（计算机应用技术专业论文）异构系统信息集成数据服务的研究与实现.pdf

异构系统信息集成数据服务的研究与实现 摘要 电力行业是国民经济的基础产业，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用。随着 计算机技术、网络技术和信息安全的飞速发展以及电力行业体制改革的不断深入，我国 的电力企业信息化建设也有很大的发展，目前我国的电力系统正逐步由孤岛系统向构建 和优化电力信息资源平台过渡，而在复杂的电力应用系统中如何实现异构系统之间的互 联、互访和数据共享是一个很重要的研究课题。 本文详细分析了当前异构系统的体系结构和信息集成的关键技术，重点研究基于中 间件技术的信息系统跨平台访问技术，实现了异构环境下的电力系统应用互联。在众多 的中间件产品中，因特网通信引擎i c e ( i n t e r n e tc o 嗍u n i c a t i o ne n g i n e ) 是遵循g n u 通用公共许可证g p l ( g n ug e n e r a lp u b l i cl i c e n s e ) 协议的分布式计算开源项目，提供 了适用于异构环境的面向对象的中间件平台，支持广泛领域中的分布式应用开发，避免 不必要的复杂性，使平台更易于学习和使用，在网络带宽、内存使用和系统开销方面都 有很好的表现，具有内建的安全性保障机制，使它能够适用于不安全的公共网络。 利用中间件i c e 提供的网络基础平台可以为分布式计算应用提供通信服务，通过 i c e 的语言映射功能对系统底层服务进行封装，对外提供通用接口，异构系统之间可以 透明调用所需服务，可满足互操作和数据共享的需求。本文提出了基于中间件i c e 的电 力系统信息集成方案，该方案将某个电力应用系统中的某项服务封装成i c e 通信平台的 一个s e r v a n t ，对其它电力应用系统表现为通用的接口；而其它电力应用系统作为i c e 通信平台的客户通过上述接口请求s e r v a n t 服务来获取自身所需的数据，实现了异构的 电力应用系统的互联。该方案实施于上海市威能电力科技有限公司的电网电力监控系统 和配网经济运行决策支持系统的集成项目中，取得了较好的应用效果。 关键词：中间件，i c e ，数据库访问服务，电力监控系统 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no nd a t as e r 、，i c e sf o ri n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o no fh e t e r o g e n e o u ss y s t e m s a b s t r a c t 1 1 1 ep o w e ri i 肌仃yi sm en 撕o n a le c o n o m yf o u l l d 撕o ni i l d u s 乜m 砌c hp l a y sav i “r o l ei i l t h en a _ t i o n 越e c 切的m ya n dm es o c i e t ) ，d e v d o p m e n t w i 也t h ed e v e l o p m e n to fc c 旺嘎m t 贫 t e c h n o l o g 如n 蜘o r kt ec ：h 1 1 0 1 0 9 蜘i 1 1 f o n n a t i o ns e c 柚矗够t e c h n o l o g y 勰dr e f o m 町r s t e mo fp o w 茂 i i l d u s 缸y ，n l ep o w e re l l 触。面s ei i l 硒胁a t i o ns y s t e l nm a d e 伊e a tp r 0 黟龉s a tp r e s e n t ，m ep o w e r s y s t 锄i s 仃趾l s i t i l l g 丘o mi s l a n di 1 1 f o m 撕o ns y 瞅：l nt 0m ei n t c g r 撕o na p p l i c a t i o nb a s e do nt 1 1 e p o w e r 碰o m l 撕0 n 灏 o w i c e sp 1 舶衄g f a d l l a l l y i i l 也e 删e xp o w e ra p p l i c 撕o ns y s t e i n h o wt 0a c ：缸e v e 缸l ei n t a m l e c t i o n 锄dd a t as h a r i n g 锄0 n gh e t e r o g a l o o l 塔s y s t e m si sav e 巧 i i l l p o r t a n tr c s e 乏l r c ht o p i c 1 k sp a p e ra i l a l y z e dm e 删h e t e r o g e i l e o l l ss y s t e l i l 疵蟠t e c n l r e 锄d 地k e yt e c _ h n o l o g y o fi n f o 咖a t i o ni n t e 掣砒i o ni i ld “1 i tf o c u s 锱o nm ec r o s 争p l a t 南咖a c c e s st e c ：i l i l o l o g yb a u s e d 0 nn l i d d l e w a r e m o r e o v n l ed i s t r i b u t e da p p l i c a t i o n sc o 删m l i l i c a t e di nh e t e r o g e n c o l l s 眺n m e n ti si i i l p l e m 吼t e d m i d d l e w a r ep m d u c ti c e ( i i l t e m e tc 0 删c a l i o ne l l g i n e ) i sn l e f o l l o wg p l ( g n ug 朗e f a ln l b l i cl i c e n s e ) a _ 寥e e m e n td i s 缸b u t e dc 伽叩u t i n g0 p e l ls 0 u r p r o j e c t s ，p r o v i d e sa 融e r 0 舀m e o l i se i l _ v 的1 1 m e n ta p p l i c a _ b l et o l eo b j e c t - o e n 锄m i d d l e w a r e p l a t f o m lm a ts u p p o r t saw i d e 舢g e 证t l l ea r e ao fd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o nde v e _ l 唧e n t nc 锄 a v o i dl l i m e c e s s a r yc o m p l e x i 够o fm ep l a t 南m l ，a n dt l l en e “v o r kb a i l d w i d mm 锄。