（计算机科学与技术专业论文）基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现.pdf

北京邮电大学硕士研究生毕业论文 基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 摘要 随着电信和计算机网络技术的不断发展，各种通信应用系统广泛 地深入到了我们生活和工作当中，成为了其中不可或缺的一部分。尤 其当应对地震、海啸、洪水、恐怖袭击等各种自然灾害和突发紧急事 件的时候，通信在其中发挥着相当重要并且不可替代的作用。但是， 近年来，人们越来越意识到了传统的通信手段无法从根本上满足应对 这些紧急事件时的需要，比如可靠性、即时性、移动性和高抗毁性等。 因此，人们迫切地希望看到一种具有上述特性的应急通信系统的出现。 本文是从一个实际的应急通信系统课题中总结形成的。该课题采 用数据业务网作为应急通信系统的设计和实现基础。它通过实现路由、 漫游、备份、不同系统间互联互通等功能，在一定程度上满足了上述 的可靠性、即时j 胜、移动性和高抗毁性的需求。在此课题的实施过程 中，还采用了j a v aw r e bs t a r t 、b e r k e l e y d b 、h i b e r n a t e 以及m s s 等先 进技术。作者参与了系统中的路由、通播、备份、网关等功能的设计 和实现。本论文总结了作者在该课题中使用的各种先进技术，展现了 这些技术的优势和应用前景，描述了系统的设计和实现过程，最后分 析了系统中存在的不足并给出了改进方法。 关键词：应急通信数据业务网可靠性即时性移动性抗毁性 t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f e m e r g e n c yco m m u n i c a t i o ns y s t e m b a s e do nn e t w o r ko f d a t as e i n 厂i c e s a b s t r a c t a st h et e l e c o m m u n i c a t i o na n dc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g i e s d e v e l o p ，av a r i e t yo fc o m m u n i c a t i o na p p l i c a t i o n se x t e n s i v e l yg e td e e p i n t oo u rl i f ea n dw o r k ，a n db e c o m ea l li n t e g r a lp a r to ft h e m e s p e c i a l l yi n r e s p o n s et oe a r t h q u a k e s ，f l o o d s ，t e r r o r i s ta t t a c k sa n do t h e ru n e x p e c t e d e m e r g e n c i e s ，t h ec o m m u n i c a t i o n sp l a yav e r yi m p o r t a n ta n di r r e p l a c e a b l e r o l e h o w e v e r , i nr e c e n ty e a r s ，p e o p l eb e c o m em o r ea n dm o r ea w a r et h a t t h et r a d i t i o n a lm e a n so fc o m m u n i c a t i o nc a nn o ts a t i s f yt h ef u n d a m e n t a l n e e d si nr e s p o n s et oe m e r g e n c i e s ，s u c ha sr e l i a b i l i t y , r e a l - t i m e ，m o b i l i t y , h i g hr e s i s t a n c et od a m a g ea n ds oo n t h e r e f o r e ，i ti se a g e rt os e ea n e m e r g e n c yc o m m u n i c a t i o ns y s t e mw i t ha b o v e m e n t i o n e dc h a r a c t e r i s t i c s i nt h i sp a p e r , w es u mu pap r o j e c to fb u i l d i n ga ne m e r g e n c y c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w h i c hu s e st h en e t w o r ko fd a t as e r v i c e sa st h e b a s i co