虛擬儀器中的數(shù)據(jù)管理安全技術(shù)簡介
| 1、引 言 八十年代后期，隨著超大規(guī)模集成電路、微型計算機系統(tǒng)及軟件技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)測試平臺的基礎上 又出現(xiàn)了虛擬儀器技術(shù)。這種虛擬儀器以微型計算機為統(tǒng)一的硬件平臺，在其中配以具有測試和控制功能可實現(xiàn)數(shù) 據(jù)交換的模塊化硬件接口卡，輔以具有測試儀器功能且形象逼真的軟件模塊，通過系統(tǒng)管理軟件的統(tǒng)一指揮調(diào)度從 而實現(xiàn)傳統(tǒng)測控儀器的功能。 這種以軟件為核心的系統(tǒng)不必象傳統(tǒng)儀器那樣受到生產(chǎn)廠商所設計功能的限制，可以使用戶充分利用計算 機超強的運算、顯示以及連接擴展能力來靈活地自己定義強大的儀器功能，因此虛擬儀器技術(shù)在幾年之內(nèi)迅速發(fā) 展，目前已經(jīng)在機械、電子、電力、交通、航空航天、化工、冶金等行業(yè)獲得了廣泛的應用。 同傳統(tǒng)測試儀器相比，虛擬測試平臺具有以下優(yōu)點： 1）開放性：利用通用硬件平臺構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)具有開放性，便于系統(tǒng)的升級和更新。 2）易用性：豐富的軟件資源和良好的人機交互圖文界面使得虛擬儀器系統(tǒng)非常易于使用。 3）性能價格比高：相同的性能條件下開發(fā)費用和維護升級價格相對比較便宜。 2、測試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理 任何一個信息系統(tǒng)都需要涉及數(shù)據(jù)管理，虛擬儀器系統(tǒng)也不例外。數(shù)據(jù)管理是信息系統(tǒng)的一個功能，也是 信息系統(tǒng)所包含的一項重要任務，它的作用在于組織數(shù)據(jù)和方便各類用戶使用數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理，從數(shù)據(jù)本身來講， 是指收集數(shù)據(jù)、組織數(shù)據(jù)和提供數(shù)據(jù)等幾個方面，隨著網(wǎng)絡和多媒體技術(shù)的發(fā)展，它不僅包括了數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、收 集、存儲、刪除等活動，又增加了數(shù)據(jù)傳輸、訪問、共享和安全等方面。 目前廣泛應用的虛擬儀器平臺的系統(tǒng)框囹如圖1所示。然而分析圖1我們可以看到：在大部分現(xiàn)存的系統(tǒng) 中，所得到的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果采用打印方式直接輸出然后歸檔保存，采用手工方式管理數(shù)據(jù)。部分系統(tǒng)將數(shù)據(jù)和結(jié) 果保存入文件系統(tǒng)，采用文件方式管理數(shù)據(jù)。這二種管理方法從數(shù)據(jù)管理的角度來看都存在著缺陷和局限。 手工方式對數(shù)據(jù)管理的缺陷是顯而易見的：無法處理大量的數(shù)據(jù)，速度慢，易出錯，效率極低。雖然文件 系統(tǒng)管理方式比手工管理方式有了很大的改進，但是依然在以下幾個方面存在問題。 （1）安全性差 文件系統(tǒng)沒有或缺乏安全機制，無法識別用戶身份，不能禁止未授權(quán)用戶的使用。因此不能有效的保護數(shù) 據(jù)免遭惡意破壞或誤操作而造成的數(shù)據(jù)損失，也無法保證重要數(shù)據(jù)不被泄露。 （2）數(shù)據(jù)冗余度大 由于數(shù)據(jù)是面向程序的，一個數(shù)據(jù)文件只能為某一用戶的特定用途服務，其他應用所需要的相同數(shù)據(jù)只能 重復存儲，造成了大量的數(shù)據(jù)冗余。數(shù)據(jù)冗余不僅會浪費存儲空間，降低存儲器的利用率，而且還會帶來潛在的數(shù) 據(jù)不一致。這主要是由于文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的更新是每個應用程序各自進行的，相同的數(shù)據(jù)間沒有一致的保護措 施。 （3）缺乏數(shù)據(jù)獨立性 在文件系統(tǒng)中，應用程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相互依賴。數(shù)據(jù)文件是按照具體要求建立的，而應用程序的編制直接 依賴于數(shù)據(jù)的存儲格式和存取方法。當存儲介質(zhì)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，相應的應用程序也必須進行修改，增加了 程序編制和維護的工作量。 這種虛擬儀器平臺以數(shù)據(jù)庫做為數(shù)據(jù)中心，由數(shù)、據(jù)提交、數(shù)據(jù)’使用、數(shù)據(jù)安全管理等幾個部分組成。 其中數(shù)據(jù)提交部分包括由硬件采集電路采集而得到的大量數(shù)據(jù)和由用戶通過人機交互接口以及網(wǎng)絡輸入的少量數(shù)據(jù) 信息。所提交數(shù)據(jù)的質(zhì)量由數(shù)據(jù)采集部分的預處理模塊以及使用者自己保證。數(shù)據(jù)使用部分由統(tǒng)計、檢索、報表生 成、打印、顯示、決策控制以及遠程通訊幾個功能模塊組成，各模塊使用數(shù)據(jù)的目的、數(shù)量、方法、占用時間由各 模塊自行定義，但使用權(quán)限由安全管理部分限定。數(shù)據(jù)安全管理部分由系統(tǒng)安全策略、安全級別所決定。通過安全 管理模塊、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）以及操作系統(tǒng)來共同完成?