶段人们在工作和生活中的需求日益增加。由于经营范围较大，市场竞争也更加激烈[1-2]。

互联技术的飞速发展，促进了计算机领域以及服务领域的技术革新[3]，现阶段正在利用自助服务形式取代传统的人工服务形式，但是现阶段所研究的自助终端存在一定的缺陷，例如体积较大、放置不方便等。

虽然嵌入式自助系统使用十分便利，但是网上支付仍然存在一定的风险，例如账号被盗取等，这样就导致用户产生了巨额的经济损失，针对上述问题，提出层次型嵌入式自助系统模块智能切换方法，仿真结果表明，所提方法能够快速、准确进行模块智能切换。

2 方法

2.1 层次型嵌入式自助系统硬件设计

针对不同地区的自助系统现阶段使用状态进行相关的调查以及分析，通过调查结果可知，现阶段各个地区自助系统的使用功能较为单一，并且每个自助系统只能够办理一家银行的相关业务[4-5]。针对上述问题，要求所设计系统必须满足同时办理多家业务的需求，以下详细给出所设计系统的功能结构内容：

系统硬件部分的终端主要由以下几个部分组成，以下详细给出：

1)系统的硬件部分中包含嵌入式控制模块，在系统中安装高速率的数据处理器，能够有效提升系统的数据处理能力。

2)调制解调器(MODEM)，在系统中安装调制解调器，能够提升数据的传输速度。

3)内置密码键盘：为了提升系统的安全性，需要在系统中安装特殊的加密芯片，它具有一系列的安全防护措施，能够提升整个系统的安全性。

4)在系统的硬件部分安装终端磁条[6]，增加系统的刷卡次数以及使用周期。

5)打印机、键盘、PSAM卡座以及显示屏等。

硬件接口主要包含以下的设备：主线(1根)、RJ-11接口(2个)、分线(1根)、RJ-45接口(1个)、RS-232串口(1个)，上述相关设备的存在主要是为了自助系统的后续拓展工作，以下给出系统的终端结构图。

图1 嵌入式自助终端结构图

以下详细给出系统的配置模块所包含的主要功能：

1)针对不同的业务主机分配相应的IP地址以及通讯端口；

2)由于各个路由器配置的不同，需要选取合适的路由器[7]；

3)系统具有PSAM卡系统发卡管理的权限；

4)针对自主终端的管理，主要包含以下几个功能：端号分配管理以及终端认证等等[8]。

5)系统中队列的管理，重点是队列的组建以及删除；

6)系统中的连接配置主要负责系统中各个模块间的通信以及检测维护等。

系统中的监控管理模块主要具有以下几个功能：

1)用户在进行交易的过程进行实时监测；

2)如果用户在进行交易的过程中存在异常，需要及时向系统发出警报；

3)对每天、每个月、每个季度的交易记录进行统计。

数据处理模块是由数据批量处理单元以及消息实时处理单元组成。其中前者主要负责处理系统中的离线交易数据，后者主要负责在线数据的实时处理[9]。

业务接口模块是指不同单位的业务主机与嵌入式自主系统中的数据在完成交换后，通过相关的接口实现数据的实时传输。

数据传输模块主要是指组建消息队列、信息存储以及相关消息订阅分布等，它的核心功能就是向业务主机传输以及接收数据。

系统的硬件部分主要采取了以下几种技术，具体如下：

1)事件触发

系统硬件部分的中心系统采用事件触发机制，也就是系统在无交易的情况下处于休眠状态，系统在休眠的情况下不会占用系统内的任何资源，此时则能够更好的展示系统的多任务可操作性，增加系统资源的利用率。

2)任务控制

任务控制机制主要负责系统的交易进程，系统的交易进行主要是由任务控制机制所决定的，系统中的检测机制能够实时检测系统的运行状态，如果发现交易存在异常，则需要通过系统中的任务控制模块结束整个交易的运行。

3)并发控制

如果系统在一定的时间段内收到用户大量的交易请求时，系统需要利用通信层、路由层等相关队列等进行交易[10]。

4)进程通信

系统中不同的模块都有相应的交易进程，全部的交易进程都是通过IPC机实现的，为了确保整个交易过程的顺利进行，需要在系中加入相应的软中断技术。

在系统的硬件部分加入自主终端，能够增强整个系统的便捷性以及使用范围，现阶段对于金融交易的安全性提出了更高的要求，在系统硬件设计的过程中，需要增强系统的安全性以及稳定性，其中就重要的就是自主系统在经过迁移后的兼容性。

1)为了确保系统交易的正常运行，需要通过PSN电话线路以及业务子系统实现系统的通讯功能，在系统中安装语音卡可确保通讯的正常进行。其中，通讯系统中的信息数据传输效率计算公式为

(1)

式中，N表示传输数据数量；Ts表示数据传输所用时长；λ表示数据传输的包络幅值，λ>0。包络幅值求解过程为

(2)

式中，u(t)信号的相位偏移量；si表示为变换算子。在上述过程下，进行系统调制。系统的物理层采用FSK进行调制，链路层采取问答的方式进行，与传统的互联网数据传输相比，能够有效简化调解过程，降低系统的运行难度。

2)自主系统的终端在进行交易的过程中，需要对用户所使用的磁卡进行身份验证，确定磁卡中的磁道信息以及用户个人的PIN识别等，并且还需要去确认交易地点以及交易人的身份是可识别的，最重要的是银行必须是可信的。

