遥感数据服务系统能力需求估算方法研究

王士成

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081)

0 引言

遥感技术的发展和应用已经走过了多年艰苦探索与攀登的道路，如今，遥感应用技术已经起步并逐渐趋于成熟，遥感数据已在数字测绘、资源调查、灾害监测、城市规划、土地利用、环境保护和旅游导航［1］等多个领域广泛应用。

随着遥感数据时间分辨率、空间分辨率［2］、辐射分辨率［3］和光谱分辨率［3］的全面提高，遥感数据的单位时间数据率和数据总量都将迅速扩大，为有效支持遥感数据的共享与应用，必须建设遥感数据服务系统，实现遥感数据高效管理。同时，为节约成本，满足遥感数据服务系统建设规模适度可用的基本原则，必须对遥感数据服务系统的处理能力需求进行估算。

以事务处理性能委员会(TPC)［4］提供的基准估算理论为核心，提出了遥感数据服务系统处理能力需求的估算方法，以TPM(Transaction Per Minute)值作为系统处理能力估算的单位。

1 处理能力需求估算模型

遥感数据服务系统通常包括数据存储［5］、数据服务［6］和应用服务［7］3个部分，相应的处理能力需求估算也需要从数据存储、数据服务和应用服务等3个角度进行。其中数据服务能力和应用服务能力是2个不同的概念，数据服务能力偏重于数据库自身的服务能力，应用服务能力注重于通过业务逻辑应用的途径供客户端应用程序使用。在大型遥感数据服务系统中，数据服务和应用服务均采用各自独立的服务器，在降低服务器压力的同时尽可能保障数据安全和独立。

系统需要配置什么样的服务器设备、能够达到哪种性能、能够满足多长时间的应用等都是系统方案设计阶段需要考虑的问题。毋庸置疑，遥感数据服务系统的处理能力需求和用户的使用需求密切相关，经分析，影响因素包括以下几个方面:① 系统的设计使用年限;②系统平均用户在线人数;③ 用户的主要操作行为统计;④软件开发商预测的每个用户操作行为所引发的事务处理量;⑤数据生产部门的生产能力;⑥ 系统采用的操作系统和数据库平台。

1.1 数据服务能力需求估算模型

设定数据服务器在忙时的数据库访问峰值X，代表主机处理峰值应能达到每秒X个连接;每个连接平均需要执行I个查询(SEARCH)操作、J个插入(INSERT)操作、K个更新(UPDATE)操作和L个删除(DELETE)操作;平均每个查询操作需要访问Y个数据表;每个查询操作需要相当于M个TPM、每个插入操作需要相当于N个TPM、每个更新操作需要相当于O个TPM、每个删除操作需要P个TPM，设计数据服务能力需求估算模型为:

式中，X为用户最大连接数(连接/秒);I为平均每个连接需要执行的查询操作数;M为平均每个查询操作需要服务器能力(TPM)，依据经验可取值为3～4;J为平均每个连接需要执行的插入操作数;N为平均每个插入操作需要服务器能力(TPM)，依据经验可取值为2～3;K为平均每个连接需要执行的更新操作数;O为平均每个更新操作需要服务器能力(TPM)，依据经验可取值为4～5;L为平均每个连接需要执行的删除操作数;P为平均每个删除操作需要服务器能力(TPM)，依据经验可取值为2～3;β为系统自身消耗值，依据经验可取值为25% ～35%;γ为系统忙时比例因子，依据经验可取值为60% ～80%。

1.2 应用服务能力需求估算模型

设定应用服务支持的并发用户数量为U，代表系统同时在线用户数为U个人;每个用户登录后每分钟可发出N个业务请求;各类业务请求平均产生的事务数为Ti;则应用服务能力需求估算模型为:

式中，U为系统同时在线用户数(人);N为平均每个用户每分钟发出业务请求次数(次);Ti为平均每次i业务产生的事务数(次);C为用户可提出的业务请求类型数;X为一天内忙时的处理量和平均数的比值;Y为经验系数(实际量和估算量的比值);Z为服务器设计冗余值。

1.3 数据存储容量需求估算模型

遥感数据服务系统的存储容量需求主要来源于4个方面，包括系统运行环境所需的安装空间、系统运行所需的存储空间、遥感数据以及系统运行产生的数据。设计数据存储容量需求估算模型为:

式中，S为系统运行环境所需的存储空间，包括操作系统、软件系统、数据库系统等(GB);P为动态为每个在线用户分配的共享空间(GB);U为系统最大同时在线用户数;DS为数据生产部门每天可生产的数据量(TB);DR为系统运行每天可产生的数据量(GB);Y为系统设计年限;Z为存储容量设计裕度，取值范围为10%～30%。

1.4 与其他处理能力估算方法的比较分析

专家估计法指多名专家分别对系统处理能力需求进行估计，计算专家估计结果的平均值，如各专家估计结果与平均值之间的差距比例不大于20%，则取平均值作为系统处理能力需求值;否则由各位专家重新进行估计。专家估计法是目前比较常用的IT系统处理能力估算方法，这种方法的优点在于适用范围广、计算方法简单;缺点在于绝对依赖于专家的主观判断，不具备说服力。

