（检测技术与自动化装置专业论文）soa三层架构在scada系统调度端的应用研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 系统即数据采集及监 视控制系统。是电网调度自动化系统重要组成部分。 目前，s c a d a 的软件设计大多采用传统的c s 结构，即客户服务器体系结 构。服务器与硬件设备通信，进行数据处理运算。而客户机用于人机交互。随着 调度自动化系统的发展需求，此结构可移植性，可扩展性差导致无法满足应用 软件规模的扩大和各种软件集成的迫切要求，也不能适应复杂多变的软、硬件 环境。正因为如此，按照服务化的概念设计软件成为一种趋势，使跨地区的监 控成为可能。而s o a ( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，面向服务架构) 这种 三层架构模式强调松散耦合和中立的接口定义，摆脱面向技术的解决方案的束 缚，能应对系统发展的需要。 论文首先分析了s c a d a 系统发展情况以及存在的信息孤岛问题，引入s o a 三层架构的解决方案。s o a 把系统的各个业务逻辑包装成服务，再根据业务流 程组合成一个新的服务，与别的系统交互，能够保护现有投资的资源而不重新 撰写逻辑模块。然后分析s o a 比传统分布式系统的优势所在即s o a 十技术相关 技术要点。接着，根据s o a 架构松耦合等特点，针对s c a d a 系统设计了基于s o a 的分布式系统架构及基于此架构工作流程。根据s c a d a 系统调度端实际的业务 创建了粒度较粗松耦合的三大服务，在n e t 平台下封装了各类相关w e b 服务， 建好相应的w s d l 文件。并在i i s 服务器上部署成功。然后基于b e a 部a q u a l o g i c s e r v i c eb u s 平台构建s o a 架构的整合应用将分散的服务进行集成和信息交 互、相互访问。最后，本文探讨各个服务间的协作关系规范和服务的安全机制， 对安全性问题进行研究和设计。 关键词：s c a d a ；s o & w e bs e r v i c e s ：三层架构；分布式 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s tr a c t s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) s y s t e m , t h a ti sd a t a a c q u i s i t i o na n dm o n i t o r i n gc o n t r o ls y s t e m , i st h ei m p o r t a n tp a r to ft h ep o w e r n e t w o r kd i s p a t c h i n ga u t o m a t i o ns y s t e m a tp r e s e n t ，t h es o f t w a r ed e s i g no fs c a d a m o s t l ya d o p t e dt r a d i t i o n a lc s a r c h i t e c t u r e ，w h i c hi sc l i e n t s e r v e ra r c h i t e c t u r e d a t ap r o c e s s i n gi sc a r r i e do u tb yt h e s e r v e r c o m m u n i c a t i n g w i t ht h eh a r d w a r e w h e r e a st h e c l i e n ti su s e di n h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，a s t h e d e v e l o p m e n t d e m a n do f d i s p a t c h i n g a u t o m a t i o ns y s t e m , p o o rp o r t a b i l i t ya n dp o o rs c a l a b i l i t yo ft h i ss t r u c t u r el c a d st o f l e x i b i l i t yi n a d e q u a t e w h i c hc a l l ts a t i s f yt h eu r g e n td e m a n df o rt h ea p p l i c a t i o n s o f t w a r es c a l ee n l a r g e m e n ta n dt h ev a r i o u ss o r w a r ei n t e g r a t i o n ，a n dc a n ta d a p tt o f a s t c h a n g i n ge n v i r o n m e n to ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r e j