fd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n w i t ht h er e a l i z a t i o no fr o u t i n g ， r o a m i n g ，b a c k u pa n di n t e r c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n ts y s t e m s ，i t m e e t st h ea b o v e m e n t i o n e dd e m a n dt oac e r t a i ne x t e n t t h ea u t h o r p a r t i c i p a t e d i nt h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fs o m ef u n c t i o n a l c o m p o n e n t s ，s u c ha sr o u t i n g ，b r o a d c a s t ，g a t e w a ya n db a c k u p i nt h e i m p l e m e n t a t i o n ，s o m ea d v a n c e dt e c h n o l o g i e sw e r eu s e d ，s u c ha sj a v a w e bs t a r t ，b e r k e l e y d b ，h i b e r n a t ea n dm s s t h i sp a p e rs u m m a r i z e s t h e s e t e c h n o l o g i e s ，d e m o n s t r a t e s t h e a d v a n t a g e s a n d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t so ft h e s et e c h n o l o g i e s ，d e s c r i b e st h ep r o c e s so fd e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o n ，a n a l y z e st h ed e f i c i e n c i e so ft h es y s t e ma n df i n a l l yg i v e s s o m em e t h o d st oi m p r o v e k e yw o r d s ：e m e r g e n c yc o m m u n i c a t i o n ，n e t w o r ko fd a t as e r v i c e s ， r e l i a b i l i t y , r e a l - t i m e ，m o b i l i t y , h i g hr e s i s t a n c et od a m a g e 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名： 每翘施 本人承担一切相关责任。 日期：幽：三：12 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：! 皇：三：! z 日期：幽：三：! 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 1 1 论文背景及意义 第一章绪论 随着电信和计算机网络技术的不断发展，各种通信应用系统广泛地深入到了 我们生活和工作当中，成为了我们生活和工作中不可或缺的一部分。尤其当应对 地震、海啸、洪水、恐怖袭击等各种自然灾害和突发紧急事件的时候，通信在其 中发挥着相当重要并且不可替代的作用。但是，近年来，人们越来越意识到了传 统的通信手段无法从根本上满足应对这些紧急事件时的需要，比如可靠性、即时 性、移动性和高抗毁性等。人们迫切地希望看到一种具有上述特性的应急通信系 统的出现。 应急通信系统，通常是指借助有线无线综合通信平台及数字集群【l 】调度通信 技术建立的一种专用通信系统。它在战备、抗洪、抢险救灾中做出了不可磨灭的 贡献，今后在执行重大机动通信任务时，它仍是不可或缺的。但目前我国许多地 区还没有形成一定规模的统一的应急通信系统，有的只是分类别、分地区、分部 门的良莠不齐的应急通信基础设施【2 】。 本课题所研究的重点是如何基于数据业务网，采用即时通信技术，来构建应 急通信系统。本课题中将要讨论的数据业务网是一种基于口的网络。在这个网 络中，主要传输各种数据业务。这些数据业务不但包括即时消息、语音视频流、 图像、文件，也包括未来可能出现的各种新的形式的数据业务。 即时消息是数据业务网之上的一种具体应用。目前国内外主流的即时通信协 议，包括可扩展消息处理现场协议( x m p p ) 【3 1 、q q 4 1 、m s n 5 】等。在这几种协 议中，x m p p 是最灵活和最开放的，在本课题中也借鉴了x m p p 的思想。 