CN112468530A - 北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法、设备、介质 - Google Patents

北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法、设备、介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，可以处理高并发的格网差分数据播发服务，通过负载均衡调度服务器，将用户分配到不同的服务器上，根据每个用户的位置信息划分到各自的格网区域和格网点区域，差分的播发以格网点为单位，单个服务能同时处理用户请求和差分数据播发，服务性能良好，同时支持横向扩展，达到海量用户并发的要求。本发明支持多种差分数据格式的实时转换，根据用户的请求，将相应格网点的差分数据转换成用户请求的差分数据格式，如RTCM3.3可以转成RTCM3.0的数据格式，转换完之后发送给用户。本发明支持多种坐标系的差分数据播发，默认转发CGCS2000坐标系的差分，可以根据用户请求，转换成WGS94和ITRF2008的坐标系。

Description

北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法、设备、介质
技术领域
本发明涉及卫星定位技术领域，尤其涉及北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法、设备、介质。
背景技术
随着我国对于北斗全球卫星定位***的部署和完善，卫星定位技术的作用也越来越重要，在城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、灾害监测、交通控制、资源勘探、气象、地震等行业和部门相关产品已逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。面对即将到来的5G时代，公众对于实时动态的定位服务需求越来越高，更低的延时，更高的精度，海量的用户负载能力，这都需要数据中心强大的实时解算能力和高并发，高可用的数据播发能力。
在现有的卫星定位服务***(Continuously Operating Reference Stations，CORS)中，由于基准站的数目有限，无法利用地面基准站建立覆盖全国的虚拟参考站网，使得高精度厘米级的卫星定位服务范围有限，定位的精度受基准站数量和基准站的距离影响，终端设备固定时间长，同时服务器支持播发的数据类型少，不能同时支持户外的RTK和RTD业务，对不同的厂家，不同的设备的支持也有限。
面对日益增长的行业需求，服务的并发数，可用性都已不满足，急需要一个能支持播发RTK/RTD等多种差分格式、高精度、高覆盖、高可用、高并发的播发方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，基于虚拟基准站技术(Virtual Reference Station，简称VRS)，组建全国范围的格网区域，以格网为单位，划分格网点，针对格网点内的终端用户的差分数据播发方案，能支持播发RTK/RTD等多种差分格式，高精度、高覆盖、高可用、高并发。
本发明提供北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，包括以下步骤：
划分区域，对全国范围的格网进行划分，得到若干格网区域，将每个格网区域划分成若干格网点；
播发差分数据，CORS数据处理中心每秒为所有格网点生成差分数据，并将所述差分数据以消息队列的方式推送至消息队列集群，播发服务用数组保存所有格网点，当从所述消息队列集群上订阅格网点的差分数据时，每条差分数据带有标识坐标，根据收到的坐标计算出对应于格网点数组的下标，根据所述下标在数组内存中找到对应格网点的差分数据，根据格网点内差分请求队列，遍历队列将差分数据播发给每个请求用户。
进一步地，所述划分区域步骤中，根据纬度10度，经度10度的区域划分，将全国分成5*7个格网区域，每个格网区域划分成200*200个格网点。
进一步地，所述播发差分数据步骤中，所述标识坐标的范围是(0～200,0～200)。
进一步地，所述播发差分数据步骤还包括采用低粒度锁队列的数据结构，只对队列中访问的元素加锁，访问完立刻释放锁，接着访问队列的下一个元素。
进一步地，所述播发差分数据步骤还包括增加格网点内请求队列的数量，根据用户的ID，采用Hash算法，将用户均匀的分配到请求队列中。
进一步地，所述播发差分数据步骤还包括为每个格网点动态的生成请求队列，若格网点内的用户数超过阀值，则为格网点重新分配请求队列的数目。
进一步地，还包括分布式服务播发步骤，将服务部署在多台服务器上，用户发起的请求通过LVS或者Nginx均匀的分配到不同的服务上，当服务饱和时，新增服务器，部署新的服务，每个服务都从所述消息队列集群获取差分数据，多个服务从同一个消息队列集群上获取差分数据，同一个服务从多个消息队列集群上获取差分数据。
进一步地，所述播发差分数据步骤中，根据用户请求，将相应格网点的差分数据转换成用户请求的差分数据格式，将相应格网点的坐标系转换成用户请求的坐标系。
一种电子设备，包括：处理器；
