接口協(xié)議智能編解碼方法研究
引言
復(fù)雜信息系統(tǒng)有一個(gè)共同的特點(diǎn)：組成成員眾多。因此，其仿真涉及到的實(shí)體眾多，實(shí)體間的接口協(xié)議也很復(fù)雜，而且，不同仿真系統(tǒng)定義的接口協(xié)議往往是相差甚遠(yuǎn)。以上因素使得復(fù)雜信息系統(tǒng)仿真中接口協(xié)議的編解碼處理工作難于統(tǒng)一，往往是每個(gè)復(fù)雜信息系統(tǒng)仿真都要花大量的時(shí)間來編寫接口協(xié)議的編碼和解碼程序。如何將接口協(xié)議的工作集成化，做到仿真平臺(tái)與接口協(xié)議的編碼和解碼在一定程度上相互獨(dú)立，即軟件接口協(xié)議的改動(dòng)不影響仿真平臺(tái)其它程序代碼的改動(dòng)，做到程序和數(shù)據(jù)分離；另一方面，希望不同系統(tǒng)仿真可以共用接口協(xié)議的編碼和解碼的代碼。本文將解決這兩個(gè)方面的難題，提出一種復(fù)雜信息系統(tǒng)仿真中接口協(xié)議的智能編解碼方法。
1 智能編解碼方法的基本思路
要使得接口協(xié)議的編解碼工作集成化、具有通用性，首先要對(duì)接口協(xié)議進(jìn)行存儲(chǔ)?？紤]到通用性的要求，對(duì)接口協(xié)議的存儲(chǔ)應(yīng)該也具有通用性，因此，必須設(shè)計(jì)一種能夠動(dòng)態(tài)響應(yīng)不同協(xié)議的存取方法。對(duì)于協(xié)議的存儲(chǔ)可以采用數(shù)據(jù)庫或者其它的手段。但是，數(shù)據(jù)庫技術(shù)很難直接反映每個(gè)記錄（接口協(xié)議的具體單元）所屬的前后層次關(guān)系，這給后續(xù)的編解碼工作帶來一定的困難。為了克服數(shù)據(jù)庫技術(shù)的這種不足，采用另外一種方式：XML 技術(shù)。XML 的樹形結(jié)構(gòu)能夠很好的反映數(shù)據(jù)的層次關(guān)系；另外，其數(shù)據(jù)傳輸速度快，編程操作方便。將用戶輸入的協(xié)議存儲(chǔ)在XML 文件中，然后根據(jù)XML 文件進(jìn)行編碼和解碼。此時(shí)，關(guān)鍵的問題就是如何設(shè)計(jì)靈活、通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來處理XML 文件中的協(xié)議信息。圖1 描述了智能編解碼方法的基本思路。
2 幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題的處理
由上述基本思路可知，方法的實(shí)現(xiàn)有幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問題需要解決：
XML 文檔的結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)才能存儲(chǔ)不同結(jié)構(gòu)形式的接口協(xié)議？
什么樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)才能存放XML 文檔中的接口協(xié)議數(shù)據(jù)？
針對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何確定編解碼流程？
以上三個(gè)問題具有緊密的邏輯關(guān)系，由于問題1）的復(fù)雜性使得問題2）解決存在一定的難度，進(jìn)而使得問題3）的解決更加困難。
2.1 XML文檔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
利用XML 文檔存儲(chǔ)編解碼規(guī)則時(shí)，關(guān)鍵是XML 文檔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因?yàn)?span lang="EN-US">XML 文檔結(jié)構(gòu)在一定程度上會(huì)影響編解碼的效率甚至是整個(gè)仿真軟件的效率。我們按照逐級(jí)分類原則對(duì)編解碼規(guī)則進(jìn)行分類存儲(chǔ)。比如飛機(jī)A 的位置這樣一條信息的接口協(xié)議存取為XML 文檔后，其結(jié)構(gòu)如下所示：
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<飛機(jī)A>
<位置>
<經(jīng)度><起始位置></起始位置><長度></長度><數(shù)據(jù)類型> </數(shù)據(jù)類型></經(jīng)度>
<緯度> …</緯度>
<高程> …</高程>
</位置>
</飛機(jī)A>