数据业务网应急通信系统充分结合了数据业务和应急通信两方面的内容，将 数据业务应用于应急通信。在传统应急通信系统中，各个部门根据自己的需要单 独建网，因此具有地域分隔明显、互联互通差等缺点。而数据业务网应急通信， 不仅很好地解决了互联互通的问题，而且具有可靠性、即时性、移动性和高抗毁 性的特性。由于网络中传输的是数据业务，包括即时消息、语音视频、图像、文 件等，使得用户之间的交流方式也更加丰富。因此，相较于传统应急通信系统， 它在实际应用中将具有更大的优势。 综上所述，由于应急通信的迫切性与重要性，进行本课题的研究不仅具有极 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的戍急通信系统的设计与实现 大的现实意义，而且具有广泛的应用前景。另外，由于应急通信对可靠性、即时 性、移动性和抗毁性的要求比较高，进行本课题的研究还需要从理论上的进行创 新，寻找符合高度抗毁、高度可靠的性能要求的设计方案，因此本课题的研究还 具有一定的理论意义。将数据业务应用于应急通信，本身就是一种创新，它不仅 符合技术发展的潮流，而且通过它的实际应用，又必将对技术本身的发展与改进 起到促进作用。 1 2 论文目标 本课题是在开发一个应急通信系统的过程中提出来的，主要是为了把数据业 务网技术应用到应急通信中，以实现一个具有可靠性、即时性、移动性和高抗毁 性等特性的应急通信系统。 本论文研究的着重点主要有两个方面，一方面是应急通信系统研究现状、组 成以及相对于一般通信的特殊性，比如可靠性、即时性、移动性和高抗毁性等； 另一方面是即时通信技术的发展现状、即时通信技术与应急通信的关系，以及在 开发应急通信系统时所用到的软件技术，比如j a v aw e bs t a r t 、b e r k e l e y d b 、 h i b e r n a t e 以及m s s 等。以此两方面展开学习研究工作，研究如何基于数据业务 网来实现应急通信系统。 1 3 论文内容和结构 本论文介绍了基于数据业务网的应急通信系统产生的特殊背景、特点、组成、 相关技术的发展现状以及构建数据业务网应急通信系统使用到的关键技术，在此 基础之上介绍了基于数据业务网的应急通信系统的设计、实现和测试，最后提出 了将来能够改进的方面及部分设想。论文结构如下： 第一章：绪论。介绍了论文的课题背景，研究的意义，研究的目标和结果。 第二章：基于数据业务网的应急通信系统概述。介绍了数据业务网应急通信 系统的产生背景、特点、组成以及相关技术的发展现状。 第三章：基于数据业务网的应急通信系统的关键技术。介绍了在应用数据业 务网技术来构建应急通信系统时所使用到的各种软件开发技术。 第四章：基于数据业务网的应急通信系统的设计。首先分析了数据业务网应 急通信系统的功能需求和性能需求，然后介绍了设计原则、体系结构、功能模块 划分、数据库设计、部署方案，最后说明了应急通信系统的特性在设计中是如何 体现的。 第五章：基于数据业务网的应急通信系统的实现。从系统功能的角度介绍了 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 整个系统是怎样实现的。包括各个功能模块和接口的实现以及如何保证系统的可 靠性、即时性、移动性和高抗毁性等。 第六章：首先介绍了测试的环境，然后说明了对数据业务网应急通信系统主 要从哪几方面进行以及如何进行测试，最后对心跳占用的带宽进行了分析与测试。 第七章：在第六章的分析基础之上，提出了本系统的局限性，主要集中在体 系结构和路由算法两方面。并就这些方面给出了一些改进意见。 第八章：总结。包括论文成果的小结，作者所从事的和论文相关的工作以及 收获。 3 北京邮电大学硕十研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 第二章基于数据业务网的应急通信系统概述 本章首先介绍了基于数据业务网的应急通信系统( 以下简称数据业务网应急 通信系统) 产生的特殊背景，然后介绍了数据业务网应急通信系统的特点、组成 和功能概况，最后介绍了相关技术的发展现状。 2 1数据业务网应急通信系统的产生背景 应急通信系统是指在应对突发紧急事件时，为解决突发紧急事件所带来的问 题，将突发紧急事件造成的损失降至最低，协调处理突发紧急事件的各方面人员 和资源，所需要的一种特殊的通信系统【6 1 。由于它主要被用于应对突发紧急事件， 所以它具有一般的通信系统所不具有的特殊性。 要分析应急通信系统的特殊性，首先要考虑突发紧急事件具有哪些特征。总 的来说，突发紧急事件有以下的共同特征【刀 ( 1 ) 时间不确定性：大多数情况下，人们无法预测突发紧急事件的发生时间。 少数情况下，人们可以预知其发生的大概时间，但仍然没有充足的时间做好应急 通信的准备。如2 0 0 2 年9 月1 1 日，虽然人们预先从气象台得知了强热带风暴“黑 格比”将会袭击香港的消息，但是从气象台发布台风信息后的1 2 时至下午4 时， 所有的固网和移动电话服务系统仍然出现了严重拥塞，造成了香港通信大瘫痪。 只有在极少数的情况下，人们可以预料到需要应急通信的紧急事件的发生时间并 做好应急通信的准备，如重要节假日、重要足球赛事和军事演习等。 ( 2 ) 地点不确定性：在少数情况下，可以确定需要应急通信的地点。