u s tb e c a u s eo ft h i s a c c o r d a n c ew i t hs e r v i c ec o n c e p td e s i g n i n gt h es o r w a r eb e c o m e sat r e n d ，w h i c h m a k e s c r o s s - r e g i o n a lm o n i t o r i n gp o s s i b l e a n dt h a t s o a ( s e r v i c e - o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e lo f t h r e e - l a y e ra r c h i t e c t u r ee m p h a s i so nl o o s ec o u p l i n ga n dn e u t r a l i n t e r f a c ed e f i n i t i o n ，b r e a k sa w a yt h ef e t t e rf i o mo r i e n t e dt e c h n i c a ls o l u t i o na n dc a n d e a lw i t ht h es y s t e md e v e l o p m e n td e m a n d f i r s t l y , t h ed e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fs c a d as y s t e ma n dt h eb e i n gi n f o r m a t i o n i s o l a t e di s l a n dp r o b l e ma r ea n a l y z e d ，a n ds o a t h r e e 1 a y e ra r c h i t e c t u r es o l u t i o ni s i n t r o d u c e db yt h et h e s i s e a c hb u s i n e s sl o g i c si ns y s t e mi sp a c k e di n t os e r v e r , a n d c o m b i n e di n t oan e ws e r v e ra c c o r d i n gt ob u s i n e s sp r o c e s s t h i sc a ni n t e r a c tw i t h o t h e rs y s t e m sa n dp r o t e c te x i s t i n gi n v e s t m e n tr e s o u r c er a t h e rt h a nr e w r i t i n gt h e l o g i c a lm o d u l e a f t e rt h a t ，t h ea d v a n t a g eo fs o as y s t e mc o m p a r e dw i t ht h e t r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e ds y s t e mi s a n a l y z e d , t h ep r e s e n ts i t u a t i o n ，b a c k g r o u n da n d r e l a t e dt e c h n i c a lp o i n t s t h e n ，b a s e do nt h es o a d i s t r i b u t e ds y s t e ma r c h i t e c t u r ea n d t h ew o r kf l o wb a s e do nt h i sa r c h i t e c t u r ea r e d e s i g n e da c c o r d i n gt ot h el o o s e c o u p l i n gc h a r a c t e ro ft h es o aa r c h i t e c t u r e r o u g hp a r t i c l es i z el o o s ec o u p l i n gt h r e e s e r v i c e sa r ec r e a t e da c c o r d i n gt ot h e p r a c t i c a lb u s i n e s so ft h es c a d as y s t e m d i s p a t c h i n gs y s t e m , e v e r yc l a s s e sr e l a t e dw e bs e r v i c e sa r ee n c a p s u l a t e d ，r e l a t e d w s d lf i l e sa r ec r e a t e di nt h e n e tp l a t f o r m a n dt h i si ss u c c