省略號(hào)代表對(duì)應(yīng)的編解碼接口協(xié)議。當(dāng)我們把所有的編解碼規(guī)則都存儲(chǔ)到XML 文檔后，我們就可以利用已有的XML 文檔進(jìn)行報(bào)文編碼與解碼。當(dāng)編解碼信息長度或者是編解碼信息單元內(nèi)的信息位置需要改變時(shí)我們只需要修改XML 的相應(yīng)內(nèi)容。
2.2 編解碼方法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
為了對(duì)接口協(xié)議進(jìn)行有效的編解碼，其編碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)接口協(xié)議編解碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，既要考慮復(fù)雜信息系統(tǒng)接口協(xié)議的特點(diǎn)，又要方便程序的開發(fā)。
一方面，在報(bào)文編解碼時(shí)我們應(yīng)該首先對(duì)整條報(bào)文編解碼加以控制，比如應(yīng)答控制、重發(fā)控制、糾錯(cuò)控制、目的地控制、發(fā)送通道控制等。我們將這種控制信息叫做報(bào)頭編解碼（幀頭編
解碼），其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)如下：
typedef struct FrameHead
{
char* frame_number; //報(bào)文編號(hào)
bool type; //報(bào)文類型（發(fā)送還是反饋）
char* start; //發(fā)送方
char* destination; //接收方
byte number; //編解碼信息單元數(shù)量
short length; //編解碼信息單元長度
bool responsion; //應(yīng)答控制
char* resposion_number; //所應(yīng)答報(bào)文的編號(hào)
byte chunnel; //發(fā)送通道
Unit* info; //第一個(gè)編解碼信息單元
} FrameHead；
另一方面，每條完整的接口信息都是由若干編解碼信息單元組成，編解碼信息單元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到編解碼的效率和可擴(kuò)展性，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)如下：
typedet struct Unit
{
char* unit_number; //信息單元編號(hào)
bool send_element[MAX_ELE]; //有效信息標(biāo)識(shí)
Unit* next; // 下一信息單元
}Unit;
其中，MAX_ELE 為編解碼信息單元內(nèi)最大的信息元素?cái)?shù)量（比如，經(jīng)度即可視為一個(gè)信息元素）。當(dāng)信息元素是本接口信息的最后一個(gè)時(shí)，next=NULL。
2.3編解碼流程
程序設(shè)計(jì)時(shí)，我們主要關(guān)心兩種流程：數(shù)據(jù)流和程序流程。前者是我們從整體上把握編解碼設(shè)計(jì)的體系；后者是詳細(xì)的功能實(shí)現(xiàn)。
整個(gè)數(shù)據(jù)流程是這樣的：首先，將編解碼規(guī)則整理、存儲(chǔ)為XML 文檔，然后，利用XML 文檔對(duì)協(xié)議報(bào)文進(jìn)行編碼，最后，再利用XML 文檔對(duì)協(xié)議密文進(jìn)行解碼。
在進(jìn)行程序編解碼時(shí)，從幀頭入手，先對(duì)控制信息進(jìn)行編解碼，然后對(duì)每個(gè)信息單元編碼。對(duì)信息單元編碼時(shí)，以信息元素為最小信息體，依照編解碼規(guī)則對(duì)每個(gè)信息元素進(jìn)行編解碼。
編碼設(shè)計(jì)的程序流程如圖3 所示。解碼即為編碼的逆過程。
依據(jù)編解碼規(guī)則的XML 文檔和報(bào)文編解碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里的信息我就們就可以對(duì)報(bào)文進(jìn)行編碼和解碼了。編碼的實(shí)質(zhì)就是將信息依據(jù)編碼規(guī)則轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制的代碼；解碼是它的逆過程。編碼的實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的位操作。如果某項(xiàng)信息（信息元素）在編碼信息單元內(nèi)占用了i n 到i+k −1 n 的K 位，那么我們編碼的任務(wù)就是依據(jù)實(shí)際信息將這K 位填充。在對(duì)位進(jìn)行操作時(shí)，一般的方法是先定位所操作的位所屬的字節(jié)，然后取出這一字節(jié)的信息，再接下來用“|”操作對(duì)其進(jìn)行寫操作。比如，要將一個(gè)128 位數(shù)據(jù)中的第100 位置1，我們先取出第100/8 + 1=13個(gè)字節(jié)的信息，然后再將這個(gè)字節(jié)的信息“|”上“1000”。這樣，循環(huán)K 次便可完成這個(gè)信息元素的編碼。有一種情況就是連續(xù)的K 位信息在一個(gè)字節(jié)內(nèi)，這時(shí)，我們只需要進(jìn)行一次操作便可完成此信息元素K 位的編碼。這種編碼方法的優(yōu)點(diǎn)是輔助編碼的空間占用少；速度也比較高，尤其是信息元素編碼都在一個(gè)字節(jié)內(nèi)時(shí)。
