引言

搭建GNSS（全球卫星导航系统）数据产品服务平台（以下简称GNSS服务平台），其目标是建设地震行业内GNSS数据产品存储与共享中心的软硬件平台，实现GNSS产品常态发布与共享，提供数据在线绘图、浏览下载和初步分析等功能，推进GNSS数据在地震预报中的应用。

GNSS数据采集软件（以下简称GNSS采集软件）作为该平台的关键模块之一，承担核心的数据采集和存储任务，直接影响整个平台基础数据的稳定性和连续性。另外GNSS相关数据属于保密对象，因此对数据异地传输也提出了较高要求，必须保证安全不泄密。

针对GNSS数据传输和保密需求，调研后决定引入安全可靠的SFTP文件数据传输技术作为解决方案。本文通过分析SFTP的体系架构，介绍其Java接口的使用方法，最后设计并实现了基于SFTP的GNSS采集软件。实际运行结果证明了该方案的可行性。

1.   GNSS服务平台及采集软件背景

GNSS服务平台核心研究内容涉及5块，包括数据采集软件、数据浏览与下载、B/S架构高速数据分析与交互、WebGIS地图应用和用户权限模块等。系统框架如图 1虚线框所示。

图 1  GNSS数据产品服务平台体系结构

Figure 1.  The architecture of GNSS data product platform

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从图 1可以看出GNSS采集软件为基础核心模块，起到连接GNSS数据源和服务平台的作用，为服务平台持续提供稳定的、最新的数据产品，并最终为用户服务。因此GNSS采集软件的设计必须稳定可靠，并且保证数据安全。

从整个系统层次结构分析，GNSS服务平台共分4个层次（刘耀等，2005），如图 2。IBM 3650服务器的硬件平台和Linux Suse10系统位于最底2层，管理和调配整个系统的软、硬件资源；应用程序位于最顶层，完成GNSS数据产品的采集、监控及Web交换与展示等工作。

图 2  GNSS服务平台的层次结构

Figure 2.  The hierarchy of GNSS product platform

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文件系统和数据库则处于中间层，它负责存储和管理整个GNSS服务平台的全局数据信息，提高了系统的数据共享性。数据库主要用于存储系统私有信息，譬如每次数据采集是否成功和具体条目的采集日志等。GNSS数据产品的数据源为文件形式，因此采用相应的文件形式存储数据。

综合图 1和图 2分析，GNSS采集软件是GNSS服务平台的重要组成部分，对实现系统的稳定运行起着至关重要的作用。

基于GNSS数据特点和实际运行需求，该软件需要采用稳定、安全、可靠的数据传输技术。因为传统的FTP文件传输为明文传输，无法保障数据安全。经调研，采用安全可靠的SFTP技术较为合适。将数据源的数据产品以定时、手动和触发3种方式采集至服务平台本地，以实现对外服务。

2.   安全可靠的SFTP技术

SFTP是Secure File Transfer Protocol的缩写，即安全文件传送协议，可以为传输文件安全加密。SFTP与FTP的语法和功能几乎一样。SFTP加密传输认证信息和数据，非常安全，只是传输效率比普通的FTP稍低。由于SFTP使用加密/解密技术，因此在对网络安全性要求更高时，可以使用SFTP代替FTP（李明，2010）。SFTP是SSH内含的协议，只要SSHD服务器启动即可，不需要启动FTP服务器。图 3显示了SFTP的工作模式，它是作为SSH2的一个子服务工作的。

图 3  SFTP工作方式

Figure 3.  The work mode of SFTP

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目前，SFTP技术在电信、电力和银行等对数据传输质量要求较高的领域已被成功应用，譬如在电力系统，利用SFTP将电能质量的历史数据从省级系统传输到网级中心系统，从而解决了省级系统与网级系统间数据传输的安全性和可靠性问题（李果等，2012）。可以预见，作为一种安全可靠的文件传输技术，SFTP因其系统开销小、传输效率较高、开发与维护简单等特性，具有广大的应用前景。

对于GNSS采集软件而言，如何保证数据产品从远程数据源稳定、安全、可靠地传输到本地是GNSS服务平台建设的一个关键点。常用数据传输有2种方式：① webservice传输，该方式是基于HTTP协议的请求-应答型传输，在传输大量数据的时候容易出现通讯中断和异常，因此只适合小量文件传输，不适合传输GNSS观测和产品数据；② 基于TCP连接的数据传输，因为本项目中数据源与服务平台物理距离比较远，中间需经过远距离和复杂的网络结构，维护该TCP复杂而且不稳定，故也不适于GNSS数据传输。鉴于GNSS数据传输量大，并且对数据的时效和安全要求较高，综合利弊，可靠且安全的SFTP传输技术比较适用。