e s s f u l l yd e p l o y e do n t h ei i ss e r v e r a n db e a a q u a l o g i cs e r v i c eb u s ，b a s e dp l a t f o r mf r a m e w o r kf o rt h e 西南交通大学硕士研究生学位论文第l ii 页 i n t e g r a t i o no fs o aa p p l i c a t i o n s ，t h es e r v i c e sw i l lb ed e c e n t r a l i z e da n di n t e g r a t e d i n f o r m a t i o ne x c h a n g e m u t u a lv i s i t s a tl a s t t l l ec o o r d i n a t i o nr e l a t i o n ss p e c i f i c a t i o nb e t w e e nt h es e r v e v i c e sa n dt h e s a f e t ym e c h a n i s mo ft h e s e r v i c e sa r ed i s c u s s e d ，a n dt h es a f e t yp r o b l e m sa r e r e s e a r c h e da n dd e s i g n e di nt h i st h e s i s k e yw o r d s ：s c a d a ；s o a ；w e bs e r v i c e s ；t h r e e l a y e ra r c h i t e c t u r e ：d i s t r i b u t e 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“) 学位论文作者签名：岛小青 日期： 加7 6 夸 指导老师签名： 日期：- 谚0 7 石争 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己 在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 易，7 、高 1 、一 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 论文研究背景 第1 章绪论 s c a d a 系统( 调度自动化系统) 是运用计算机、通信和控制技术，对调度 中心管辖的设备，进行数据采集、监视和控制，以实现自动测量、自动信号、 自动控制和自动调节等功能。主要由数据采集及监控、状态估计、安全分析、 潮流优化和经济调度等模块组成。 电网调度自动化系统发展迄今已经历三代：2 0 世纪7 0 年代基于专用计算机 和专用操作系统的s c a d a 系统可以称为第一代，8 0 年代基于通用计算机的e m s 系统称为第二代，9 0 年代基于r i s c u n i x 的开放式分布式e m s d m s 系统称为第 三代，第三代系统已发展了近l o 年。随着计算机和网络技术的飞速发展，第四代 自动化系统的基础条件如i n t e r n e t 技术、面向对象技术、数据库技术、j a v a 技术、中间件技术、多代理技术、厂站自动化技术、安全防护技术、电力市场 运营技术等已经具备。 s c a d a 系统发展到今天应该说已经成为电网调度自动化系统的数据核心。 作为一个已经相对比较成熟的产品或业态来说，s c a d a 系统在与其他产品的集 成上已经形成了很多很成熟的方式或标准。如o p c 、d d e 、o d b c 、a p i 等等。这 些方式或标准已经被大多数s c a d a 供应商所接受，几乎成为一个使用者所默认 必须具备的功能。然而，随着客户的要求越来越高，人们期望更深层次的集成。 这体现在s c a d a 产品与其他产品的集成，以及s c a d a 产品与高级应用系统的集 成。如电力调度应用中的s c a d a 系统与e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ，能源 管理系统) 、d t s ( d i s p a t c h e rt r a i n i n gs y s t e m ，调度员模拟培训系统) 等高 级应用的结合。并且，这种结合已经不再停留在数据标准接口或统一统计报表 格式上，而是追求不同系统间是否能够采用统一的标准技术，统一的平台软件， 甚至是在产品核心技术和架构上的融合，进而实现系统间的无缝集成。这也是 目前s c a d a 产品在与其他系统集成上的发展趋势。鉴于现在s c a d a 系统软件还 不完美，最初设计的系统构架是影响一些s c a d a 软件集成能力的原因，大多数 s c a d a 软件都是基于为某些特定客户定制而发展起来的，由此形成的相对封闭 的构架如果不及时切换成通用的平台将会造成未来新技术的集成变得越来越困 难。世界上先进的s c a d a 产品都有一个开放的架构和通用的嵌入式平台。