这些地 点包括城市的高话务区域，例如体育场、广场、会议中心等。但在大多数情况下， 需要应急通信的地点也是不确定的。比如水灾、火灾、郊外大型活动以及恐怖袭 击等一些场合。 ( 3 ) 环境特殊性：突发紧急事件发生的地点，通常会处在常规通信无法覆盖 的特殊地点和环境，比如沙漠、海洋、边远地区等。 “) 破坏性：突发紧急事件会对周围环境和设施造成严重破坏。比如地震、 洪水、战争，它们不仅摧毁房屋、公路，也会损坏基础通信设施，比如光缆。 ( 5 ) 紧迫性：由于突发紧急事件通常会具有破坏性，所以在尽量短的时间内 对其做出响应，将它造成的损失控制在可以接受的范围内是非常必要的。 由于突发紧急事件具有以上特点，一般的应急通信系统相对于常规通信系统 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 应具有以下特点： o ) h o 时性：由于突发紧急事件具有紧迫性的特点，应急通信应能通过整合 现有的有线通信、移动通信和卫星通信等网络，实现不同通信手段互联互通，保 证各级各类应急平台之间的通信畅通，满足话音、数据和视频图像等业务的实时 传输。 ( 2 ) 可靠性：由于突发紧急事件具有环境特殊性和破坏性的特点，为保障在 特殊环境里常规通信手段无法覆盖的情况下的通信联络畅通，通信终端应能够选 择不同的接入方式，保证在事发现场能够接入至少一种通信网络，从而保证话音、 数据和视频图像等业务的可靠传输。 ( 3 ) 移动性：由于突发紧急事件具有地点不确定性和环境特殊性，通信终端 应具有很高的移动性，能够及时到达任何地点。 ( 4 ) 抗毁性：由于突发紧急事件具有破坏性的特点，它会损坏通信网络中的 通信设备，从而导致网络中断、通话质量降低等问题，所以应急通信要能应对这 些情况的出现。这便是应急通信抗毁性的要求。 ( 5 ) 其他：应急通信系统应该能够提供一对一和一对多的通信模式，保证指 挥人员指令快速下达。公用通信网络在超饱和之时，保证应急人员的优先通话权。 基于以上特点，一般可通过采用或整合常规通信手段来设计一个应急通信系 统。这些常规通信手段主要包括有线通信系统、无线通信系统、卫星通信系统、 数字集群系统等。一般来讲，有线通信系统能够提供高速、稳定和宽带的信道， 适用于大数据量的实时传输。无线通信系统，具有移动性强的特点，符合应急通 信对移动性的要求。卫星通信系统不受地域限制，适用于极端情况下的应急通信。 数字集群系统能实现组呼、单呼、广播以及分组数据业务，适用于应急指挥调度。 目前，数字集群系统【1 】是一种主要的应急通信系统。它在全球存在两大主流 标准：t e t r a 和i d e n 。在国内以中兴提出的g o t a 系统和华为提出的g t - 8 0 0 系统为代表。数字集群应急通信系统主要存在以下问题：( 1 ) 在多厂商运行环境 中包括终端在内的互联互通能力差；( 2 ) 高速多媒体业务运作及发展潜力较差； ( 3 ) 安全性较差；( 4 ) 价位太高。由于多厂商运行环境中的互联互通能力差，导 致基于数字集群的应急通信系统其实并没有很好地解决上述的即时性、可靠性、 移动性、抗毁性等问题。 从以上分析可知，常规通信系统并不适用于突发紧急事件时的应急通信，而 目前一般的应急通信系统也没有很好地满足应急通信的需求，所以，对数据业务 网应急通信系统展开深入研究，设计出满足以上需求的应急通信系统具有很大的 现实意义。 5 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设汁与实现 2 2 数据业务网应急通信系统的特点 除了上一节里所说的即时性、可靠性、移动性、抗毁性等一般应急通信系统 具有的特点外，数据业务网应急通信系统还具有以下特点： 存在一个核心网络。核心网络一般采用有线网络，比如计算机网络，以 提供高速率的分组数据业务。它是数据业务网应急通信系统的骨干传输 网络，包括节点服务器、网关、通信终端、管理终端等组件( 在本文中， 组件指的是一种软件模块，而不是实际的物理设备。在后文中，如果节 点服务器、网关、通信终端、管理终端等所指的是物理设备，会明确说 明) 。 可以存在多个接入网络。接入网络是指接入数据业务网应急通信系统的 常规通信网络。常规通信网络包括各种专用或公用通信网。为实现核心 网络与接入网络的互联互通而进行协议转换与适配的功能组件称为网 关，它解决了一般的应急通信系统中不同通信系统终端互联互通差的问 题。 节点服务器是组成核心网络的各个通信节点。核心网络的每个终端可以 登录两台节点服务器，一台是主登录节点，另一台是备用登录节点。 通信终端是数据业务网应急通信系统中能够进行数据业务通信的终端， 包括核心网络中的终端和接入网络中的终端。 能够通过核心网络中的管理终端对系统进行配置管理【8 】和对业务进行统 计查询。 终端之间的数据业务通信，通过它们之间的节点服务器和网关按照路由 存储转发实现。 终端之间的数据业务通信采用端到端和点到点两种回执确认的方式，来 保证通信的可靠性。 系统具有三种备份机制：节点服务器的备份、网关的备份以及路由的备 份。 系统为核心网络中的终端提供漫游功能。 系统具有灵活方便的组网方式：节点服务器、网关和终端都可以动态扩 展。 系统的绝大部分功能通过软件实现。