基于混合云架構的開放式實驗室設備管理系統設計

唐 宇

(遼寧對外經貿學院 實驗中心，遼寧 大連 116052)

隨著實驗室設備信息化管理要求的不斷提升，對實驗室設備管理系統的可靠性提出了更高的要求，因此需要在云計算和大數據環境下，進行開放式實驗室設備管理系統設計，以期提升系統的應用效果以及可靠性，因此研究開放式實驗室設備管理系統設計方法，在提高開放式實驗室設備的信息化管理水平方面具有重要意義[1]。

開放式實驗室設備管理系統是建立在信息分析和融合的基礎上，采用資源優化分配和自適應信息調度的方法，構建管理信息的模糊特征分布式融合模型以及特征提取模型[2]，通過分塊鏈路檢測和資源優化調度的方法，實現開放式實驗室設備的管理和統計分析，以期提升系統的可應用性。傳統的開放式實驗室設備管理方法主要有基于Java的實驗室設備管理系統、基于B/S模式的實驗室設備信息管理系統以及基于電子標簽的實驗室設備信息管理系統[3-5]，這些方法均是通過構建開放式實驗室設備信息管理的信息檢測和融合模型，通過分簇信息模式管理實現設備信息管理，但利用傳統方法對設備信息管理的信息融合度不好，可靠性不高。

針對上述問題，本研究提出基于混合云架構的開放式實驗室設備管理系統設計方案，最后進行仿真測試分析，展示了本系統的實際應用效果。

1 系統總體設計構架及特征分析

1.1 系統總體結構和數據服務器設計

為了實現基于混合云架構的開放式實驗室設備管理系統設計，首先構建開放式實驗室設備管理系統的總體結構模型，采用DSP控制D/A轉換器實現開放式實驗室設備管理系統的總體結構和數據服務器(DB)設計，以實現開放式實驗室設備管理系統的自適應控制[6]。

根據上述分析，本研究在混合云架構的支持下，設計一種開放式實驗室設備管理系統，該系統主要有三層架構，包括云資源層、核心處理層以及云服務層，主要是利用云資源層與云服務層為系統核心處理層提供服務支持，以提升開放式實驗室設備管理系統的綜合性能[7]。系統總體結構設計如圖1所示。

圖1 系統總體結構設計

根據上述對開放式實驗室設備管理系統的總體結構設計，采用總線控制協議，分析開放式實驗室設備管理系統的LOCAL數據總線，結合底層數據庫構造的方法，分析開放式實驗室設備管理系統的用戶終端控制協議，采用PSTN到IP網絡的自適應調度方法，結合ZigBee組網控制協議[8]，建立開放式實驗室設備管理系統的網絡協議，采用SIP作為核心控制層，在業務承載協議下，分析開放式實驗室設備管理系統的編程控制以及硬件接口配置，得到系統的數據服務器設計如圖2所示。

圖2 系統的數據服務器設計

根據上述設計，實現B/S構建協議體系構建開放式實驗室設備管理系統的基礎構建，采用分段組網和節點的特征分析方法實現對開放式實驗室設備管理系統的優化設計。

1.2 系統數據庫結構特征分析

基于上述管理系統的總體結構和數據服務器設計，構建開放式實驗室設備信息整合的模糊決策模型，采用分組樣本檢測的方法，構建開放式實驗室設備管理的模糊聚類函數為：

(1)

式中，P表示設備管理系統數據的分組樣本集，mj(k)表示設備信息在第k次整合的模糊決策模型。

在Tangent空間中，開放式實驗室設備管理信息的特征聚類參數滿足Nij≥m，設計混合云構架體系下開放式實驗室設備管理信息分布的參數集，得到模糊參數聚類特征分量X(i)，采用語義相似度特征分集的方法[9]，得到開放式實驗室設備管理信息的統計特征量分別為P∈Rn×n、R∈Rm×m和H∈Rm×n，其中m、n為矩陣維數，綜上可得開放式實驗室設備管理信息特征檢測的決策量為：

(2)

引入MySQL數據庫，結合得到的決策量結果，計算底層數據結構特征狀態函數：

(3)

采用相似度特征分解的方法，構建開放式實驗室設備管理信息特征辨識模型[10]，其表達為：

(4)

在最大概率密度尋優控制協議下，分析開放式實驗室設備管理信息的樣本狀態參數集{Wfinal}，得到開放式實驗室設備管理信息掛歷的先驗分布為：

(5)

在資源分布式融合區域，得到開放式實驗室設備管理信息的關聯維分布集合G，采用統計信息分析方法，得到特征分解函數為：

(6)

式中，gωm,ω?{G,T,W,L}，m∈[1,n]表示為關聯維分布的元素。

采用樣本空間融合的方法，分析開放式實驗室設備管理信息的特征分布集合[11]，并劃分為k個子集聚類空間，得到開放式實驗室設備系統的數據庫結構特征分析方程為：

(7)

基于上述分析，得到實驗室設備系統的數據庫結構特征結果，結合信息資源調度和分配的方法，構建開放式實驗室設備管理信息管理的底層數據融合模型，從而實現實驗室設備管理系統的優化設計[12]。

2 開放式實驗室設備管理優化

為提升開放式實驗室設備管理質量，設計了一種開放式實驗室設備管理優化算法，具體算法執行流程如圖3所示。

圖3 開放式實驗室設備管理優化算法流程

2.1 開放式實驗室設備管理的信息融合

分析開放式實驗室設備管理信息的結構特征，結合模糊信息調度和資源自適應分配的方法，得到開放式實驗室設備管理信息分布的子空間模型為：

(8)

式中，C為開放式實驗室設備管理信息庫的聚類子集，G為約束矢量。采用有向圖結構特征分解的方法，得到開放式實驗室設備管理信息分布的圖模型為G(A)、G(B)，結合資源自適應調度，得到開放式實驗室設備管理信息的樣本融合點，其表示為：