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 在s c a d a 系统调度中需要集成来自不同厂商的硬件设备、操作系统、数据 库平台和网络协议等，由此带来的异构性给应用软件的互操作性、兼容性以及 升级能力造成了严重问题。随着电网技术和计算机技术的发展，s c a d a 系统调 度开始向分布式计算模式发展，二层客户机服务器( c 1 i e n t s e r v e r ，简称c s ) 模型即是现在流行的分布式处理系统。这种模式尽管有以下优点：可通过网络 环境发布信息、分布数据；特性良好的人机界面：使用分布式管理，均衡了负 载；性价比高等，但经过一段时间的使用和推广后，些缺点也逐渐显露，如 不同应用使用不同客户端软件，维护工作量大，每一次的升级都意味着要全部 更新所有客户端，大部分应用依赖特定系统开发平台，可移植性，可扩展性差 导致灵活度不够，无法满足应用软件规模的扩大和各种软件集成的迫切要求， 也不能适应复杂多变的软、硬件环境。正因为上述限制，传统的二层c s 模型 已经不能很好满足s c a d a 系统调度的发展需求。传统的解决方法包括点对点集 成和基于中间件的集成方法，它们都是面向接口的集成方式，对各个应用系统 的接口进行基于某些特定标准的处理，从而达到系统整合的目的。随着需要集 成的系统不断增多，系统的接口呈指数增长，这种情况下不但维护存在很大的 难度，而且当一个应用系统的接口发生改变时，连接到该系统的其它应用都要 跟随改变。传统的都使用了诸如c o r b a 、d c o m 、r m i 等的分布式程序通讯技术， 这些技术都缺少完全开放的标准，它们的实现都与特定厂商的私有技术紧密绑 定。所以需要寻求更好的解决方式，按照服务化的概念设计软件也是一种趋势， 这将使跨地区的监控成为可能。而s o a ( s e r v i c e 一0 r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，面 向服务架构) 这种三层架构模式强调松散耦合和中立的接口定义，可以摆脱面 向技术的解决方案的束缚，能应对系统不断发展的需要。提供位于平台和应用 之间的通用服务，并且这些服务具有标准的程序接口和协议，能够使应用软件 相对独立于计算机硬件和操作系统平台，将业务逻辑放置在中间层提高系统性 能，能够满足新增客户机的需求，提高系统的可伸缩性，将业务逻辑集中到一 处，便于整个系统的维护和管理。 1 2 本课题的国内外研究现状 面向服务的体系结构基于“软件变服务”思想，提出了一种新的解决软件 重用和软件集成的方案。通过采用面向服务的体系结构，能够迅速便捷的构建 开放的，模块化的，可重用的，与平台无关的，可扩展的分布式应用系统。目 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 前，许多软件公司都注重与这一领域的研究和开发。从i b m 公司提出s o a 后该 理念被广泛接受。因为随着网络普及化，用户越来越需要将现有多个应用系统 集成，以能实现更强的信息处理能力。还有浏览器技术普及，已成为行业标准， 奠定了s o a 的基础理论和技术规范，使得s o a 茁壮成长。在i b m 领头之后，不 到三年，b e a 公司，甲骨文公司，惠普等所有名牌公司都在中国发布了关于s o a 的消息。由于s o a 模型统一，各公司都把中间件产品向s o a 靠拢，提供开发和 运行s o a 系统的相应工具和环境，以争取市场份额。随着s o a 理论的发展，各 种与s o a 有关的规范和标准将不断出现，如s o a p 、w s d l 、e s b 、b p e l 等的出现 象征着s o a 逐步走向成熟。各家公司所开发的的工具和环境产品，有助于s o a 的大力推广应用瞄。 在电力行业中，越来越多公司关注构建s o a 架构，许继公司也提出基于s o a 的s c a d a 平台是未来之星。c o r d y s 采用5 层体系结构，利用企业服务总线提供 s o a 集成与w e b 服务展现能力。在此基础之上，c o r d y s 业务流程管理系统充分 复用各种w e b 服务，提供统一化的流程建模和执行环境，再辅以复合应用框架 中的丰富功能，构建完整的s o a 架构，克服地区间，部门间的信息化发展差异， 提高信息系统的同一性，通用性，安全性和时效性。 i o n a 公司宣布，i o n a 与国电南瑞合作，在电力调度系统中大批量部署i o n a 中间件产品。国电南瑞经过充分论证和测试，将i o n a 公司的c o r b a 解决方案应 用于新一代电网调度自动化集成系统中。提供了跨平台的网络计算功能。i o n a 的产品为系统提供了稳定高效的开发和运行平台，实现了符合开放标准的对外 接口，体现了业界领先的s o a 理念u 。 伴随着s o a 应用的稳健发展，一些公司在实现各种w e b 服务和将已有应用 转换到s o a 架构上取得了重大进展。国外已经有一些案例，将s o a 的设计思想 应用到医疗、电信、金融和电力等各个行业。随着信息化建设的发展，许多大 型跨国公司如伯灵顿全球有限公司、德国邮政、瑞士信贷银行等也开始注意到 s o a 架构，已经或准备在企业内部实行s o a ，这都展现出s o a 强大的生命力和发 展势头。 