3)通过系统中支付业务的管理，能够实现实名制电话和PSAM卡的绑定，确保用户的身份信息与银行卡信息相互匹配，这样就能够保证用户的正常交易。

4)所设计的自主服务与传统方法存在一定的不同，所设计系统的整个交易过程需要借助PSAM卡[11]以及终端设备等，这些设备的存在能够有效增强系统的安全性。

2.2 层次型嵌入式自助系统模块智能切换方法

在所研究方法的整体结构框架图中，用户能够通过多种终端进入系统中，系统中的后台数据库主要负责存储用户、终端等重要信息。系统中的网络协议以及数据转换模块主要负责各个模块之间数据的转换。在系统的服务侧，能够实现用户身份注册、用户身份注销以及用户身份登录等功能，还能够对进行交易的用户进行身份认证以及计费等服务，在上述基础上，组建与上述模块能力相匹配的通信信道，各个模块具体的功能如表1所示。

表1 不同模块功能简介

智能切换方法的核心功能就是确保各个注册的用户交易过程的实时检测以及系统自助端的性能。在进行交易的过程中，如果用户手动进行功能切换[12]，则需要根据系统的相关机制为用户提供最佳终端以及网络接入服务，实现所设计系统各个模块之间的切换，保证用户在交易的过程中，一直都有十分满意的终端以及网络获取。

智能切换模块是整个系统中最为重要的模块，它的存在能够有效保证用户交易的正常进行。

终端协同智能切换方法需要全面考虑用户所在的网络环境、终端状态、用户偏好以及所需要办理的业务需求、费率等确定最佳的预切换终端以及网格。该算法的计算步骤如下所示：

嵌入式自助系统的核心部分就是用户，首先需要考虑用户所设计的终端优先级以及终端目标切换信息。如果用户已经确定需要进行切换的终端目标，并且该终端目标的服务状态满足系统需求，此时则需要根据相关的参数来确定最佳接入网。然后继续进行系统切换功能；反之，则需要通过用户选定的优先级判断系统中是否存在最佳加入网，如果系统中存在最佳终端，则系统继续进行切换功能，否则系统中不存在符合系统需求的终端以及网络。

针对网络业务只考虑以下三个较为主要的网络参数，分别为：时延、时延抖动、丢包率。利用下式给出描述网络整体行为的开销函数

(3)

式中，D代表时延；J代表时延抖动；L代表丢包率；R代表系统的服务效率；W代表各个参数的权重值的大小；T代表用户需要办理业务的性能需求门限。

利用下图给出本文的层次型嵌入式自助系统模块智能切换方法流程图，当接收到用户的手动切换请求信息时，需要通过终端协同选择方法来确定需要进行切换的终端目标以及网络。如果功能切换是由用户手动发起的，系统继续执行切换操作，并且将用户的交易过程切换到系统的网格中，进行同化处理；反之，当接收到的切换请求是由系统QoS监测所获取的，并且系统并没有收到明确的强制切换请求，此时系统需要通过新终端进行模块切换，并做好实时接收消息的准备。系统中的模块在切换成功后，系统中的其它模块需要继续进行切换操作，组建相对完整的切换思路；反之，则需要重新获取最佳预切换目标终端以及网络。

综上所述，实现了层次型嵌入式自助系统模块智能切换。

3 仿真研究

为了验证所提层次型嵌入式自助系统模块智能切换方法的综合有效性，需要进行仿真，实验环境为：Windows7(64位)操作系统，CPU主频为1.90GHz，内存为16.0GB，1TB机械硬盘，软件平台为matlab2014a。使自助系统与 ANDSF 保持通信的情况下进行仿真，ANDSF连接下的信息发送状态如图2所示：

图2 ANDSF连接状态

在上述实验背景及网络连接状态下进行智能切换算法丢包率及时延性的性能检测，检测过程及结果如下所示：

1)丢包率

丢包率是指各个模块在进行智能切换的过程中丢失数据所占的比例，以下分别给出不同方法的丢包率对比结果，如图3、图4、图5所示。

图3 所提方法的丢包率变化趋势

图4 文献[6]方法丢包率变化趋势

图5 文献[7]方法丢包率变化趋势

由上图可知，不同方法的丢包率随着时间的变化而变化。通过详细的对比可知，所提方法的丢包率一直处于相对稳定的状态，文献[6]方法的丢包率呈缓慢上升的趋势，但是文献[7]方法的丢包率上升幅度明显高于另外两种方法，通过具体的对比分析可知，所提方法的丢包率在3种方法中为最低。由此可见，在各个模块进行切换的过程中，所提方法能够有效减少数据的丢包率，确保数据的完整性。

2)时延

将文献[6]方法、文献[7]方法作为对比方法，对比不同方法的时延，以下详细给出对比结果，如表2所示。

表2 不同方法时延对比结果

分析表2可知，所提方法的时延在3种方法中为最低；文献[6]方法次之；文献[7]方法的时延最长。其主要原因在于，所提方法针对传统方法存在弊端，进行了改进，有效降低模块智能切换过程中产生的时间延时。

4 结束语

针对传统嵌入式自助系统模块智能切换方法存在的弊端，对其进行了改进。经过改进后能够将各种业务集中到一个层次型嵌入式系统进行办理，这样能够有效降低用户的出行次数。通过实验结果表明，该系统设计新颖、技术先进、可靠性强，方便业务的拓展以及各个模块之间的切换，具有较强的兼容性以及开放性。