应急通信所需要的备份机制、路由、 漫游等功能以及实现核心网络与接入网络互联互通功能的网关都可通 过软件来实现。 网络中传输的是数据业务，包括即时消息、语音视频、图像、文件等， 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 使得用户之间的交流方式也更加丰富。 2 3 数据业务网应急通信系统的组成 数据业务网应急通信系统的组织结构如图2 1 所示。它的组织结构中主要包 括以下几种逻辑实体：传输网络、传输服务器、网关、终端、发布服务器。 各个逻辑实体的功能说明如下： 传输网络：传输网络对应的物理实体即前面定义的核心网络。它由传输 服务器和网关组成。传输网络通过网关和常规通信系统的接入器，实现 对多种常规通信手段的接入和整合。为实现可靠性，所有传输服务器两 两互联，即任意两个传输服务器之间可以不经过中间传输服务器直接通 信，这样也便于实现数据的全网同步。每一个网关只能选择一个传输服 务器作为归属传输服务器，但是传输网络可以存在多个到同一个常规通 信网络的网关，以形成主备机制，从而增强可靠性。 传输服务器：包括节点服务器和数据库服务器。传输服务器具有接受终 端登录、传递即时消息、路由、备份、数据存储、系统管理等逻辑功能。 网关：负责传输网络与接入网络协议的转换，包括消息格式转换和内容 映射、终端号对应、消息传输接口等逻辑功能。 终端：分为核心网络中的终端和常规通信系统中的终端。核心网络中的 终端分为只有通信功能的通信终端和能够对网络配置进行修改的管理 终端。网络配置包括路由表配置、备份传输服务器、备份网关的配置等。 核心网络内通信终端和管理终端还具有状态实时显示( p r e s e n c e ) 的功 能。常规通信系统中的终端由各个常规通信系统提供者来实现。 发布服务器：发布服务器是数据业务网应急通信系统中一个特殊的逻辑 实体。它不属于传输网络。它的逻辑功能是为核心网络内的终端提供下 载安装终端程序以及版本自动更新的服务。 7 北京邮电大学预研究生毕业论文幕于数据业务同的应急通信系统的设计与宴现 凰旦一终端o 节腑器陟一接入器 o _ ”关日一黼黼岵一懒务器，a o 一 冗j 务器 一络 目2 - 1 数据业务网应息通信系统的蛆职结构图 2 4 相关技术发展现状 即时通信( i n s t a n tm s 锄鳓是一种与本课题中讨论的应急通信技术比较类 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 似的技术。它不仅在系统的组织结构上也分为与终端、传输服务器、网关等类似 的逻辑实体，而且在传输的内容上也是相似的，如即时消息、语音、视频、文件 等数据业务。目前国内外主流的即时通信协议包括q q 、m s n 和x m p p 等。下 面分别对它们作简要介绍。 ( 1 ) q q 协议简介 q q 4 作为国内的一款即时通信软件，从1 9 9 9 年发布以来，到现在已经在国 内即时通信领域处于垄断地位。由于q q 协议目前尚未被公布，现在对其的研究 还处于摸索阶段。 q q 系统主要由客户端和服务器两种功能实体组成。它的核心功能是文本通 信( t e x tm e s s a g e ) 和状态表示( p r e s e n c o 。 文字聊天协议族( t c p f , t e x tc h a t t i n gp r o t o c o lf a m i l y ) 是q q 的主要协议： 它的主要功能是支持q q 客户端之间的文字聊天。t c p f 建立在u d p 协议之上。 它的u d p 数据包中的第一个字符0 2 为这个协议族的标识。t c p f 的服务器 使用8 0 0 0 号端口。客户端一般从4 0 0 0 号端口开始尝试使用，但实际上，协议对 客户端使用的端口号并没有限制。目前对q q 协议的研究主要集中在t c p f 上。 ( 2 ) m s n 协议简介 m s n 5 】是微软发布的一款即时聊天工具。其系统主要由客户端和三种服务器 组成。三种服务器分别是d i s p a t c h 服务器、n o t i f i c a t i o n 服务器和t c h b o a r d 服务 器。 m s nm e s s e n g e r 通常使用端口1 8 6 3 进行通信。在客户端和各服务器之间主 要有两种通信形式：命令( c o m m a n d ) 和消息( m e s s a g e ) 。 d i s p a t c h 服务器主要用于初始化客户端与服务器的连接。用户首先利用地址 m e s s e n g e r h o t m a i l c o m 和端口1 8 6 3 连接d i s p a t c h 服务器，然后再根据返回的口 地址和端口来连接n o t i f i c a t i o n 服务器。 n o t i f i c a t i o n 服务器是m s nm e s s e n g e r 的主工作区。几乎所有操作都要与 n o t i f i c a t i o n 服务器进行连接和信息交互，包括用户的状态改变、聊天请求以及来 信通知等。n o t i f i c a t i o n 服务器的i p 地址和端口被固定为6 4 4 1 3 1 9 5 ：1 8 6 3 。 