从国外电力公司信息化建设思路和i t 技术趋势看，采用s o a 的方法进行信 息化建设，也是今后的主流方向，如美国太平洋煤气与电力公司即采用s o a 架 构实施e r p 。未来，s o a 将可以直接应用与企业的业务部门进行业务创新和产品 开发，而不必中断任何正在运行的应用系统，这样，企业能够更迅速的对外界 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 变化做出反应。 在国内，s o a 架构模型和应用推广已经有了良好的需求环境，s o a 在国内的 的应用尚处于早期阶段，国内对s o a 的投入在快速增长。但从目前资料看，s o a 在国内电力行业s c a d a 系统及信息化应用仍处于探索阶段，还没有应用实例心1 。 本文就s o a 架构在电力调度自动化系统的应用进行研究。 1 3 论文主要研究工作 面向服务体系架构是一种新的软件体系结构，通过采用s o a 框架，可以最 大程度的减少系统问的耦合，提高资源可重用性。本文研究了s o a 的先进架构 理念，比较了其与传统c s 结构和传统的基于组件分布式体系结构的优点，结 合s c a d a 系统功能特点进行总统架构设计。主要内容如下： 1 分析了s c a d a 系统发展历史，现有s c a d a 系统集成方法特点及局限性 和当前发展中面临的问题：如何最大限度的保护现有投资的同时又使 e m s 系统与别的系统或e m s 间实现无缝集成，解决信息孤岛问题。 2 分析s o a 特点及其优势，基于s o a 其具备了标准化、可操作、可组装 的特性。采用基于s o a 的分布式应用系统架构实现s c a d a 系统信息化 集成。 3 给出基于s o a 的s c a d a 系统调度端的架构，并阐述整个架构工作流程 和机制，给出了系统层、传输层、服务层、业务层和表示层的设计， 并给出了服务调用示例。 4 概述w e bs e r v i c e s 相关技术要点，利用w e bs e r v i c e s 实现s o a 设计。 通过对s c a d a 系统功能系统进行分析，对其进行服务建模和服务封装， 采用w e bs e r v i c e s 技术，在主流开发平台n e t 上进行部署测试。采 用b e ae s b 对服务进行集成整合应用。 5 对s o a 中服务的协作与安全问题进行研究探讨。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章面向服务架构( s o a ) 概述与相关技术概述 s o a 是面向服务的架构，是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元 定义为服务，通过服务间定义良好的接口和契约联系起来。本章概述了s o a 架 构规范以及具体实现s o a 的w e bs e r v i c e 技术、主要特性。 2 1s o a 基本架构 s o a 的体系结构仍旧是三层或n 层结构，但对异构平台各层之间的联系， 不是用c o r b a 、j 2 e e 或n e t 的方式，( n e t 是实现w e bs e r v i c e 平台内的服务 设计) 而是用w s d l 和s o a p 来实现，它们的概念简单统一。 目前都是采用嵌入e s b 企业服务总线的平台来实现s o a ，e s b 是一个中间件 群，确保系统实现了服务接口、各种中间件以及松耦合的三个方面功能。普遍 采用b p e l ( 业务过程执行语言) 来描述用户需求，由b p m ( 业务过程管理平台) 来解释执行。 2 1 1s o a 特征 图2 一ls o a 架构及其协作图 s o a 接口采用中立的方式定义，独立于具体实现服务的硬件平台、操作系 统和编程语言，使得构建在这样的系统中的服务可以使用统一和标准的方式进 行通信。这种具有中立接口定义没有强制绑定到特定的实现上的特征称为服务 之间的松藕合。相对于紧耦合系统而言，松耦合系统有两个明显的优点灵活性 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 好能很好地适应系统应用程序发生的改变。当组成整个应用程序的每个服务的 内部结构和实现逐渐发生改变时，它能够继续存在。而紧藕合意味着应用程序 的不同组件之间的接口与其功能和结构是紧密相连的，因而当需要对部分或整 个应用程序进行某种形式的更改时，它们就显得非常脆弱。 s o a 这种粗粒度、松耦合的服务架构，其服务之间通过简单、精确定义接 口进行通讯，不涉及底层编程接口和通讯模型。这种架构主要特征如下： 1 松散耦合 s o a 架构所提供的服务之间是松散藕合的。松散藕合旨在将服务使用者和 服务提供者在服务实现和客户如何使用方面隔离开来。s o a 架构里的服务a 不 需要调用服务b 完成自己的服务。服务b 是否停止工作不影响服务a 的正常运 行。服务提供者和服务使用者间松散耦合的关键点是服务接口作为与服务实现 分离的实体而存在。这使服务实现能够在完全不影响服务使用者的情况下进行 修改。w e b 服务的s o a 对于服务接口是一个重要的标准。 2 粗粒度服务 服务粒度指的是服务所公开功能的范围。