在編碼時(shí)，我們還可以采取另外一種函數(shù)實(shí)現(xiàn)上更加快捷的方法。這種編碼方法的思想是先將編碼信息的每一位放在一個(gè)字節(jié)空間中，然后按由低到高的順序?qū)⒚堪藗€(gè)字節(jié)空間的信息轉(zhuǎn)換到信息編碼單元中的一個(gè)字節(jié)。這樣的好處是便于處理跨字節(jié)的信息元素編碼，思路新穎。
顯然，可以根據(jù)以上思路設(shè)計(jì)出兩種解碼函數(shù)，它們分別是上述編碼函數(shù)的逆過程。經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)在信息單元長度不超過512 位時(shí)，上述兩種方法的效率基本一樣；在信息單元長度很大時(shí)，第二種方法會(huì)稍快些。
3 編解碼方法舉例
按照以上思路，飛機(jī)A 報(bào)告自身位置的報(bào)文編解碼的設(shè)計(jì)如下。
飛機(jī)自身的位置信息屬于態(tài)勢信息，包括經(jīng)度（LONG）和緯度（lat）、高程（H）。編解碼的任務(wù)就是處理這三種信息。
首先，將編解碼規(guī)則整理成XML 文檔。這一步是編解碼的前提和基礎(chǔ)。一般，一個(gè)XML 文檔對(duì)應(yīng)一種規(guī)則，整理一次以后，以后的編解碼即可反復(fù)利用此XML 文檔。
然后，填充編解碼的幀頭信息（幀頭編解碼）。編碼時(shí)關(guān)鍵代碼如下：
FrameHead PosHead; Unit *p=NULL; //幀頭，信息單元申明
//信息單元處理
p-> unit_number=“State_SelfPos”;
memset(p->send_elemet,0,MAX_ELE);
p->send_elemet[1]= p->send_elemet[2]= p->send_elemet[3]=1; //假定高度、緯度和經(jīng)
度//是規(guī)則中的前三個(gè)信息元素
p->next=NULL;
//幀頭處理
PosHead.frame_number= “PosHead_
PosHead .type = 1 ; //報(bào)文類型（發(fā)送）
PosHead .start = “plane_A ”; //發(fā)送方
PosHead .destination= “alert”; //接收方
PosHead .number=1; //編碼信息單元數(shù)量
PosHead .length=128; //編解碼信息單元長度
PosHead.responsion=1; //應(yīng)答控制(確認(rèn)收到)
PosHead .resposion_number=NULL; //所應(yīng)答報(bào)文的編號(hào)
PosHead .chunnel=1; //發(fā)送通道
PosHead.info=p; //第一個(gè)編解碼信息單元
接下來，調(diào)用編碼函數(shù)進(jìn)行編碼，這樣就將信息轉(zhuǎn)化成為了二進(jìn)制代碼。最后，接收方解碼此信息，調(diào)用解碼函數(shù)。
4 結(jié)論
本文中提出的報(bào)文編解碼方法，在復(fù)雜信息系統(tǒng)仿真中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明，有如下特點(diǎn)：
編解碼速度快，完全能夠滿足復(fù)雜信息系統(tǒng)仿真通信的要求；
協(xié)議的改變不影響仿真系統(tǒng)軟件，接口協(xié)議的數(shù)據(jù)處理和仿真程序分離；
不同的復(fù)雜信息系統(tǒng)仿真都可以使用這種方法，接口協(xié)議的編解碼程序代碼具有可移植性。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：針對(duì)接口協(xié)議的復(fù)雜性和靈活性，提出了一種新穎的編解碼方法，有效的解決了接口協(xié)議種類多、編解碼方式靈活等問題；而且方法已經(jīng)應(yīng)用于863 計(jì)劃項(xiàng)目，取得了良好的效果。
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