；跀?shù)據(jù)庫管理的虛擬儀器系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如圖2所 示。 這樣從數(shù)據(jù)管理的角度進行分析和設計的系統(tǒng)，可以有效的彌補前面所討論系統(tǒng)的設計缺陷，具有以下優(yōu) 點： 1〉安全性得到保證 操作系統(tǒng)和DBMS共同維護數(shù)據(jù)庫本身的安全，確保數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不會因誤操作或系統(tǒng)故障造成數(shù)據(jù)丟 失，系統(tǒng)破壞，更重要的是通過用戶管理模塊對用戶進行授權(quán)和控制訪問管理，保護數(shù)據(jù)不被非授權(quán)用戶通過各種 方式造成數(shù)據(jù)流失、篡改和破壞。 2〉由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的引心，使得數(shù)據(jù)管理工作更加高效、便捷。 （1）減少了數(shù)據(jù)冗余 利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)不再是面向具體應用，而是面向整個系統(tǒng)。所有數(shù)據(jù)集中管理，統(tǒng)一進行組織， 存儲和定義，避免了不必要的數(shù)據(jù)冗余。 ?。?〉數(shù)據(jù)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)是通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)的，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是以一定的形式構(gòu)成的，因此這種數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)不僅 表示為屬性之間的聯(lián)系，而且也表現(xiàn)了實體之間內(nèi)在的聯(lián)系。 （3）數(shù)據(jù)具有獨立性 在前面的數(shù)據(jù)管理方式中，數(shù)據(jù)與應用程序之間相互依賴。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，應用程序不再同物理存儲器 上具體文件相對應，每個用戶所使用的數(shù)據(jù)具有其自身邏輯結(jié)構(gòu)。這種獨立性給數(shù)據(jù)庫的使用、調(diào)整、優(yōu)化和進一 步擴充帶來了方便，提高了數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減輕了程序員的負擔。 （4）有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能 數(shù)據(jù)庫作為多個用戶和應用程序的共享資源，對數(shù)據(jù)的存取往往是并發(fā)的，從而大大提高了數(shù)據(jù)的使用效 率。 3）提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率 在中央數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型及各部分功能模塊方案確定以后，各部分功能模塊只針對中央數(shù)據(jù)庫，因此其開發(fā) 調(diào)試工作可以獨立展開，互不影響。 4、構(gòu)建基于數(shù)據(jù)庫的虛擬測試平臺的方法 4.1需求分析 需求分析的任務是通過詳細調(diào)查需要處理的對象，充分了解被測目標的工作概況，明確用戶需求，然后 在此基礎上確定功能。其重點是調(diào)查、收集與分析用戶在數(shù)據(jù)管理中的信息來源、處理要求，安全性與完整性要 求。需求分析是設計系統(tǒng)的基礎，也是最困難最耗費時間的步驟。需求分析是否做得充分與準確，決定了系統(tǒng)實現(xiàn) 的速度與質(zhì)量。 4.2數(shù)據(jù)模型設計 在需求分析階段所得到的還只是現(xiàn)實世界的具體需求，通過將其進行綜合，歸納和抽象，形成可供計算機 使用處理的數(shù)據(jù)模型。在數(shù)據(jù)模型設計階段，需要考慮到具體的DBMS的數(shù)據(jù)支持，同時必須注意數(shù)據(jù)采集的硬件實 現(xiàn)問題，這包括硬件實現(xiàn)的可能性、復雜度、可靠性、價格等因素。綜合以上因素對設計的數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化。 4.3硬件系統(tǒng)設計 根據(jù)選定的數(shù)據(jù)模型確定硬件系統(tǒng)的設計方案，包括控制器、主機箱、總線類型、儀器模塊等部分的選擇 和連接方式。同時需要確定數(shù)據(jù)采集方案（包括預處理部分的硬件電路和算法〉、控制方案（包括控制電路、執(zhí)行 機構(gòu)、相應的驅(qū)動程序、控制算法〉、決策方案（主要是算法設計）。 4.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計 根據(jù)數(shù)據(jù)模型確定操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的類型。同時設計檢索、統(tǒng)計、報表、安全管理、 故障恢復等相關(guān)功能模塊的方案。 4.5系統(tǒng)平臺的實施階段 對以上所選定的各種方案進行綜合評估，如果滿足設計需求即可進行具體實施。否則需要重新設計或修改 調(diào)整某些部分。 4.6系統(tǒng)的運行和維護 系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試、試運行后進入正式運行，在這其間要不斷進行評價、調(diào)整。 5、結(jié)束語 現(xiàn)代化技術(shù)的進步以計算機技術(shù)的進步為代表。不斷革新的計算機技術(shù)，從各個方面影響、引導著各行 各業(yè)的技術(shù)革新。 |