通常来说，对于将暴露在整个系 统外部的服务推荐使用粗粒度的接口，而相对较细粒度的服务接口通常用于企 业系统架构的内部。从技术上讲，粗粒度的服务接口可能是一个特定服务的完 整执行，而细粒度的服务接口可能是实现这个粗粒度服务接口的具体的内部操 作。虽然细粒度的接口能为服务请求者提供更多的灵活性，但同时也意味着引 入了较难控制的交互模式易变性。也就是说，服务的交互模式可能随着不同的 服务请求者而不同。如果暴露这些易于变化的服务接口给系统的外部用户，就 可能造成外部服务请求者难于支持不断变化的服务提供者所暴露的细粒度服务 接口。粗粒度服务接口保证了异构平台下的服务请求者将以一致的方式使用系 统中所暴露出的服务。 s o a 建议使用粗粒度的服务接口作为外部集成的接口，使用业务流程执行 语言b p e l ( b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g e ) 来创建由细粒度操作组 成的业务流程的粗粒度的服务接口。 3 标准化明确的接口 服务描述的重点在于与部分交互作用的操作服务、调用操作的消息、构造 这种消息的细节和关于向何处发送用于构造这种消息的处理细节的消息的信 息。通过服务接口的标准化描述，从而使得该服务可以提供给在任何异构平台 和任何用户接口使用。该接口隐藏了实现服务的细节，允许独立于实现服务所 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 基于的硬件可软件平台和编写服务所用的编程语言使用服务。近年来出现的两 个重要标准x m l 和w e bs e r v i c e 增加了全新的重要功能，将s o a 推向更高的层 面，服务描述语言w s d l 是受到广泛支持的接口描述语言，用于描述服务请求者 所要求的绑定到服务提供者的细节。服务描述的重点在于与服务、调用操作的 消息、构造这种消息的细节等进行交互所用的操作，它不包括服务实现的任何 技术细节，服务请求者不知道也不关心服务究竟由哪种程序设计语言编写的。 w s d l 允许开发工具创建可交互的各种类型的通用接口，同时隐藏它是如何由应 用程序代码调用服务的细节。 4 无状态可重用的服务 服务是自治的实体，即服务自身是完全独立的、与底层实现无关的、自包 含的、模块化的。在实现时，它不需要从一个请求到另一个请求的信息或状态。 服务不应该依赖于其它服务的上下文和状态。当有新的业务需求时，服务可以 方便地被组合到新的业务流程中，从而降低开发成本，实现服务的重用与资源 共享。 5 服务是位置透明的 服务请求者无需知道服务的具体位置，也就是说，可以不关心是哪一个服 务响应了自己的请求。服务请求者关心的只是使用了一个服务，完成了自己要 处理的工作，得到了期望的结果。 2 1 2s o a 的优点 s o a 无论是从软件开发技术角度还是从客户原有资源的整合角度，都有着 诸多的优势。 1 充分利用现有的资产。提供了一个抽象层，通过这个抽象层，可以将这 些现有的资产包装成为提供企业功能的服务。组织可以继续从现有的资 源中获取价值，而不必重新从头开始构建。 2 更易于集成和管理复杂性。在面向服务的体系结构中，集成点是规范而 不是实现。这种观念提供了实现透明性，并将基础设施和实现发生的改 变所带来的影响降到最低限度。通过提供针对基于完全不同的系统构建 的现有资源和资产的服务规范，集成变得更加易于管理，因为复杂性是 隔离的。当更多的业务一起协作提供价值链时，这会变得更加重要。 3 更快的产品上市速度。具备从现有的服务中组合新的服务的能力，通过 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 利用现有的组件和服务，可以减少完成软件开发生命周期包括收集需 求、进行设计、开发和测试所需的时问。这使得可以快速地开发新的业 务服务，并允许组织迅速地对改变做出响应和减少上市的准备时间。 4 减少成本和增加重用。通过以松散藕合方式公开的业务服务，可使企业 能够根据业务要求更加轻松地使用和组合服务。这意味资源副本的减 少、以及重用和降低成本的可能性的增加。这一切都依赖于的优势高可 复用性、灵活性，以及更好的扩展性和可用性。 2 2w e bs e r vi c e s 关键技术概述 w e bs e r v i c e 为分布式系统提供了支持，其平台和语言中立性使得跨平台 的互操作，系统地整合更加容易，其技术的成熟化使得s o a 架构思想得到很好 的应用，下面给出w e bs e r v i c e s 关键技术。 2 2 1x m l x m l 是w e bs e r i v c e s 的核心基础技术，是s o a p 实现的关键所在，是w e b 服 务平台中表示数据的基本格式，是w e b 服务通信协议的数据编码方式。x m l 文 件的整体结构，x m l 文件包括三部分声明、处理指示( 可选) 、x m l 元素。x m l 文档的一个基木要求是形式良好的，一个形式良好的x m l 文档要包含这三个部 分。现以s c a d a 数据库系统中遥测信息数据表的x m l 文档表示为例，文档的根 元素为y c p a r a ，表示遥测信息描述，子元素为遥测信息的各个参数( 包括厂站 号、遥测号、遥测名称等) 。