t c h b o a r d 服务器用于语音、视频、发送文件时建立连接的信息交互。 c o m m a n d ：多数数据是以标准的命令格式传输的。标准的命令格式主要由 三部分组成：以命令标识符开始，然后是参数，以换行符结束。参数之间以空格 分隔。 m e s s a g e ：一种独特的命令方式。它以m s g 开头，每条消息的第一行的末尾 以一个数字来表示以下部分信息的字节数：m i m e 头和主体部分。第二行为m i m e 头，一般形式为m i m e v e r s i o n ：1 0 ，以换行符结束。随后m i m e 头以两个换行符 9 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 结束，用于区分消息主体。 ( 3 ) x m p p 协议简介 x m p p 3 】是一种基于x m l 的协议，它继承了在x m l 环境中灵活的可扩展性。 因此，基于x m p p 的应用也具有超强的可扩展性。经过扩展以后的x m p p 可以 通过发送扩展的信息来处理用户的需求，以及在x m p p 的顶端建立如内容发布 系统和基于地址的服务等应用程序。而且，x m p p 包含了针对服务器端的软件协 议，这使得开发者能更容易地建立客户端应用程序或给一个已有系统添加功能。 x m p p 中定义了三个角色：客户端、服务器、网关。通信能够在这三者的任 意两个之间双向发生。服务器同时承担了客户端信息记录，连接管理和信息的路 由功能。网关承担着与异构即时通信系统的互联互通，异构系统可以包括s m s ( 短信) ，m s n ，i c q 等。基本的网络形式是单客户端通过t c p f i p 连接到单服 务器，然后在之上传输x m l 。 ( 4 ) 相关技术小结 通过以上介绍，我们可以发现这些即时通信技术或协议并不适合直接应用于 数据业务网应急通信系统中。原因主要有以下几点： q q 和m s n 是一个封闭的系统，缺乏类似网关的功能实体，不能方便地 实现异构系统的互联互通。 x m l 存在数据透明的缺陷，因此x m p p 在使用的过程中，还需要努力 克服它本身存在的安全方面的缺点。 q q 、m s n 和x m p p 缺乏通过管理终端来管理系统的功能和考虑。 q q 、m s n 和x m p p 产生的初衷并不是应急通信，因此它们并没有重点 针对应急通信系统应具有的可靠性、移动性、抗毁性来进行设计。 但是由于x m p p 的灵活性和开放性，在本课题中也借鉴了x m p p 的思想。 x m p p 中定义的三个角色：客户端、服务器、网关即分别对应于数据业务网应急 通信系统中的终端、传输服务器、网关三个逻辑实体。与x m p p 中客户端能直 接与网关进行通信所不同的是，数据业务网应急通信系统中的终端并不能与网关 直接通信。 2 5小结 本章介绍了什么是应急通信系统，以及数据业务网应急通信系统的产生背景、 特点、组成。最后，介绍了数据业务网应急通信系统相关技术的发展现状。 l o 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 第三章基于数据业务网的应急通信系统的关键技术 在此课题的研究过程中，节点服务器、网关、终端都使用e c l i p s e 平台利用 j a v a 语言进行开发。主要采用了j a v aw e bs t a r t 、b e r k e l e y d b 、h i b e r n a t e 以及m s s 等先进技术。下面简单介绍一下这些技术。 3 1j a v aw e bs t a r t 简介 j a v aw e bs t a r t t g 是基于j a v a 技术的应用程序的一种部署解决方案。它是连接 计算机和i n t e r n e t 的便捷通道，允许用户在完全脱离w e b 的情况下运行和管理应 用程序。j a v aw e bs t a r t 提供一次单击激活应用程序的简易方法，并保证始终运 行应用程序的最新版本，从而可避免复杂的安装或升级过程。 传统情况下，通过w e b 发布软件需要用户在w e b 上查找、下载，而后在系 统中存放并执行安装程序。执行安装程序后，将提示指定安装路径和安装选项， 例如完全、典型或最小安装。这是一项耗时而又复杂的任务，并且在安装软件的 每个新版本时都必须重复进行。 相反，通过w e b 部署的应用程序，例如您喜爱的基于h t m l 的电子邮件客 户软件和日历、拍卖站点等等，都非常容易安装和使用。w e b 浏览器使整个过程 自动完成。没有复杂的下载、安装和配置过程，并且确保您始终使用最新版本。 j a v aw e bs t a r t 技术可为全功能应用程序提供与如上所述的w e b 浏览器为 h t m l 应用程序提供的相同的好处。j a v aw 曲s t a r t 技术是一种面向w e b 的应用 程序部署解决方案。使用全功能应用程序替代基于h t m l 的客户软件具有多种 好处： 高度交互的用户界面，可与传统应用程序( 如文字处理和电子表格软件) 相 媲美。 较低的带宽需求。