信息化体系结构中间件数据并行分发方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法及系统，将订阅节点作为转发节点参与到数据分发中，根据系统成员节点信息和订购发布关系，构建分发路径，为发布节点和参与转发的订阅节点选择目的节点，构建包含所有的节点的数据分发路径，进行信息分发与解析。实现了当一对多订购发布时，部分订阅节点参与转发，减少节点等待时间。根据发布节点和订阅节点之间的距离，将订阅节点划分为不同的节点域，并利用订阅节点的资源，已收到数据的订阅节点将接收到的数据转发给其他订阅者，在数据分发过程中，参与转发的订阅节点可以是多个，由此达到并行的目的。进而减小时延的目标，提高了系统的实时性。

Data architecture, middleware, data parallel distribution method and system

The invention discloses an information middleware architecture based on parallel data distribution method and system, the subscription node as a forwarding node involved in data distribution system, according to the information and order the release of member nodes, construct the distribution path, for the release of nodes and participate subscription of forwarding nodes to select the target node, all nodes contain construction the data distribution path, information distribution and analysis. When a one to many ordering is released, some of the subscribing nodes participate in forwarding and reduce the waiting time of the nodes. According to the release between node and node distance subscription subscription, nodes are divided into different domains and the use of the node, the node resources have received subscription, subscription node data forwarding the received data to other subscribers, in the process of data dissemination, participate in the subscription of forwarding nodes can be more than one, so as to achieve the purpose of parallel. Then, the delay target is reduced and the real-time performance of the system is improved.

【技术实现步骤摘要】
信息化体系结构中间件数据并行分发方法及系统
本专利技术涉及基于信息化体系结构中间件的数据并行分发，尤其涉及一种基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法及系统。
技术介绍
随着信息化建设的蓬勃发展，信息系统呈现出以网络为中心的趋势，对系统中各成员信息交互的实时性要求日益提高。在虚拟试验领域，伴随着HLA（HighLevelArchitecture，高级体系结构）、TENA（TestandTrainingEnablingArchitecture，试验与训练使能体系）等技术的广泛应用，系统规模不断增大，试验任务不断加重，尤其是近年来，以低成本、低风险和高可靠性为特征的虚拟试验技术在武器装备研制和生产过程中得到了广泛的应用，随着跨区域、跨靶场联合试验需求的发展，虚拟试验系统内部及系统间的信息传输对于实时性的要求也越来越高，其实时性受到严峻的挑战。信息化体系结构中间件作为虚拟试验系统实现信息交互的基本媒介，负责信息化体系结构试验系统应用建立及运行期间所有通信的基础设施，其实时性直接决定了虚拟试验过程的真实性和结果的可信度。中间件位于应用软件与基础软件之间，为系统提供统一的标准化API接口和协议，屏蔽底层硬件平台和操作系统的差异性，统一管理网络资源的网络通信和应用之间的互操作，提供了更加灵活高效地开发方式。因此，开发实时性强的信息传输中间件是该领域亟待解决的问题。信息化体系结构主要由四大部分组成，分别是信息化体系结构公共设施、信息化体系结构基础工具、信息化体系结构资源应用和信息化体系结构辅助工具。信息化体系结构中间件属于信息化体系结构公共设施，负责构建的系统在运行过程中数据的交互和通信。现有的信息化体系结构中间件在发布者与订购者存在一对多关系时，采用的多播及广播模式受限于网络路由的支持，而单播模式存在由于等待周期而导致系统分发时间延长的问题，当系统中订阅节点较多时，发布节点的负载过重，订阅节点的等待时延会显著增加。信息化体系结构中间件使用UDP发送交互对象消息的工作原理如图1所示，在中间件内部包2发布节点的交互对象发送器20中，各个服务包1的原始消息11被封装成封装消息12后投入主动对象22的发送队列23，其消息处理线程24负责从发送队列23中将消息并发给UDP发送器25，UDP发送器25将消息发送至目的成员。当数据经由网络3到达订阅节点时，由监听器26发现数据，并及时通知UDP接收器27，UDP接收器27接收数据后将其投入交互对象接收器21中主动对象22’的接收队列28，其消息处理线程24’负责从接收队列25中取出消息经过解析消息29后按消息类型回调服务包1中的对象管理服务消息处理函数13。基于节点ID的按位XOR（异或）的节点间距离的度量方法，这种节点距离度量方法借鉴于Kademlia（简称Kad）算法，Kad算法是DHT中原理和实现最简单实用，应用最广泛的一种。在Kad网络中，所有信息均以<key,value>的形式存储在DHT中，key是160位长的标识符，网络中的所有计算机都被随机分配一个同样为160位的专属节点ID，位于key空间中。<key,value>对的信息将被存储在节点ID最“接近”key值的节点上。在Kad网络中，所有节点均作为一棵二叉树的叶子节点，且节点的位置仅由其节点ID的最短前缀唯一确定。而不同节点之间的距离是基于节点ID的按位XOR（异或）度量的，且仅有这一种度量方法，保证了节点ID的连续性，节点Ni、Nj的距离如公式（1）所示。distance(Ni,Nj)=IDi⊕IDj(1)该距离与物理距离、路由器跳数无关，只是一种逻辑上的度量描述。XOR是一种有效的度量方式，具体体现在一下几点：（1）节点与本身的XOR距离是0，即distance(Ni,Ni)=0；（2）XOR距离是对称的，即distance(Ni,Nj)=distance(Nj,Ni)；（3）XOR距离符合三角特性，即当三个节点Ni，Nj和Nk中，节点Ni，Nk的距离最大时，distance(Ni,Nk)≤distance(Ni,Nj)+distance(Nj,Nk)。（4）XOR刻画了基于二叉树描绘的系统中距离的概念，如图2所示：由图2可以看出，在节点A（1100）、B（1010）、C（0111）、D（0011）中与节点P（1011）XOR值分别是0111（7）、0001（1）、1100（12）、1000（8），因此距离最近的节点是在同一棵子树上的节点B。Kad设置了一个路由表称为K-桶，系统中的每个节点，保存与自身距离在区间[2i-2i+1)(0≤i≤160)内的节点的信息，包含的信息有<IP地址,UDP端口,节点ID>。每个K-桶内的节点按照最近联系的时间排序，对于桶号较小的桶，其节点数一般为0，对于桶号较小的桶，其桶内节点数通常很大，为平衡网络负载，设置参数作为桶内最大节点数。
技术实现思路
本专利技术针对目前信息化体系结构中间件缺乏多订阅机制下的并行数据分发能力的问题，为此，本专利技术提供一种基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法、系统，它具有实现了当一对多订购发布时，部分订阅节点参与转发，减少节点等待时间，进而减小时延的目标，提高了系统的实时性的优点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。针对系统中一个发布节点对应多个订阅节点的情况，并且发布节点与各个订阅节点都已满足订阅发布关系，基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，包括，将订阅节点作为转发节点参与到数据分发中，根据系统成员节点信息和订购发布关系，构建分发路径，为发布节点和参与转发的订阅节点选择目的节点，构建包含所有的节点的数据分发路径，信息分发与解析。进一步的，基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，包括将发布节点原始消息与经处理后的路由信息共同封装成待发送消息。将待发送消息按构建分发路径发给发送节点的目的节点。当数据经由网络到达接收方订阅节点时，发现接收数据并解析。获取并处理路由关系表，根据路由关系判断是否继续分发，如需分发则该节点继续封装消息发送数据，否则结束。进一步的，分发路径满足数据从发布节点沿分发路径能发送至所有订阅节点，且每个订阅节点只对应一个节点向其发送数据，数据流动为单向流动。进一步的，数据分发的路径为一个“多叉树”的树型结构。规划路径采用Kad算法的XOR方法，对两个节点ID作按位异或运算确定节点间距离，权衡分发路径“多叉树”的形态，使分发效率达到最优。节点的标识符ID是节点IP地址经由单向散列算法散列得到。由单向散列算法原理可知，该ID仍然满足随机性的要求。如图3所示。树的深度和结点的度将会影响分发效率，当树的深度减小，树的分支结点的度将增大，叶子结点数量增多，使分支结点的负载加重。进一步的，将订阅节点划分到域，所有订阅节点计算自己与发布节点之间的距离，定义一个节点域来记录到发布节点的距离为[2m-1,2m)的所有订阅节点信息，并且同一个域中的节点按照距离大小进行排序，此时域的编号为m，发布节点位于0号域。数据只能从距离发布节点近（对应的域编号较小）的节点流向距离发布节点远（对应的域编号较大）的节点。域的编号越小，表示距离发布者的距离越近。这样所有的订阅节点将按照距离划分到不同的域中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，其特征在于，将订阅节点作为转发节点参与到数据分发中，根据系统成员节点信息和订购发布关系，构建分发路径，为发布节点和参与转发的订阅节点选择目的节点，构建包含所有的节点的数据分发路径，进行信息分发与解析。