其x m l 文档结构如下： 厂站号 遥测号 遥测名称 其他信息略 其中 对此文件进行了声 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 明，说明了属于x m l 文件。 则是处理指示，告诉了本文件的类型，从而便 于告诉处理器处理本文件适用哪个程序。接下来的则是元素。 x m l 的优点主要有异构系统间的信息互通、数据内容和显示分离及自定义 性和可扩展性。这些优点决定了其在数据交换和整合方面卓越的性能表现。在 电力系统的自动化应用中，不同子系统之间因数据库软件、数据处理平台和电 力系统数据模型的不一致等原因，造成数据交互的困难。而x m l 的特点决定了 其适合于实现异构系统间的数据交互，成为电力系统中不同自动化系统间的交 流媒介皿。 2 2 2s o a p 简单对象访问协议s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 执行和调用 服务间的通信。当w e bs e r v i c e 建好以后，需要调用它时，s o a p 提供了标准的 r p c 方法调用w e bs e r v i c e 。s o a p 规范定义了s o a p 消息的格式，以及怎样通过 h t t p 协议来使用s o a p ，它是基于x m l 的，继承了x m l 的开放性和可扩展性，可 解决多个应用之间的一致性问题。 s o a p 包括三个部分： s o a p 封装：它定义了一个框架，该框架描述了消息中的内容是什么，谁 应当处理它以及它是可选的还是必须的。 s o a p 编码规则：它定义了一种序列化的机制，用于交换应用程序所定义的 数据类型的实例。 s o a pr p c 表示：它定义了用于表示远程过程调用和应答的协定。 s o a p 消息基本上是从发送端到接收端的单向传输，但它们常常结合起来执 行类似于请求应答的模式。所有的s o a p 消息都使用) ( m l 编码。一条s o a p 消息就是一个包含有一个必需的s o a p 的封装包，一个可选的s o a p 标头和一 个必需的s o a p 体块的) ( m l 文档。 把s o a p 绑定到h t t p 提供了同时利用s o a p 的样式和分散的灵活性的特 点以及h t t p 的丰富的特征库的优点。在h t t p 上传送s o a p 并不是说s o a p 会覆盖现有的h t t p 语义，而是h t t p 上的s o a p 语义会自然的映射到h t t p 语义。在使用h t t p 作为协议绑定的场合中，r p c 请求映射到h t t p 请求上， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 而r p c 应答映射到h t t p 应答。然而，在r p c 上使用s o a p 并不仅限于h t t p 协议绑定。s o a p 消息格式图如下2 2 所示： 2 2 3w s d l s o a pe n v e l o p e s o a ph e a d e r i h e a d e rb l 。c k h e a d e r b l 。c k 卜的0 图2 - 2s o a p 消息格式 w s d l ( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) w e b 服务器描述语言是用x 儿 文档来描述w e b 服务的标准，是w e b 服务的接口定义语言，由a r i b a 、i n t e l 、 i b m 、m s 等共同提出，通过w s d l ，可描述w e b 服务的三个基本属性： 服务做些什么服务所提供的操作( 方法) 如何访问服务一和服务交互的数据格式以及必要协议 服务位于何处协议相关的地址，如u r l w s d l 文档可以分为两部分。顶部分由抽象定义组成，而底部分则由具体描 述组成。抽象部分以独立于平台和语言的方式定义s o a p 消息，它们并不包含任 何随机器或语言而变的元素。这就定义了一系列服务，截然不同的网站都可以 实现。随网站而异的东西如序列化便归入底部分，因为它包含具体的定义。 1 抽象定义 t y p e s 独立与机器和语言的类型定义 m e s s a g e s 包括函数参数( 输入与输出分开) 或文档描述 p o r t t y p e s 引用消息部分中消息定义来描述函数签名( 操作名、输入参数、输出参数) 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 2 具体定义 b i n d i n g sp o r t t y p e s 部分的每一操作在此绑定实现 s e r v i c e s 确定每一绑定的端口地址 其x m l 文件框架说明如下： w s d l 服务契约定义了实现互操作所需的信息，下图2 3 显示了其主要成分。 如果两个不同平台系统如n e t 和j 2 e e 能够相互共享并理解同一个w s d l 文档， 便能够通过交换s o a p 消息互操作。