基于扩容比例的系统处理能力需求估算方法是指在已知原系统需求、原系统处理能力、原系统裕度以及系统扩充需求的前提下，依据系统扩充需求与原系统需求的比例关系，结合原系统处理能力和原系统裕度，推算扩充系统处理能力需求。这种方法的优点在于推算方法简单，说服力强;局限性在于只适用于系统能力扩充的情况，且在系统能力大幅度提升时准确度明显下降。

基于代码量进行应用服务处理能力需求估算方法依据式(4)进行应用服务系统处理能力需求的估算，这种方法的主要优点是计算简便;但缺点也非常明显，首先，这种方法仅适用于应用服务系统，且要求已知数据服务系统的处理能力需求;其次，该方法完全依赖于经验系数，缺乏理论与方法上的说服力和准确性。式中，LA为应用服务处理能力需求;LD为数据库服务处理能力需求;α为与应用服务代码量相关的经验系数，取值如表1所示。

表1 应用服务经验系数参考值表

2 处理能力需求估算案例

2.1 遥感数据服务系统需求

研制建设一套遥感数据服务系统，经采集用户需求并咨询相关软件开发商和硬件厂商，获取信息如下:系统设计使用年限5年;系统平均在线用户数量为500人;数据生产能力约为3 TB/天;系统主要采用Linux操作系统和Oracle10g数据库;用户主要操作行为包括需求提交、需求维护、数据检索、数据下载。

各种操作行为所引发的事务处理量如下:①平均每个需求提交操作所引发的事务处理量约为30 TPM;②平均每个需求维护操作所引发的事务处理量约为50 TPM;③ 每个数据检索操作所引发的事务处理量约为40 TPM;④ 每个数据下载操作所引发的事务处理量约为30 TPM。

2.2 系统处理能力需求分析

依据式(1)、式(2)和式(3)可对本案例所需的遥感数据服务系统的数据服务能力需求、应用服务能力需求和数据存储容量需求进行分析。

2.2.1 数据服务能力需求

在数据服务能力需求分析过程中，取用户最大连接数X为8 000，即数据服务处理峰值应能达到8 000连接/秒;平均每个连接需要执行的查询操作数I、插入操作数J、更新操作数K和删除操作数L分别为5、4、4、2，对应操作所需的服务器能力 M、N、O、P取值分别为别为3、2、4、2;系统自身消耗 β 取值为30%;系统忙时比例因子γ取值为70%;则数据服务能力需求LD约为702 041 TPM。

2.2.2 应用服务能力需求

在应用服务能力需求分析过程中，系统同时在线用户数U为500，即最大支持500人同时在线;平均每个用户每分钟发出业务请求次数N为8，即平均每个用户每分钟发出8个业务请求;用户可提出的业务请求类型数量C取值为4;平均每个需求提交操作、需求维护操作和数据检索操作和数据下载操作所引发的事务处理量 Ti分别为 30、50、40、30;一天内忙时处理量和平均数的比值X为5;实际量和估算量的比值Y取值为0.8;服务器冗余量Z取值为30%;则应用服务能力需求 LA约为857143TPM。

2.2.3 数据存储容量需求

在数据存储容量需求分析中，取系统运行环境所需的存储空间S为600 GB，包括操作系统、软件系统和数据库系统等所需的存储空间;取动态为每个在线用户分配的共享空间为200 GB;系统同时在线用户数U为500;取数据生产部门每天可生产的数据量DS为3 TB;取系统运行每天可产生的数据量DR为1 GB;取系统设计年限Y为5年;存储容量设计裕度Z取值为20%;则数据存储容量需求LS约为6 969 TB。

2.3 系统设备配置建议

数据服务能力需求、应用服务能力需求和数据存储容量需求计算完毕后，通过TPC－C网站可检索服务器设备处理能力，表2列出了部分服务器设备的处理能力，可结合系统的数据服务能力需求以及应用服务能力需求选择、配置相应的服务器型号、数量;数据存储设备可根据数据存储容量需求进行配置。针对本案例中对数据服务能力、应用服务能力和数据存储容量的需求，建议的设备配置如表3所示。

表2 服务器处理能力列表

表3 建议的设备配置表

3 结束语

所述的遥感数据服务系统需求估算方法是一种技术参数结合工程经验参数的服务设备需求计算方法，经适当地扩展可具备一定的通用性。在工程经验丰富的前提下，计算公式中涉及的经验参数更加准确，数据服务能力需求估算模型可准确估算数据库服务器能力需求，应用服务能力需求估算模型可用于确定计算服务器的能力需求，数据存储容量需求可明确系统存储设备的需求，各项结果可为系统配置和选型提供有力的支持。

［1］张兆霞，朱龙文.基于遥感卫星的系列正射影像图制作［J］.影像技术，2004(3):39－42.

［2］旷 达，沈 艳，牛 铮，等.卫星反演降水产品误差随时空分辨率和雨强的变化特征分析［J］.遥感信息，2012，27(4):75－81.

［3］刘 毅，吕达仁，陈洪滨，等.卫星遥感大气CO2的技术与方法进展综述［J］.遥感技术与应用，2011，26(2):247－254.

［4］王忠华.J2EE应用服务器资源优化机制的研究与实现［D］.长沙:国防科技大学，2008.

［5］许 静.高效信息收发软件系统设计分析［J］.无线电工程，2011，41(9):7 －10.

［6］马万权，王士成，刘建坡.大幅面遥感影像分发技术研究［J］.无线电工程，2006，36(6):7 －10.

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