存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，可以处理高并发的格网差分数据播发服务，通过负载均衡调度服务器，将用户分配到不同的服务器上，根据每个用户的位置信息划分到各自的格网区域和格网点区域，差分的播发以格网点为单位，单个服务能同时处理用户请求和差分数据播发，服务性能良好，同时支持横向扩展，达到海量用户并发的要求。本发明支持多种差分数据格式的实时转换，根据用户的请求，将相应格网点的差分数据转换成用户请求的差分数据格式，如RTCM3.3可以转成RTCM3.0的数据格式，转换完之后发送给用户。本发明支持多种坐标系的差分数据播发，默认转发CGCS2000坐标系的差分，可以根据用户请求，转换成WGS94和ITRF2008的坐标系。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法流程图；
图2为本发明的全国格网区域划分区域图；
图3为本发明的消息发布订阅模型图；
图4为本发明的北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发***部署图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，基于虚拟基准站技术(VirtualReference Station，简称VRS)，组建全国范围的格网区域，以格网为单位，划分格网点，针对格网点内的终端用户的差分数据播发方案，如图1所示，包括以下步骤：
划分区域，对全国范围的格网进行划分，得到若干格网区域，将每个格网区域划分成若干格网点；具体的，如图2所示，根据纬度10度，经度10度的区域划分，将全国分成35(5*7)个格网区域，根据一个格网点纬度3分，经度3分划分，每个格网区域划分成4万(200*200)个格网点。
播发差分数据，CORS数据处理中心每秒为4万个格网点生成4万条差分数据，并将差分数据以消息队列的方式推送至消息队列集群，播发服务用一个长度4万的数组来保存这4万个格网点，如图3所示，当从消息队列集群上订阅格网点的差分数据时，每条差分数据带有一个标识坐标用来标识差分，标识坐标的范围是(0～200,0～200)，根据收到的坐标计算出对应于格网点数组的下标，如当收到的坐标是(60,67)时，对应于格网点数组的下标是60*200+67＝12067，根据下标在数组内存中找到对应格网点的差分数据，根据格网点内差分请求队列，遍历队列将差分数据播发给每个请求用户。本实施例中，根据用户请求，将相应格网点的差分数据转换成用户请求的差分数据格式，如RTCM3.3可以转成RTCM3.0的数据格式；支持多种坐标系的差分数据播发，默认转发CGCS2000坐标系的差分，可以根据用户请求，转换成WGS94和ITRF2008的坐标系。
每个格网点内都有相应的请求队列，这个队列是在多线程环境下使用的，接收用户请求的线程会根据用户请求的位置将用户加入格网点的请求队列内，播发差分数据的线程会遍历这个队列，将差分数据发送给用户，如果两个线程在访问这个队列的时候对这个队列整个加锁，如果队列内元素比较多，线程占用锁的时间将增长，两个线程间的锁的竞争将非常的频繁，严重降低服务的性能。在一实施例中，采用低粒度锁队列的数据结构，即只对队列中的元素加锁，不对整个队列加锁，只对访问的元素加锁，访问完立刻释放锁，接着访问队列的下一个元素，虽然加锁的次数增多了，但占有锁的时间减少，同时不同的线程可以同时访问同一队列里的不同元素，极大降低了锁的竞争，提高了***的性能。
考虑到不同线程访问格网点的请求队列的时候，如果队列里的请求用户过多，即队列里的元素过多，那么队列的查找性能将会降低，且随着用户的增多，性能会下降的更多；在一实施例中，增加格网点内请求队列的数量，根据用户的ID，采用Hash算法，将用户均匀的分配到请求队列中。使整体的查找性能不至于下降的太多，但对于遍历队列的线程增加了负担，因为即使是空的队列，遍历线程也需要去访问队列头，这就相当于一次空跑，但是有4万个格网点，也就是说每个格网点每增加一个队列，那么遍历线程就要多跑4万次访问队列头。而且只有少数的格网点需要多的请求队列，对于格网内的大多数格网点来说，格网点内请求用户不一定会非常多，如果增加队列的数目，往往很多都是没用到的，或者说是没必要的，因此需要为每个格网点动态的生成请求队列，如果格网点内的用户数超过阀值，就为格网点重新分配请求队列的数目，这样就做到了用户数多的格网点请求队列多，用户数少的格网点往往也就一个请求队列，节省了内存，也提升了效率。
服务需要不断的实时的获取格网点区域内的差分数据，然后转换差分格式播发给用户，这需要强大的并发能力和强大的数据处理能力。如图4所示，优选的，还包括分布式服务播发步骤，将服务部署在多台服务器上，用户发起的请求通过LVS(Linux VirtualServer)即Linux虚拟服务器来实现用户的海量并发，或者Nginx(engine x)是一个高性能的HTTP和反向代理web服务器，均匀的分配到不同的服务上，当服务饱和时，通过新增服务器，部署新的服务分散压力，理论上来说可以一直扩展，满足用户量的并发要求。每个服务都从消息队列集群获取差分数据，多个服务可以从同一个消息队列集群上获取差分数据，同一个服务也可以从多个消息队列集群上获取差分数据，做到同一份数据，同时给多个服务，多个用户使用。采用多进程多服务器的分布式部署方案，播发服务部署在多台服务器，每台服务器部署多个服务进程，可根据用户量来决定部署服务器的数量，并且支持横向扩展，达到百万级甚至千万级的并发能力。每个服务进程只需要负责1万个用户的连接，这样即使程序进程发生异常也只会影响到1万的用户，不会影响其他进程上的用户，同时负载均衡的服务可以将这1万个用户平均给其它的进程，监控进程可以将异常的进程尝试重启，尽量减少对用户的影响。同理，如果服务器发生了停机，前端的负载均衡服务可以将异常服务器上的用户转到其它的服务器上，用户均匀的分配在不同的服务器的不同的服务进程上，降低了服务异常影响的用户范围，同时负载均衡服务秒级切换，对于用户来说基本感觉不到异常。
