舰船通信网络数据备份系统设计

分类：通信论文发表 时间：2021-03-19 09:00 关注：(1)

　　针对传统数据备份方法效果不佳、耗时过多的问题，提出舰船通信网络的数据备份系统设计方法，分析研究数据备份的技术，设计了舰船通信网络的数据备份系统。深入研究了网络备份的概念、网络存储技术及备份策略，有针对性对数据备份系统硬件结构配置进行改善。为保障硬件设备运行效果，进一步对数据备份系统软件处理方法及去噪步骤进行优化，实现对舰船通信网络数据的有效备份。最后通过实验证实，本文研究的舰船通信网络的数据备份系统可以更加快速完整进行网络数据备份，保证船舶通信数据存储安全。

　　关键词：舰船；通信网络；数据备份

　　数据和信息安全是船舶通信网络运行的核心问题。当重要通信数据被破坏或丢失时，将对用户造成无法弥补的重大影响[1]。在舰船通信网络中，由于系统硬件故障、存储介质老化、运行过程中人为失误以及各种不可预知的外部因素等原因，造成数据的意外丢失或损坏，其影响难以估计。因此，必须重视舰船通信网络数据备份的完整性和可靠性。基于此，提出对舰船通信网络的数据备份系统的设计方法，并提出高可用性存储备份方案，以避免在船舶在各种极端航行环境下发生通信网络的数据损失现象。

　　1舰船通信网络的数据备份系统

　　1.1数据备份系统硬件配置

　　首先对数据服务器存储系统即磁盘驱动器进行优化，使存储设备直接与服务器相连，从而满足单一服务器对内存扩展和高性能传输的需求。另外在进行数据备份系统硬件配置的过程中，需要将单一外部存储系统的容量从1TB拓展到2TB，从而形成基于磁盘阵列的双机高可用系统，满足对舰船通信网络可用数据的存储需求[2]。将调制解调器与已有的电话网络通信方式相结合，实现船舶远程网络的海量信息通信。在船舶航行过程中，通信网络传输的是模拟信号，因此需要将接收机与单片机之间的数字信号进行转化处理。首先要对接收机与单片机进行调制，并在接收端装上调制解调器从而更加简便快速的把模拟信号还原为数字信号，以免其他信号的干扰。对调解调器结构进行优化，具体如图1所示。从图1可以看出，RS-232为设备接口，PC主机为调制解调器的直接串口。使用SepatonS2100-DS2企业级虚拟磁带库建立一个载波链路，安装AIX客户端备份软件，设置oracle10gr2rac数据库系统，配置500GB的16块磁盘，其裸露的能力是8TB，可用能力是7TB。选取4*LTO-1磁带机并规范磁盘阵列：EMCCX3-20；设置20*340GB磁带的虚拟STKL180磁带库，安装Oracle10gR2RAC，规范资料库伺服器，设置IBM小型机9133-55A，便于日后扩充升级。安装IBM的微型机，选取四核1.5GCPU，安装AIX-MCU存储器，2个146G硬盘，16G内存，2个光纤卡，4个千兆网口。系统硬件微控制单元采用MSP430F149芯片，微控制器采用嵌入式Modem，微控制器采用16位RISC指令集作为计算机内核嵌套函数。对系统硬件结构设备进行优化，如图2所示。图2系统硬从图2可以看出，通过串口UARTO进行通信数据备份处理[3]。微控制器系统的常规供电部分可提供稳定的电压，将其设置为3～5V。为使系统能够稳定地传输信号，保证系统的稳定运行。

　　1.2数据备份系统软件运行步骤优化

　　结合C/S框架[4]，船舶网络数据备份程序进行初始化处理，以便后续进行完整备份、差异备份和网络通信。对船舶通信网络的数据备份转换流程进行优化，具体如图3所示。基于图3流程，将船舶通信网络数据备份子系统和恢复子系统分为若干个子模块，并优化各子模块功能的实现方法，具体包括：备份子系统包括完整备份模块、差异备份模块、删除备份模块、修改备份参数模块和数据传输模块。安全子系统包括：身份认证、数据传输动态加密和数据一致性检查。恢复子系统包括数据恢复参数设置模块、数据恢复预处理模块和数据恢复执行模块。采用配置固化方法，将初始化后的数据固化到modem中，并给出舰船通信网络数据备份指令。具体发布舰船通信网络数据备份内容见表1。基于上述指令对网络数据备份进行执行，从而更好保证数据安全。由于数据备份过程中易受到干扰影响，需要进一步对舰船通信网络数据备份进行去噪处理，实现舰船通信网络数据备份效果。

　　1.3舰船通信网络数据备份的实现

　　为保障数据备份质量，在数据恢复开始时，提取用户数据恢复参数设置，并与备份日志文件相结合，调用数据传输模块在本地传输备份信息，检测接收到的备份文件的完整性[5]。对文件信息进行去噪处理，检测系统环境中是否存在冲突。如果发生冲突，将向用户提交错误报告，如果没有冲突则完成恢复。数据恢复执行模块主要用于完成最终的数据恢复。进一步对数据恢复执行模块进行优化。根据备份日志文件记录，将完整备份文件和差异文件合并为一个恢复文件，将恢复文件存储在恢复目录中，然后添加一个恢复日志文件记录，向用户报告“恢复成功”，并完整备份存储在本地磁盘用户指定的目录中以当前日期命名的文件夹中，其文件目录树结构保持不变，调用数据传输模块将完整备份数据备份到远程存储设备。给出修改备份参数模块的详细说明，在用户操作后更新并保存所有参数。修改备份参数模块的工作流程如下：如果是初始化过程，设置保证后，用户会提示是否更改，然后修改保存。基于上述步骤可有效实现对海量船舶通信网络信息进行备份，保证数据存储安全。

　　2实验结果分析

　　为验证舰船通信网络的数据备份系统运行效果，进行对比实验检测。通过模拟一组大文件和小文件，比较数据传输速率，测试备份性能。为保障实验检测结果的精确性，对实验环境及参数进行统一设置，采用MicrosoftWindows2017Server系统作为实验平台，MicrosoftSQLServer2017记录数据。具体如表2所示。基于上述实验环境选取总大小为648kB，512GB，5MB的测试文件，记录传统方法及本文方法的平均恢复时间及备份数据恢复率，如图4所示。由图4可知，相对于传统方法而言，本文提出的舰船通信网络的数据备份系统在相同实验环境下的平均响应时间更短，备份数据恢复率均在60%～80%之间，相对于传统系统而言，恢复率及恢复时间都得到了极大的提高，充分满足研究要求。

　　3结语

　　为保障舰船通信网络的安全性，提出了舰船通信网络的数据备份系统的设计，对系统软硬件结构及运行流程进行优化，以此保证系统备份恢复效率和恢复速度。研究证实，舰船通信网络的数据备份系统对提高舰船通信网络信息数据处理水平、管理效率和优质服务质量具有重要意义。

　　参考文献：

　　[1]芒戈,朱雪田,侯继江.面向舰船编队的5G无人机基站群组网接入方案研究[J].电子技术应用,2020,46(3):19–22,27.

　　[2]何纯全,汤仕平,施佳林.舰船电磁环境数据库的设计与实现[J].装备环境工程,2020,17(3):128–132.

　　[3]王桃苹,王加胜,王健,等.南海舰船数据可视化分析系统设计与实现[J].计算机应用与软件,2019(8):25–30.

　　[4]李翠,陈庆奎.基于DPDK并行通信的动态监控模型[J].计算机应用,2020,40(2):335–341.[5]

　　作者：魏翠萍