3.   GNSS采集软件的设计与实现

根据GNSS采集软件的业务特点，需要自动和手动2种采集方式，并具有数据备份和系统监控功能，因此设计了基于SFTP协议的技术方案，如图 4，开发语言为Java。Java语言是一种面向对象的、分布式、解释型、健壮安全的、可移植、性能优异、多线程的动态语言（王忆，2010）。考虑到该软件涉及多线程，且今后可能跨平台迁移等因素，采用Java语言比较合适。

图 4  GNSS采集软件框架图

Figure 4.  The framework of GNSS collection software

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首先要搭建SFTP的Java环境。下载SFTP的jar包jsch-0.1.48.jar，然后部署至项目的lib下即可。jsch是SSH2的一个纯Java实现，它允许连接到一个SSHD服务器，封装SFTP服务。通过该包使用Java可以很方便地实现SFTP客户端程序从服务端获取文件的功能。

根据图 4流程，GNSS采集软件启动3个线程，即自动采集、手动采集和监控线程，多线程技术保证各任务之间互不影响，并显著提高程序效率。软件采集到的数据以文件形式保存，运行过程中的采集日志和监控日志以数据库形式保存。最后通过Web平台对外提供数据服务。

下面对GNSS采集软件涉及到的主要功能内容进行简要说明。根据业务需求，GNSS采集软件主要有数据自动采集和手动采集2大功能模块，见图 5和图 6。

图 5  自动采集流程图

Figure 5.  The framework of auto collection

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图 6  手动采集流程图

Figure 6.  The framework of hand collection

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因为手动采集和自动采集功能较为相似，在此以自动采集为例说明其具体实现过程。自动采集程序设计方案是通过轮询系统XML配置文件中的轮询间隔，判断是否符合采集条件。当符合条件时，采集软件读取数据源的连接参数，并执行基于SFTP协议的采集任务，完成任务后，将数据保存在本地文件系统，并记录采集日志。下面是自动采集功能的核心代码：

public void autoGather() {

     try{

        ......

        ExtUtil sf=new ExtUtil();                                     //实例化SFTP类

        sql="select*from cpdata.gn_gather_ip order by data_id";       //获取被采集对象要素

               rs=stmt.executeQuery(sql);

               while (rs.next()){

                 host=rs.getString("push_ip");                        //被采集对象IP

                 port=rs.getInt("port");                              //被采集对象端口

                 username=rs.getString("username");                   //被采集对象用户名

                 password=rs.getString("password");                   //被采集对象密码

                 filedir=rs.getString("filedir");                     //被采集对象的文件路径

                 localdir=rs.getString("localdir");

                                                                     //数据采集后的本地存储路径

ChannelSFTP sftp=sf.connect(host, port, username, password);

                                                                     //与采集对象服务器建立SFTP连接

sf.getData(localdir, filedir, sftp);                                 //通过SFTP采集远程对象数据并存储到本地

......

} catch(Exception e) {

e.printStackTrace();                                                 //采集异常信息打屏

 }

}

以上部分为采集软件的后台运行功能，通过采集软件的Web平台，用户可以进行人机交互，比如开始或停止自动采集功能、执行手动采集和执行失败数据重采等。另一方面，可以查看采集软件的运行情况和日志，如历史采集起始时间、采集类型和成功数目等。图 7为查询2016年10月28—30日采集日志示例。

图 7  GNSS采集软件监控平台

Figure 7.  The monitor platform of GNSS collection software

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对于手动采集，其流程图如图 6，与自动采集功能相似，不再赘述。手动采集与自动采集的主要差异在于其程序开始启动后进行监听，等待用户的手动采集命令，而非自动轮询。另外，为避免同一时间重复手动采集导致资源浪费，在执行采集任务前，程序会设置禁止手动采集的标志位，任务结束后改为允许。

通过上述采集软件设计方案和实现细节，可以证明基于SFTP的数据采集方案能够满足业务需求。总结得到该软件有以下几方面特点：

（1）基于SFTP技术的设计方案适合GNSS采集软件的业务特点，各项功能均正常实现，证明了该方案切实可行。

（2）采用SFTP技术的采集软件，开发过程简单高效，与FTP相似。且运行稳定，无特殊软硬件要求，技术简单易行，后期较易维护。

（3）采用SFTP技术能满足GNSS数据产品的特殊性，满足安全、可靠传输特殊数据的需求。也为将来有保密需求的数据传输方案提供借鉴。

4.   结束语

本文调研了GNSS数据采集的业务需求，设计了基于SFTP的GNSS采集软件，实现了GNSS数据产品的稳定、可靠传输，从而推进了整个GNSS服务平台的建设工作，并对今后类似项目具有参考意义。当然，该软件还不够完善，仍需要在实际应用中加以不断修改，譬如在软件的自身状态监控等方面可开展进一步研究。