如图2 4 所示 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 2 2 4u d d l 图2 - 3w s d l 架构 图2 4w s d l 处理s o a p 消息 u d d i 是u n i v e r s a l 、d e s c r i p t i o n 、d i s c o v e r y 和i n t e g r a t i o n 的缩写， 是一种创建注册表服务的规范，以便对w e bs e r v i c e 进行注册发布供使用者查 找。当服务提供者想将自己的w e bs e r v i c e 向全世界公布，以便外部能找到其 服务时，服务提供者可以把自己的w e bs e r v i c e 注册到u d d i 商用注册网站。 世界上曾经有i b m 、微软、s a p 和胛四家著名的u d d i 注册中心，不过u d d i 对于s o a 和w e bs e r v i c e 来说并不是必须的。w s d l 文件中已经给出了服务的 u r l ，外部用户只要能获得w s d l 文件，就能利用里面的u r l 对服务进行调用。 2 2 5b p e l b p e l 是- f - 用于自动化业务流程的形式规约语言。用x m l 文档写入b p e l 中的流程能在w e b 服务之间以标准化的交互方式得到精心组织。这些流程能够 在任何一个符合b p e l 规范的平台或产品上执行。所以，通过允许用户在各种各 样的创作工具和执行平台之间移动这些流程，b p e l 使得他们保护了他们在流程 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 自动化上的投资。b p e l 实现了抽象的w s d l 接口的集成。 相对于对象组装技术，服务组装更为复杂。人们必须面对s o a 环境中异构 的、松耦合的、自主的服务。它们间的交互关系是动态的、按需发生的，而且 缺少中央控制。因此，b p e l 提供的服务组装模型提供了下列特性。 ( 1 ) 灵活性：服务组装模型应该具有丰富的表现能力，能够描述复杂的交互 场景，而且能够快速地适应变化。 ( 2 ) 嵌套组装：一个业务流程可以表现为一个标准的w e b 服务，并被组装到 其他流程或服务中，构成更粗粒度的服务，提高了服务的可伸缩性和重用性。 ( 3 ) 关注点分离：b p e l 只关注与服务组装的业务逻辑：其他关注点，比如服 务质量( q o s ，q u a l i t yo fs e r v i c e ) ，事务处理等，可被作为附加扩展，由具体 实现平台进行处理。 ( 4 ) 会话状态和生命周期管理：与无状态的w e b 服务不同，一个业务流程通 常具有明确的生命周期模型。b p e l 提供了对长时间运行的、有状态交互的支持。 ( 5 ) 可恢复性：这对于业务流程( 尤其对长时间运行的流程) 是非常重要的。b p e l 提供了内置的失败处理和补偿机制，对于可预测的错误进行必要的处理。 通常情况下，b p e l 业务流程接收请求，调用相关的w e b 服务，响应原始调 用方法。b p e l 流程指定参与的w e b 服务的确切调用顺序。一个b p e l 流程有多 个步骤组成，每个步骤称作“活动 。包括基元活动和结构活动。基元活动表示 基本构造，用于如下常见任务： 使用 调用其他w e b 服务 使用 ( 接收请求) 等待客户端通过发送消息调用业务流程 使用 生成同步操作的响应 使用 操作数据变量，如赋值 使用 指示故障和异常 使用 等待一段时间 使用 终止流程 几个结构活动如下： 顺序 定义一组将按顺序调用的活动 流 用于定义一组将并行调用的活动 c a s e s w it c h 构造条件，实现分支 w h i l e 定义循环 使用 选择多个替换路径之一 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 3s o a 与w e bs e r vic e s 关系 s o a 本身是应该如何将软件组织在一起的抽象概念。它依赖于用x m l 和 w e b 服务实现并以软件的形式存在的更加具体的观念和技术。此外，它还需要 安全性、策略管理、可靠消息传递以及会计系统的支持，从而有效地工作。还 可以通过分布式事务处理和分布式软件状态管理来进一步地改善它。 s o a 概念并没有确切地定义服务具体如何交互，而仅仅定义了服务如何相 互理解以及如何交互。其中的区别也就是定义如何执行流程的战略与如何执行 流程的战术之间的区别。而另一方面，w e b 服务在需要交互的服务之间如何传 递消息有具体的指导原则；从战术上实现s o a 模型是通过h t t p 传递的s o a p 消息中最常见的s o a 模型。因而，从本质上讲，w e b 服务是实现s o a 的具体 实现方式之一。 s o a 基本特征与w e b 服务框架关系密切，s o a 本质上依赖w e b 服务，关系如 图2 5 所示。 s o aw e b 服务 服务如何封装服务( 作为 逻辑 w e b 服务： 服务描述 服务如何关联 l ( 用w s d l ： 消息传递 服务如何通信 ( 以s o a p 规范： 图2 - 5s o a 与w e b 服务关系图 w e bs e r v i c e s 中的各种协议从三个方面满足s o a 所需的特点： 1 独立的功能实体：通过u d d i 的目录查找可以动态改变一个服务的提供 方而无需影响客户端的应用程序配