刘秀敏
摘要: 定位导航系统是海上电子信息系统关键设备之一，其定位时效性与精度影响海上航行安全。现有海上导航定位技术有GPS、北斗卫星、红外信号及雷达信号等，传统单机处理模型已经不能满足综合导航集成系统的信号处理性能要求。本文设计了基于云平台架构的综合船舶导航集成系统，研究一种面向服务的私有云架构，最后进行了仿真。仿真结果表明，设计的综合导航系统精度和时效性优于传统导航系统。 关键词：导航集成系统；虚拟化；云平台
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2019)8A – 0148 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.8A.050
Cloud platform architecture design in integrated navigation system for ships
LIU Xiu-min
(Shangqiu Polytechnic, Shangqiu 476000, China)
Abstract: Location and navigation system is one of the key equipments of marine electronic information system. Its po-sitioning timeliness and accuracy affect the safety of navigation at sea. The existing marine navigation and positioning tech-nologies include GPS, Beidou satellite, infrared signal and radar signal, etc. The traditional single processing model can not use the signal processing performance requirements of integrated navigation system. This paper designs an integrated naviga-tion system based on cloud platform architecture, studies a service-oriented private cloud architecture, and finally carries out simulation.
Key words: navigation lntegrated system；virtualization；cloud platform
0 引 言
传统的海上船舶定位系统基于单机系统，只能处理单一导航信号，如GPS、北斗卫星、红外信号及雷达。现代船舶导航系统一般基于多种信号处理，能够提高导航精度，同时降低海洋环境干扰。
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随着电子技术、信息技术发展，基于分布式计算的云平台在现代船舶综合导航系INS得到广泛应用[1]，其能并行处理多维度导航信息，提高导航系统精度。
本文研究一种面向服务的私有云架构，设计了基于云平台架构的综合船舶导航集成系统INS，最后对系统进行了仿真。
1 基于云平台集成导航系统架构
相对于传统单机导航定位系统，船舶综合导航系统INS采用云集平台，接收多维导航信号，其架构如图1所示。
如图1可知，整个INS云平台架构由分布式的计算集、分布式存储、串口通信、监控、无线网络及上层应用组成。
INS云平台分布式集通过总线接收不同通道导航信号，利用自身负载均衡算法寻最优云计算资源[2]， 图 1 云平台集成导航系统架构
Fig. 1 Integrated navigation system architecture for cloud platform
第41 卷第 8A 期舰船科学技术Vol. 41, No. 8A 2019 年 8 月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Aug. , 2019
收稿日期: 2019 – 06 – 21
作者简介: 刘秀敏(1979 – )，女，硕士，讲师，研究方向为计算机应用技术和计算机教育教学。
分析结果按照不同导航信号类型存放于分布式存储器，INS上层根据不同的应用从数据库获取相应数据。
2 集成导航系统云平台技术实现
2.1 集成导航系统平云台虚拟化技术
INS云平台的计算、存储、网络资源都采用虚拟技术，使应用层不再受限于物理资源限制。
1）计算资源虚拟化
INS云平台计算资源是分布式架构，在多信号导航处理中，可以按照不同的功能将计算资源划分为不
同的逻辑计算资源池，不同计算逻辑资源池可处理不同导航信号，如GPS、北斗卫星，同时利用负载均衡技术实现不同逻辑资源池的调度，实现物理资源的有效利用。
INS计算资源包含CPU、内存以及镜像磁盘，上层导航应用实现资源池的动态调用，当一个资源池发生故障，可实现INS导航计算进程自动迁移。
2）存储资源虚拟化
INS云平台存储同样采用分布式方式，存储虚拟化技术在物理存储控制器与计算资源之间增加一层，上层应用不直接访问物理存储，而是与INS存储虚拟层进行数据通信。
保鲜膜切割盒3）网络资源虚拟化
与传统单机导航系统不同，INS云平台网络资源需要传输多路导航信号，而海上无线带宽资源有限，虚拟化技术在物理网络上设置虚拟网络VPN[4]，上层应用不仅可灵活调用虚拟网络，同时增加虚拟网络加密，提高军事导航应用安全性。
图2为资源虚拟化图。
虚拟化技术是INS云平台核心，除此之外，集成导航在应用层具有如下功能：
1）资源监测
INS监控平台对计算、存储、网络虚拟资源进行监测，并设置资源负载阀值，当检测到资源超过阀值，发送告警信息，负载均衡进程接收到告警信息启动资源调配[3]。
2）导航应用监控
对INS进程导航的应用业务监控，如用户登录、获得用户业务权限，当检测到用户登录超过阀值或某用户使用权限之外业务，则发送告警信息。
3）资源分析及预测
INS资源分析及预测根据资源监测及导航应用监控来预测未来资源使用。
2.2 平台接口设计
本文采用基于SOA架构的RSET技术来实现综合船舶集成导航系统业务设计，SOA架构在云平台中具有如下特性：
1）基于SOA架构导航应用程序之间是松耦合，在集成导航系统中具有重大意义，由于集成导航系统
在前段接收INS各自导航信息并计算位置坐标，最后在后面进行数据融合提高导航精度，前段各进程之间是完全独立的。
2）统一的接口定义。INS系统在后端对各自导航进程进行统一的数据接口，如不同导航信息定位坐标数据、统一通信格式、统一数据访问接口等，通过SOA架构可轻松实现。
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3）无状态流程设计。即前端各导航进程状互相独立，某时刻单一导航进程不服务，如GPS信号接收不到，不影响其他导航进程，且用户可自由定位不同进程组合。
REST是基于服务端/客户端的架构，在客户端进程中，使用U R L来判断具体的流程；在服务端，RESTfyk对虚拟资源池进行标记，整个流程通信格式采用HTTP消息。
最后给出了基于SOA架构INS云平台导航用户注册和服务发布流程，用户填写基本注册信息后提交给注册申请，发送HTTP注册消息至服务端，服务端审核后通过后返回成功消息，通过后用户提交具体的HTTP服务业务消息，最后通过部署服务器在云平台发布业务信息。
基于SOA架构INS云平台导航用户注册和服务发布流程如图3所示。
3 系统仿真
最后对本文设计基于INS云平台船舶综合导航系统进行仿真，并与传统的单机导航系统进行了比较，其定位精度及时效如表1所示。
4 结 语
本文设计了基于INS云平台船舶综合导航系统，
图 2 资源虚拟化图
Fig. 2 Resource virtualization map
顶喷第 41 卷刘秀敏：综合船舶导航集成系统中的云平台架构设计· 149 ·
重点分析了云平台的虚拟技术实现及进程接口，最后进行了仿真。仿真结果表明，设计的综合导航系统精度和时效性均优于传统导航系统。
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[5]
表 1 仿真结果
继电器底座Tab. 1 simulation result
精度/m
时效性/s 基于INS 云平台船舶综合导航系统
0.0256 1.32单机导航系统
0.173
0.972
图 3 云平台集成导航用户注册和服务发布流程Fig. 3 Cloud platform integrated navigation user registration and
service publishing process
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舰 船 科 学 技 术第 41 卷
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