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空间地理数据剖分网络协议研究

作　者: 李康荣
导　师: 苗放
学　校: 成都理工大学
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: GeoIP SPDE编码多地址映射合成 SDND模型 G/S模式
分类号: P208
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着地理信息系统应用领域的不断深入、技术手段和应用需求的不断发展,要求地理信息系统从局部应用向全球化、纵深化发展。地理信息系统科学的发展呈现出处理信息量大、实时性强、分布性广、处理数据粒度细等特点,迫切需要一种新的空间信息处理方案,以及全新的数字地球平台,以适应新的应用需求。这种新的方案要求能够进行区域大小灵活可变、编目统一、索引高效和拼接方便地进行空间海量信息的存储、调度和分发处理。这就是本文研究的GeoIP协议。GeoIP协议需要解决以下问题:新型地球剖分模型的建立、剖分面片信息数据的全球统一编码、剖分数据的统一存储调度、GeoIP协议架构模型的建立。突破传统的分幅、分带和分景地理信息处理模式,突出全新的统一动态多尺度多级别多权限存储机制,能对剖分面片进行编码、调度、存储、分发与传输控制。目前剖分模型各有优势但在表达地理空间信息方面都存在不足之处。根据科学性、层次性、实用性、通用性、稳定性等原则对经纬度剖分模型进行了改善,采用层级式剖分,以经纬度为参照系进行网格剖分,模型简单。根据剖分模型,提出了一种基于剖分面片的域式编码方法SPDE(Subdivision Patch Domain Encoding Method)。该方法不仅考虑面片自身的剖分层次,而且将空间信息的时间、存储地址、存储模式、优先级别等属性列入编码范畴,支持“空间为基准、时间为属性”的空时标识体系,有效实现了剖分面片的全球唯一性编码标识。SPDE方法能全息表达空间信息,通过编码技术和方法从已有的剖分信息中分析出实体的全部信息内容,根据上层剖分面片信息可以推断下层剖分面片信息。SPDE方法为支持全球的、多分辨率的、多尺度变换的、开放的层次性空间信息表达奠定基础。在SPDE编码基础上,提出了一种基于剖分面片存储、路由的多地址映射合成方法MAMI(Multi-address Mapping Integration Method)。SPDE将地物地址、存储地址和编码地址有机合成,根据地址映射关系,可将某一地理位置的剖分面片静态地分配到预设集群存储服务器,实现“位置即编码,编码即存储”,即根据地物位置确定编码,根据编码决定存储位置。借鉴计算机网络处理方法,建立了一种基于SPDE和MAMI的GeoIP空间海量信息网络处理架构模型——空间数据网络处理模型SDND（Spatial DataNetwork Dealing Model）。SDND模型采用分层原则，根据功能包括高速宽带链路接口层、GeoIP面片路由寻址层、剖分面片UDT可靠传输层和基于G/S模式的剖分面片信息表达应用层等四个层次。高速宽带链路层主要实现高可靠性的透明传输；GeoIP面片路由寻址层采用以静态路由为主、动态路由为辅的路由算法，实现“存储即位置，位置即路由”；剖分面片UDT可靠传输层主要完成从源端机到目的机的可靠、经济数据传输；剖分面片信息应用层采用面向G/S模式的数据分散、信息汇聚、服务聚合方法DDICSP，实现了对复杂空间数据的综合生动显示，降低了空间数据网络访问对服务器端的计算复杂度。论文的主要研究成果和创新点如下：1．提出了一种基于剖分面片的的域式编码方法SPDE（Subdivision PatchDomain Encoding Method）。在对传统的经纬度地球剖分模型改进的基础上，提出了基于剖分面片的域式编码方法。该编码不仅考虑面片自身的剖分层次，而且将空间信息的时间、存储地址、存储模式、优先级别等属性列入编码范畴，有效实现了剖分面片的全球唯一性编码标识（GUID：Global Unique Identification），从而为支持全球的、多分辨率的、多尺度变换的、开放的层次性空间信息表达奠定基础。2．提出了一种基于剖分面片存储、路由的多地址映射合成方法MAMI（Multi-Address Mapping Integration Method）。通过MAMI方法将空间地址（空间位置）、存储地址、实物编码地址联系在一起，实现了“存储即位置、位置即路由”SLLR（Storage is Location & Location is Routing）。在SPDE基础上，提出了剖分面片静态定位集群存储处理方案，将某一地理位置的剖分面片静态地分配到预设的集群存储服务器，实现了根据实物位置定位存储空间数据信息。在网络路由方面实现了存储服务器和剖分面片之间的映射关系，即根据编码确定位置，根据位置确定存储，根据存储确定路由，进而简化了空间信息数据网络传输的复杂路由。3．建立了一种基于SPDE和MAMI的GeoIP（Geographic Internet Protocol）架构模型——空间数据网络处理模型SDND（Spatial Data Network DealingModel）。在SPDE和MAMI的基础上，借鉴TCP/IP协议，提出了包含高速宽带链路层、GeoIP面片路由层、UDT可靠面片传输层以及面向G/S模式的信息表达应用层的GeoIP空间数据信息网络处理架构模型。在该模型上采用数据分散、信息汇聚、服务聚合的方法DDICSA(Data Decentralization & InformationConvergence & Services Aggregation)，实现了对空间复杂数据的综合生动显示，降低了空间数据网络访问对服务器端的计算复杂度。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第1章引言  12-26