应用程序无须在每次单击时都与w e b 服务器进行连接， 它可以缓存已经下载的信息。这样，它可以在低速连接上实现更好的交互性。支 持脱机使用。 当然，在第一次使用时仍得下载应用程序。基于h t m l 的应用程序因而具 有首次激活的开销。典型情况下，打开一个w e b 页面需要几秒钟。基于j a v a 技 术的应用程序通过典型的调制解调器连接下载将需要几分钟。j a v aw e bs t a r t 将 下载的所有文件缓存在本地计算机上。这样，尽管应用程序的首次激活开销高于 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 h t m l 页面，但此后便可在瞬间完成应用程序的启动，因为所需的全部资源都可 在本地获得。 每次启动时，j a v aw e bs t a r t 将检查w e b 服务器是否有应用程序的更新版本， 如果有，则自动将其下载并启动。这样，应用程序将自动更新。没有复杂的升级 过程。 在本课题中，核心网络中的两种终端：通信终端和管理终端都采用j a v a 进 行开发，并最终使用j a v aw e bs t a r t 进行发布。 3 2 b e r k e l e y d b 简介 在本课题中，使用b e r k e l e y d b t l 0 】作为核心网络终端的本地数据库。 b e r k e l e y d b 是一个开放源代码的内嵌式数据库管理系统，能够为应用程序 提供高性能的数据管理服务。应用它程序员只需要调用一些简单的a p i 就可以 完成对数据的访问和管理。与常用的数据库管理系统( 如m y s q l 和o r a c l e 等) 有所不同，在b e r k e l e y d b 中并没有数据库服务器的概念。应用程序不需要事先 同数据库服务建立起网络连接，而是通过内嵌在程序中的b e r k e l e y d b 函数库来 完成对数据的保存、查询、修改和删除等操作。 b e r k e l e y d b 为许多编程语言提供了实用的a p i ，包括c 、c 抖、j a v a 、p e r l 、 t c l 、p y t h o n 和p h p 等。所有同数据库相关的操作都由b e r k e l e y d b 函数库负责 统一完成。这样无论是系统中的多个进程，或者是相同进程中的多个线程，都可 以在同一时间调用访问数据库的函数。而底层的数据加锁、事务日志和存储管理 等都在b e r k e l e y d b 函数库中实现。它们对应用程序来讲是完全透明的。俗话说： “麻雀虽小五脏俱全”。b e r k e l e y d b 函数库虽然只有3 0 0 k b 左右，但却能够用来 管理多达2 5 6 t b 的数据，并且在许多方面的性能还能够同商业级的数据库系统相 抗衡。就拿对数据的并发操作来说，b e r k e l e y d b 能够很轻松地应付几千个用户 同时访问同一个数据库的情况。此外，如果想在资源受限的嵌入式系统上进行数 据库管理，b e r k e l e y d b 可能就是惟一正确的选择了。 b e r k e l e y d b 作为一种嵌入式数据库系统在许多方面有着独特的优势。首先， 由于其应用程序和数据库管理系统运行在相同的进程空间当中，进行数据操作时 可以避免繁琐的进程间通信，因此耗费在通信上的开销自然也就降低到了极低程 度。其次，b e r k e l e y d b 使用简单的函数调用接e l 来完成所有的数据库操作，而 不是在数据库系统中经常用到的s q l 语言。这样就避免了对结构化查询语言进 行解析和处理所需的开销。 1 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 3 3 h i b e r n a t e 简介 在本课题中，使用h i b e r n a t e 1 l 】来操纵节点服务器的数据库。 h i b e r n a t e 是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对j d b c 进行了非常 轻量级的对象封装，使得j a v a 程序员可以随心所欲的使用对象编程思维来操纵 数据库。h i b e r n a t e 可以应用在任何使用j d b c 的场合，既可以在j a v a 的客户端 程序使用，也可以在s e r v l e t j s p 的w e b 应用中使用，最具革命意义的是，h i b e r n a t e 可以在应用e j b 的j 2 e e 架构中取代c m p ，完成数据持久化的重任。 h i b e r n a t e 的核心接口一共有5 个，分别为：s e s s i o n 、s e s s i o b f a c t o 巧、 t r a n s a c t i o n 、q u e r y 和c o n f i g u r a t i o n 。这5 个核心接口在任何开发中都会用到。 通过这些接口，不仅可以对持久化对象进行存取，还能够进行事务控制。下面对 这五的核心接口分别加以介绍。 s e s s i o n 接口：s e s s i o n 接口负责执行被持久化对象的c r u d 操作( c r u d 的 任务是完成与数据库的交流，包含了很多常见的s q l 语句) 。