【技术特征摘要】
1.基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，其特征在于，将订阅节点作为转发节点参与到数据分发中，根据系统成员节点信息和订购发布关系，构建分发路径，为发布节点和参与转发的订阅节点选择目的节点，构建包含所有的节点的数据分发路径，进行信息分发与解析。2.如权利要求1所述的基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，其特征在于，将发布节点原始消息与经处理后的路由信息共同封装成待发送消息；将待发送消息按构建分发路径发给发送节点的目的节点；当数据经由网络到达接收方订阅节点时，发现接收数据并解析；获取并处理路由关系表，根据路由关系判断是否继续分发，如需分发则该节点继续封装消息发送数据，否则结束。3.如权利要求1或2所述的基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，其特征在于，分发路径满足数据从发布节点沿分发路径能发送至所有订阅节点，且每个订阅节点只对应一个节点向其发送数据，数据流动为单向流动。4.如权利要求3所述的基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，其特征在于，分发路径为一个“多叉树”的树型结构；规划路径采用Kad算法的XOR方法，对两个节点ID作按位异或运算确定节点间距离，权衡分发路径“多叉树”的形态。5.如权利要求4所述的基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，其特征在于，将订阅节点划分到域，所有订阅节点计算自己与发布节点之间的距离，定义一个节点域来记录到发布节点的距离为[2m-1,2m)的所有订阅节点信息，并且同一个域中的节点按照距离大小进行排序；数据只能从距离发布节点近的节点流向距离发布节点远的节点；所有的订阅节点将按照距离划分到不同的域中，每个节点属于且仅属于一个域，m为域的编号，是自然数。6.如权利要求5所述的基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，其特征在于，订阅节点划分到域的流程是，输入发布/订阅信息集合及所有节点IP信息，得到节点ID,计算订阅节点与发布节点之间的逻辑距离，将节点插入域中，将域内节点排序，结束。7.如权利要求1或2所述的基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，其特征在于，选择目的节点的方法是，根据域的规模使用线性映射，即按照某一域内节点的顺序，将每一个节点线性的、均匀无交叉的映射到其下一级域的一个连续子区间，该子区间内的节点即为其目的节点。8.如权利要求1或2所述的基于信息化体系结构中间件的数据并行分发方法，其特征在于，构建包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄雪，张清，杨京礼，
申请(专利权)人：郑州云海信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41