非結(jié)構(gòu)化海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究

摘要：為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)下非結(jié)構(gòu)化海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的快速分析處理，在關(guān)鍵的算法和系統(tǒng)化集成處理方面提出解決方法。采用內(nèi)存映射文件方式快速讀取海量數(shù)據(jù)，并設(shè)計(jì)了時(shí)間矩陣算法，用以快速進(jìn)行同步分析處理；應(yīng)用分布式中間件方式實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的并發(fā)處理和數(shù)據(jù)分發(fā)，對(duì)飛行試驗(yàn)采集的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析處理，使用這些算法的數(shù)據(jù)處理軟件，可以使處理效率滿足飛行試驗(yàn)海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理的需求。這些都為新一代機(jī)載采集系統(tǒng)應(yīng)用于飛行試驗(yàn)提供了技術(shù)保障。
關(guān)鍵詞：IENA；XNET／INET；PCAP；飛行試驗(yàn)

飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理是飛行試驗(yàn)工程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)各類試飛數(shù)據(jù)信息進(jìn)行細(xì)致、充分和全面的分析與處理，數(shù)據(jù)處理結(jié)果是飛行試驗(yàn)鑒定結(jié)論的核心依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在飛行試驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域的深入應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)逐漸成為飛行試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)核心。同時(shí)隨著現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，飛行試驗(yàn)科目、測(cè)試參數(shù)、測(cè)試數(shù)據(jù)種類以及測(cè)試數(shù)據(jù)總量越來越多。對(duì)飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理從質(zhì)量、速度以及數(shù)據(jù)安全性、可靠性等方面提出了更高的要求。機(jī)載網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)應(yīng)用于最新的飛機(jī)測(cè)試系統(tǒng)上，該系統(tǒng)采集記錄的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)記錄了飛機(jī)一個(gè)飛行試驗(yàn)起落的各類測(cè)試數(shù)據(jù)信息，新一代飛機(jī)測(cè)試參數(shù)總量激增，數(shù)據(jù)總量達(dá)到上百個(gè)GB。為縮短單架次飛行試驗(yàn)周期，如何高效快捷地對(duì)這些非結(jié)構(gòu)化的海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行同步分析處理，方便科研人員的應(yīng)用，就成為必須解決的實(shí)際問題。

1 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)
在網(wǎng)絡(luò)化機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)Kam4000中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包從采集器通過二級(jí)交換機(jī)到記錄器。第一級(jí)交換機(jī)可以有多個(gè)，二級(jí)交換機(jī)作為系統(tǒng)的時(shí)鐘接入點(diǎn)、遙測(cè)數(shù)據(jù)和記錄器的接入點(diǎn)、系統(tǒng)配置文件的加載點(diǎn)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包被記錄器完整的記錄下來，在此需要分析的是記錄器記錄的完整的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。該網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是有一個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包組成，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的格式根據(jù)采集器的不同可以是不同的。

1．1 與Kam500采集系統(tǒng)的差別
現(xiàn)在大量應(yīng)用于飛行試驗(yàn)的Kam500機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)，采集記錄的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)格式為標(biāo)準(zhǔn)的PCM數(shù)據(jù)。PCM數(shù)據(jù)由重復(fù)出現(xiàn)的長(zhǎng)幀組成，每個(gè)長(zhǎng)幀的長(zhǎng)度是固定的，每個(gè)長(zhǎng)幀包含若干個(gè)短幀。網(wǎng)絡(luò)化機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)Kam4000中，采集記錄的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包格式。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的大小都可以不同，并且每個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包中的參數(shù)個(gè)數(shù)也可以不同。
1．2 海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的格式
網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)采用ARCA公司的最新采集器，采集記錄的數(shù)據(jù)格式根據(jù)采集器的不同可以是IENA，或XNET／INET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包格式。采用BCU105(IENA Ethernet Controller)支持的是IENA包結(jié)構(gòu)。而采用BCU140(XNET Ethernet Controller)支持XNET／INET的同時(shí)，也支持IEN-A。在網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)中IENA和XNET／INET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包以EthernetⅡ協(xié)議廣播。根據(jù)記錄器的不同，記錄的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)可以是PCAP格式或者IRIG106-10格式記錄。
PCAP基本格式：
文件頭 數(shù)據(jù)包頭 數(shù)據(jù)包 數(shù)據(jù)包頭 數(shù)據(jù)包 …
IRIG106-10基本格式：
文件頭 特殊字頭 數(shù)據(jù)包 特殊字頭 數(shù)據(jù)包 …
根據(jù)飛行試驗(yàn)的測(cè)試特性，參照以往的模擬量在飛行實(shí)驗(yàn)中記錄數(shù)據(jù)的大小，如果參數(shù)量為5 000個(gè)，一定的飛行時(shí)間內(nèi)記錄的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)為12 GB左右。隨著飛機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性的增加，應(yīng)用于飛行實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)需測(cè)試的飛行試驗(yàn)參數(shù)也越來越多，單架次的飛行試驗(yàn)記錄的模擬量數(shù)據(jù)將是現(xiàn)在的4倍、5倍甚至更多。