但需要注意的是 s e s s i o n 对象是非线程安全的。同时，h i b e r n a t e 的s e s s i o n 不同于j s p 应用中的 h t t p s e s s i o n 。这里当使用s e s s i o n 这个术语时，其实指的是h i b e r n a t e 中的s e s s i o n 。 s e s s i o n f a c t o r y 接口：s e s s i o n f a c t r o y 接口负责初始化h i b e r n a t e 。它充当数据 存储源的代理，并负责创建s e s s i o n 对象。这里用到了工厂模式。需要注意的是 s e s s i o n f a c t o r y 并不是轻量级的，因为一般情况下，一个程序通常只需要一个 s e s s i o n f a c t o r y 就够，当需要操作多个数据库时，可以为每个数据库指定一个 s c s s i o n f a c t o r y 。 c o n f i g u r a t i o n 接口：c o n f i g u r a t i o n 接口负责配置并启动h i b e r n a t e ，创建 s e s s i o n f a c t o r y 对象。在h i b e r n a t e 的启动的过程中，c o n f i g u r a t i o n 类的实例首先 定位映射文档位置、读取配置，然后创建s e s s i o n f a c t o r y 对象。 t r a n s a c t i o n 接口：t r a n s a c t i o n 接口负责事务相关的操作。它是可选的，开发 人员也可以设计编写自己的底层事务处理代码。 q u e r y 和c r i t e r i a 接口：q u e r y 和c r i t e r i a 接口负责执行各种数据库查询。它 可以使用h q l 语言或s q l 语句两种表达方式。 3 4 消息服务系统简介 在本课题中，使用消息服务系统m e s s a g es e r v i c es y s t e m ( 以下简称m s s ) 作为节点服务器、网关和终端之间的底层通信平台。 m s s 是支持分布式运算的软件产品之一，它参考了c o r b a 与q 3 相关的体 1 3 北京邮电大学碗研究生毕n 论文基十数据n 势日的应急n 信系统的设计与宴日 系结构和实现技术，参考了相关的国际标准，具有支持分布式运算的完备功能， 具有较好的传输体系结构具有良好的软件组织结构。c o r b a 与0 3 功能强大， 采用它们实现的应用程序具有较好的程序组织结构，且具备描述抽象接口的功能 多厂商的产品在一定程度上能够互联互通互操，但实践表明c o r b a 与q 3 都比 较复杂，难学难懂，且它们的功能真正被使用到的只是很小一部分； c o r b a 与0 3 虽然有一定的互操作性，但其中存在的问题报难得到解决( 同一厂商的不 同版本有时也不能互操作) ，且实际上很多系统采用多厂商的产品本来就没有必 要( 并且采用较简洁的实现方式，多厂商更容易互联互通互操作) 。 m s s 作为支持分布式运算的组件，它是源于实践中的应用需求，综合了 c o r b a 、q 3 的优点，克服了它们的大部分缺点，不像它们那么冗余，但支持分 布式运算的功能还是相当完备的；m s s 不仅支持应用进程自j 点到点、点到多点 的实时通信，而且对通信信息的内容作了很好的抽象和组织；m $ s 对应用程序 的组织结构做出了很好的规划，使得应用程序的开发更加容易、快捷，且应用程 序的结构满足一致性要求，便于合作开发，便于维护；m s s 采用了分层开发技 术，严格符合o s i 七层参考模型，结构清晰，容易扩充，很好维护，适台于不 同层次的开发；m s s 实现比较精巧，运行时空占用都比较小，但它叉对应用程 序的并发处理提供充分的支持；m s s 最大的优点可能就是它对开发人员要求比 较低，m s s 很容易学习，很容易使用；m s s 按名通信，网络对程序员、管理员 来说完全透明。 m s s 的功能简单的说就是为了解决应用实体( a e ) 与应用实体之间的通信， 这些a e 可以在同一台计算机，也可以分布在通过网络可以访问的其他计算机上。 在m s s 中，把a e 与a e 之间交互的信息叫做业务业务分成三种类型： 业务请求、业务通知、业务应答。 m r bj 训目m * i 医 ? 棚p q j ；薹未；嚣z 魅照瘟 j 送趣l 嚣翥翮l n * 日求# | | 务提供# l 篇裟* , l k 酾 、k * 1 5 mh | l* * m l 图3 - 1m s s 功能结构图 8 眦扩 攀 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 基于数据业务网的应急通信系统的设计与实现 如图3 1 所示，在m s s 中，有一条软件总线m r b ( m e s s a g er e q u e s tb r o k e r ) 。 连接在m r b 上的逻辑通信单元称之为m