| 标题 | 试飞数据的压缩传输技术研究 |
| 范文 | 胡汇洋+++许应康+++李扬 摘 要： 目前飞行试验测试数据快速增长，试飞数据的海量化是必然的趋势，海量试飞数据的传输越来越成为试飞数据处理效率的瓶颈。通过分析海量试飞数据压缩传输的可行性，设计了试飞数据压缩传输的模型。实验结果表明试飞数据的实时压缩传输可大幅提高数据的传输效率和显著缩短数据的传输时间，为试飞数据的快速处理打下了坚实的基础。 关键词： 试飞数据； 数据压缩； 数据传输； 数据处理 中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）10?0078?02 试飞数据处理和管理的网络化给大家带来高效的同时，也面临着一些急需解决的问题：随着飞机各种总线技术的发展，对飞行试验中测试的要求越来越高，表现在测试参数多，测试采样率高，测试技术地不断发展导致测试数据量的爆炸性增长，现在一个飞行架次动辄就是几GB，几十GB甚至上百GB的数据，试飞数据的海量化成为未来发展的必然趋势。在试飞数据处理和管理网络化的背景下，试飞数据的传输是数据处理和管理的前提。在目前的网络环境下，海量试飞数据的传输延迟已经成为影响数据处理效率的主要瓶颈。减少网络流量、节约网络带宽是网络技术发展中的焦点问题之一[1]。随着试飞数据的海量化，这一矛盾变得尤为突出，应用高效的数据传输模型已成为解决这一问题的关键。 目前，国内外对相关领域海量数据的高效传输问题也都有不少的研究，大都集中在视频、图像的压缩编码上[2]，对视频数据和数字信号的实时压缩传输在某些领域得到了广泛应用。对于文件的压缩传输也有不少的提及[3]。国内面对海量的试飞数据，目前大都还是采用的操作系统自带的普通文件传输方式，这种方式导致数据传输效率低，传输过程不可控，极大地影响了数据处理准备的效率。本文试探建立试飞数据的压缩传输模型，并通过实验验证试飞数据压缩传输的合理性。 1 技术基础 大家经常需要存储和传输大量的数据，如何实现数据的高效存储和高速传输显得尤为关键。数据本身存在的冗余为问题的解决提供了可能性[4]。现在广泛使用的各种数据压缩技术正是利用了数据的冗余。数据压缩技术可以分为有损压缩和无损压缩两大类， 有损压缩是以一定的精度损失来换取较高的数据压缩率， 无损压缩则要求经压缩还原后能产生精确的数据副本。 无损压缩的算法一般分为两类[5?6]， 一类是基于统计模型的压缩， 有Huffman算法和算术编码算法（Arithmatic Coding）等。这类算法压缩率高，但需要精确的数据统计特性， 因而计算时间长；另一类是基于字典（Dictionary）的压缩算法，有LZW算法和Deflate/Inflate算法等。这类算法可以在对数据统计特性一无所知的情况下，使压缩率接近已知统计特性时所能达到的压缩率， 而且计算速度快，易于实现，是目前常用的算法。针对这些算法的特点，并综合考虑了试飞数据的特点，选择使用了Deflate/Inflate算法。数据压缩对传输速度的影响主要有两个方面：压缩解压缩时间和压缩后的文件大小。对于不同的网络环境， 造成的影响是不同的， 网络带宽越小， 效果越明显， 而带宽越大， 要求压缩解压缩的速度越快。在此以飞行试验常用的PCM数据为例，在百兆网的环境下，采用通用的压缩软件对于大小为1 019 361 946 B的文件经测试结果如表1所示。 表1 测试结果 压缩后的大小为234 160 328 B，压缩后的大小为原始数据大小的[15]，用时为无压缩传输时间的[16]，如果按照先前的传输速度计算，经过压缩之后的数据再传输解压将会用时20+[15]×125+20=65 s，这样就比原来节省125-65=60 s。这就说明在数据的压缩与解压时间远小于数据在网络的传输时间时，数据的实时在线压缩传输为试飞数据传输效率的提升提供了可能。 2 试飞数据压缩传输模型的构建 试飞数据压缩传输采用C/S的架构，采用基于TCP/IP 的 Socket通信协议，数据压缩解压缩部分使用了Zlib的通用数据压缩库。试飞数据压缩传输的逻辑流程图如图1所示。 图1 逻辑流程图 2.1 客户端压缩传输组件的工作流程设计 步骤一：创建一个Socket，这个Socket 负责和服务器建立连接通信。 步骤二：创建客户端的文件发送线程及服务端消息的接收线程，以准备接收服务端的消息和传输数据文件。 步骤三：选择将要传输的数据文件，并与服务端进行通信，获得数据接收端有关将要传输文件的状态，将其传回客户端，客户端根据传回的文件状态信息进行文件的实时压缩解压传输。 步骤四：当数据文件传输完毕后，进行资源的释放。 2.2 服务端压缩传输组件的工作流程设计 工作流程设计步骤如下： 步骤一：开启监听端口，接收客户端的连接请求，创建响应服务客户端的文件接收及通信线程，准备响应客户端的相应请求。 步骤二：创建的文件接收线程响应客户端的文件传输请求，不断接收从客户端传来的数据，并根据需要及时进行解压，将处理后的数据写入本地文件直到本次文件传输完毕，向客户端发送文件接收完毕的应答。 步骤三：当客户端得到服务器接收文件完毕的应答后，客户端释放文件的发送线程，这时服务端关闭文件的接收线程，释放系统资源。 图2 客户端压缩传输组件工作流程 图3 服务端压缩传输组件工作流程 3 试飞数据压缩传输的实验分析及应用评价 目前试飞数据的压缩传输软件已经应用到了飞行试验的数据传输中，针对目前典型的试飞数据类型，分别做了不同的试验，不失一般性和可比性，试验采用同一压缩算法，并在同一网络环境下进行。 硬件平台：服务器和客户端的硬件配置均为Intel 酷睿2 双核的CPU，频率为2.8 GHz；1 GB内存；160 GB/7 200 转硬盘；100 MHz互连网接入。 软件平台：微软的Windows XP。 通过实验，得出试验结果如表2所示。 表2 试验结果 试验结果表明：采用压缩方式后，数据传输时间是不采用压缩方式传输时间的[13～12]，显著地改善了试飞数据的传输效率。 4 结 语 试飞数据的网格计算汇聚了各种异构计算系统，形成了高性能的联合计算环境，但是网络的传输性能是影响试飞数据网格处理整体效率的关键因素，使用基于实时压缩解压的数据传输方式减少了网络中数据流量，极大地提高试飞数据的传输效率，是提高试飞数据处理效率的一种简单、廉价、高效的手段。 参考文献 [1] 许福永，林晓辉.计算机通信网络中容量与流量分配的优化研究[J].甘肃工业大学学报，2003，29 （2）：77?80. [2] 胡国安，张哲，李利平.视频压缩理论及相关技术进展分析[J].长沙通信职业技术学院学报，2008（4）：10?12. [3] 毛国勇，张晓斌.基于序列化及压缩的网格数据传输性能改进[J].计算机工程，2008，34（16）：89?91. [4] 覃征，王志敏，王利荣.基于Internet 的数据在线压缩传输模型[J].小型微型计算机系统，2002，23（2）：156?157. [5] 郑翠芳.几种常用无损数据压缩算法研究[J].计算机技术与发展，2011，21（9）：73?76. [6] 华强.LZ77和LZ78在数据压缩中的组合带参运用[J].小型微型计算机系统，2000，21（2）：211?215. |
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