(9)

式中，x+y為開放式實驗室設備管理信息融合的相似度函數，利用資源自適應分配方法，得到融合特征量：

(10)

式中，w1、w2和w3分別表示開放式實驗室設備管理信息配置的權重，Si為平均負載，Hi為開放式實驗室設備管理信息融合的檢測閾值。

基于融合特征量的結果，計算開放式實驗室設備管理信息融合的時延參數，其表示為：

(11)

式中，σjk為開放式實驗室設備管理信息訪問的請求數量。假設任意兩個開放式實驗室設備管理信息存儲節點的聚類簇Mi與Mj中心距離為Clustdist(Mi,Mj)，當i≠j,1≤i≤q,1≤j≤q時，開放式實驗室設備管理信息分配的加權信息權重系數滿足：

(12)

式中，Qs為開放式實驗室設備管理信息分布的頻繁項集，在門限約束下，得到開放式實驗室設備管理的信息融合函數為：

(13)

其中，x=(x1,x2,…,xn)為開放式實驗室設備管理信息分布的量化分布集合。綜上分析，實現了實驗室設備管理的信息融合，結合關聯節點調度和資源均衡配置的方法，構建開放式實驗室設備管理信息調度優化模型[13]。

2.2 開放式實驗室設備資源優化調度

采用大數據融合和云構架分析的方法，構造開放式實驗室設備信息管理的樣本參數聚類特征分布集[14-15]，得到模糊概率密度分布函數E(i,j)描述為：

(14)

式中，eij表示開放式實驗室設備管理信息調度的頻繁項集，emax表示開放式實驗室設備管理信息資源調度的效率，e(i,j)為實際的資源調度效率。

基于模糊概率密度分布，采用窗函數匹配的方法，構建開放式實驗室設備資源信息的均衡配置模型，得到時間窗口函數：

(15)

其中，tij表示開放式實驗室設備資源調度的檢測閾值，t(i,j)為關聯函數。

結合關聯節點調度的方法，進行開放式實驗室設備的先驗信息數據調度分析，構建控制變量融合調度模型，算式為：

(16)

式中，Newi表示開放式實驗室設備資源數據的分布式調度集。綜上分析，采用資源均衡配置的方法，得到開放式實驗室設備資源調度的迭代更新公式為：

(17)

假設開放式實驗室設備資源調度和訪問的誤差為

p(ni)={pk|prkj=1,k=1,2,…,m}

在混合云構架體系下，采用優先級屬性調度的方法，得到開放式實驗室設備信息資源優化調度函數為：

(18)

綜上所述，通過實現開放式實驗室設備管理過程中的資源特征分析和信息融合，實現了開放式實驗室設備資源優化調度，繼而實現了在混合云架構體系下開放式實驗室設備管理系統的優化設計。

3 系統軟件測試與性能分析

在上述進行開放式實驗室設備資源信息管理和融合算法設計基礎上，采用Linux嵌入式控制的方法，構建開放式實驗室設備管理系統的軟件開發協議，采用四層體系構架設計的方法，實現對系統控制質量的封裝和信令傳輸控制，軟件結構設計圖如圖4所示。

圖4 軟件結構設計圖

基于上述軟件結構，設定開放式實驗室設備資源數據采樣樣本數為240，訓練樣本數為12，設備信息資源調度的迭代數為400，根據上述參數設定，進行開放式實驗室設備管理系統的應用檢測。實驗中所用的實驗數據及其屬性如表1所示。

表1 實驗數據及其屬性

為了更好驗證本文方法的應用性能，將本方法設為實驗組，將文獻[3]、文獻[4]和文獻[5]方法設為對照組。

運用4種方法測試開放式實驗室設備管理系統的端到端時延，得到結果如圖5所示。

圖5 開放式實驗室設備管理系統的端到端時延

分析圖5得知，本方法進行開放式實驗室設備管理系統設計，數據傳輸的端到端時延最小，一致低于其他三種方法的端到端時延，由此可知，本文方法進行的開放式實驗室設備管理系統具備較好的資源配置能力。

運用四種方法測試開放式實驗室設備管理系統的網絡傳輸吞吐量，得到測試結果如圖6所示。

圖6 吞吐量測試

分析圖6得知，本文方法進行開放式實驗室設備管理系統設計，有效提高了網絡傳輸的吞吐量，且要高于其他三種方法的網絡傳輸吞吐量，這表明本文方法設計的開放式實驗室設備管理系統的性能較好。

運用四種方法測試開放式實驗室設備管理系統的資源調度準確性，得到對比結果如表2所示。

表2 系統資源調度準確性測試

分析表2得知，采用本文方法設計出的系統資源調度準確性較高，在迭代次數達到400次時，開放式實驗室設備管理系統的資源調度準確性達到1，明顯高于其他三種方法的準確性，這就表明本文方法具有更好的系統可靠性。

4 結論

構建開放式實驗室設備管理系統的資源配置模型，在混合云構架體系下，實現開放式實驗室設備管理和資源調度，提出基于混合云架構的開放式實驗室設備管理系統設計方案。采用嵌入式的協議調度和PCI總線控制方法，分析開放式實驗室設備管理系統的通信接口和數據庫模塊，構建基于混合云架構的開放式實驗室設備管理的信息融合模型，采用樣本空間融合的方法，分析開放式實驗室設備管理信息的特征分布集合，結合關聯節點調度和資源均衡配置的方法，構建開放式實驗室設備管理信息調度模型，在混合云架構體系下實現開放式實驗室設備管理優化設計。研究得知，本方法進行開放式實驗室設備管理的輸出性能較好，系統可靠性提高。