采用异步通知，事件驱动的网络架构模式，程序设计采用多线程的并发模型，可以根据***CPU的核数设置运行的线程数，用户的请求通过TCP协议传输过来，每个请求和连接会被均匀的分发给各个线程处理，每个线程单独运行和处理来自用户的请求，避免线程间的资源竞争，最大限度的利用***资源，实现大并发用户的处理能力。服务处理用户发送的请求数据和给用户发送差分数据分别在不同的线程内进行，做到读写分离，互不影响。
一种电子设备，包括：处理器；
存储器；以及程序，其中程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，程序包括用于执行北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法。
本发明提供北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，可以处理高并发的格网差分数据播发服务，通过负载均衡调度服务器，将用户分配到不同的服务器上，根据每个用户的位置信息划分到各自的格网区域和格网点区域，差分的播发以格网点为单位，单个服务能同时处理用户请求和差分数据播发，服务性能良好，同时支持横向扩展，达到海量用户并发的要求。本发明支持多种差分数据格式的实时转换，根据用户的请求，将相应格网点的差分数据转换成用户请求的差分数据格式，如RTCM3.3可以转成RTCM3.0的数据格式，转换完之后发送给用户。本发明支持多种坐标系的差分数据播发，默认转发CGCS2000坐标系的差分，可以根据用户请求，转换成WGS94和ITRF2008的坐标系。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，其特征在于，包括以下步骤：
划分区域，对全国范围的格网进行划分，得到若干格网区域，将每个格网区域划分成若干格网点；
播发差分数据，CORS数据处理中心每秒为所有格网点生成差分数据，并将所述差分数据以消息队列的方式推送至消息队列集群，播发服务用数组保存所有格网点，当从所述消息队列集群上订阅格网点的差分数据时，每条差分数据带有标识坐标，根据收到的坐标计算出对应于格网点数组的下标，根据所述下标在数组内存中找到对应格网点的差分数据，根据格网点内差分请求队列，遍历队列将差分数据播发给每个请求用户。
2.如权利要求1所述的北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，其特征在于：所述划分区域步骤中，根据纬度10度，经度10度的区域划分，将全国分成5*7个格网区域，每个格网区域划分成200*200个格网点。
3.如权利要求2所述的北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，其特征在于：所述播发差分数据步骤中，所述标识坐标的范围是(0～200,0～200)。
4.如权利要求1所述的北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，其特征在于：所述播发差分数据步骤还包括采用低粒度锁队列的数据结构，只对队列中访问的元素加锁，访问完立刻释放锁，接着访问队列的下一个元素。
5.如权利要求1所述的北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，其特征在于：所述播发差分数据步骤还包括增加格网点内请求队列的数量，根据用户的ID，采用Hash算法，将用户均匀的分配到请求队列中。
6.如权利要求5所述的北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，其特征在于：所述播发差分数据步骤还包括为每个格网点动态的生成请求队列，若格网点内的用户数超过阀值，则为格网点重新分配请求队列的数目。
7.如权利要求1所述的北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，其特征在于：还包括分布式服务播发步骤，将服务部署在多台服务器上，用户发起的请求通过LVS或者Nginx均匀的分配到不同的服务上，当服务饱和时，新增服务器，部署新的服务，每个服务都从所述消息队列集群获取差分数据，多个服务从同一个消息队列集群上获取差分数据，同一个服务从多个消息队列集群上获取差分数据。
8.如权利要求1所述的北斗高精度格网差分数据高可用高并发播发方法，其特征在于：所述播发差分数据步骤中，根据用户请求，将相应格网点的差分数据转换成用户请求的差分数据格式，将相应格网点的坐标系转换成用户请求的坐标系。
9.一种电子设备，其特征在于包括：处理器；
存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行权利要求1-8任意一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行如权利要求1-8任意一项所述的方法。
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