  1.1 本研究课题的学术背景及理论与实际意义  12-14
  1.2 国内外研究进展  14-19
    1.2.1 计算机集群技术  14-15
    1.2.2 存储区域网技术  15-17
    1.2.3 云计算  17-19
    1.2.4 时空一体化技术  19
  1.3 论文主要研究内容及特色  19-21
  1.4 研究技术路线和方法  21-25
    1.4.1 总体方案设计  21-22
    1.4.2 研究技术路线  22-25
  1.5 小结  25-26
第2章空间剖分模型研究  26-37
  2.1 地球剖分概述  26-32
    2.1.1 经纬度剖分模型  26-27
    2.1.2 正多面体剖分模型  27-31
    2.1.3 自适应剖分模型  31-32
  2.2 基于地球经纬度的面片剖分模型  32-36
    2.2.1 概述  32
    2.2.2 模型算法构造原则  32-33
    2.2.3 模型算法描述  33-36
  2.3 小结  36-37
第3章剖分面片SPDE 编码及存储研究  37-54
  3.1 剖分面片编码元数据管理  37-44
    3.1.1 元数据概述  37-40
    3.1.2 剖分面片编码元数据内容体系  40-42
    3.1.3 剖分面片编码元数据组织  42-44
  3.2 剖分面片地址域式编码SPDE 研究  44-50
    3.2.1 剖分面片地址SPDE 编码基本模型  44-46
    3.2.2 剖分面片地址编码基本特征  46-47
    3.2.3 剖分面片域式编码具体实现  47-50
  3.3 剖分面片集群存储方案设计  50-54
第4章 GeeoIP 协议架构模型研究  54-65
  4.1 高速宽带链路层简介  54-55
  4.2 剖分面片路由寻址层简介  55-57
  4.3 剖分面片可靠传输层  57-60
  4.4 剖分面片信息应用层（G/S 模式）  60-65
第5章 GeoIP 协议模型之高速链路层研究  65-73
  5.1 GeoIP 宽带网络接入模型  65-67
  5.2 GeoIP 链路控制概述  67-69
  5.3 GeoIP 链路控制协议  69-73
    5.3.1 GeoIP 链路帧结构  69-71
    5.3.2 点到点协议的链路及网络控制  71-73
第6章 GeoIP 协议模型之网络层研究  73-83
  6.1 剖分面片数据报基本格式研究  73-76
  6.2 GeoIP 协议模型下剖分网络拓扑及体系架构  76-77
  6.3 剖分面片路由算法研究  77-81
    6.3.1 剖分面片服务器设置  77-79
    6.3.2 分级静态路由选择  79-81
  6.4 小结  81-83
第7章 GeoIP 协议模型之传输层研究  83-92
  7.1 概述  83-84
  7.2 现有传输协议分析  84-85
  7.3 UDT 传输模式研究  85-91
    7.3.1 UDT 传输模式概述  85-86
    7.3.2 UDT 数据报文格式  86-87
    7.3.3 UDT 的传输控制基本处理策略  87-91
      7.3.3.1 连接建立和释放处理  88-89
      7.3.3.2 UDT 流量控制处理  89-90
      7.3.3.3 UDT 的多定时器管理  90
      7.3.3.4 UDT 的确认技术  90-91
  7.4 小结  91-92
第8章 GeoIP 协议模型之表达层研究  92-106
  8.1 数字地球平台下的地理空间信息表达现状分析  92-96
    8.1.1 数字地球平台简介  92-94
    8.1.2 地理空间信息表达现状分析  94-96
  8.2 G/S 模式概述  96-100
    8.2.1 G/S 模式提出  96-99
    8.2.2 G/S 和GeoIP 关系探讨  99-100
  8.3 G/S 模式关键技术  100-104
    8.3.1 G/S 模式应用平台总体架构  100-101
    8.3.2 G/S 模式G 端设计  101-103
    8.3.3 G/S 模式S 端设计  103-104
  8.4 GeoIP 与G/S 模式的融合  104-105
  8.5 小结  105-106
第9章结论与建议  106-109
  9.1 结论  106-108
  9.2 建议  108-109
致谢  109-110
参考文献  110-119

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