巧u s 碰弦觚d c p u s p e i l d i n gh 蠲9 0 0 dp e r 南n n 锄c e w i t l lb u i l t - i i ls e c 嘶t ys a f e g u a r dm e c h a l l i s m ，i tc a l lb e 印p l i e di nu i l s a f ep u b l i cn e 咐o r k t h en c 蚋m r k 逾昏a s 讯l c t t l r cp l a t 南r mm a tu s i n gm i d d l e w a r ei c em a yp r o v i d 鹤t h e c o 衄i c a t i o ns e i c e 向rt l l ed i s t r i b m c dc o m p u t i l l ga p p l i c a t i o i l 廿1 1 0 u 曲i c el a n g u a g e m a p p i n gf i l n c t i o nt 0e n c a p s m a t es e r v a n t so fs y s t e m ，p f o v i d i f l gac 0 恤m o ne x t e m mi l l t e f f a h ，t e r o 誉m e o u ss y 5 泣c m sc a n 觚p a r e n t l yc a l lm es e r v i c e sr 。q i l i r e dt om e e tt h ei n t e f o p e r a b i l i 哆 甜l d 也u t as t 谢n gn e e d s t h e r e f o r 岛t 量l i sp a p e rp r o p o s o dp o w e fs y s t e mi i l 触a t i o ni n t 9 9 r a t i o n p l a nb a s e do n l ei n j d d l e w a r ei c e t k sp l a ns e a l ss o m es e r v i c eo fp o w e ra p p l i c a ：t i o ns y s t e m i i m t 0 锄i c ec 0 删n u l l i c a t i o n sp l 甜b 眦鲫m m tw l l i c hp 确m 8 g e r a li n t l 觚苗矗) r0 m e r p o w 盯印p l l 础0 ns y s t e m s o m e rp o w 日a p p l i c a t i o ns y s 锄i l sa c t 勰t l l ei c ec 0 舢叭i i l i c a l i o 璐 p la _ 渤吼d i e n tt 0r e q u 懿tm ed a t a 惋c hg a i l 塔o w nn e e d s 1 m u 曲m ea b o v ei 1 1 t e 血c c 1 k s p l 缸a 咖e v o ds y s t e mi i l t 哼a t i o nb e c 、) i r 黜呻e r v i s o 巧& c o n 昀lo fp o w 盯s y s t e m 趾d l e c 0 n f i g u r 撕o np o w c rd e c i s i o n - m a k i n gs u p p o r ts y s t e mo fs h 觚曲a iw n p o w e r 【厢a sa 碳汕t ，l i s 刚e c ta 出e v e dg o o da p p l i c 撕o ne 虢c t 髓yw o 劝s ： m i d d l e w a r e ，i c e ，d a 协b 鹤ea c c e s ss 训c e s ，s u p e r v i s o d ra n dc o 咖l0 f p o w e rs y s t e m m 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文， 是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确 注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：瘩辱锊 日期：伽矿年 弓月 cd 日 东华大学学位论文版权使用授权书 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 阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密 徕修 j 指导教师签名：2 司 。缓 日期：删扩年弓月f 旧 东华大学硕士学位论文 异构系统信息集成数据服务的研究与实现 1 1 课题的提出 第一章绪论 1 1 1 研究背景与意义 随着信息科学的崛起和快速发展，电力系统与电力企业也逐渐信息化。信息技术在 我国电力行业的应用起步较早，信息化概念在电力行业的兴起始于上世纪6 0 年代，主要 面向生产系统，由于各职能部门主要从自身的需求出发，缺乏必要的沟通和交流，电力 行业始终没有形成统一的信息化标准规范n 1 。直到8 0 年代末期，才出现了面向数据传输 和集中处理的生产办公管理的应用。9 0 年代初期，电力行业开始建立面向单一职能部门 的管理信息系统，建立了诸如人事管理、财务管理、调度自动化系统、电能计量计费系 统、变电站综合自动化、用电营销管理系统、客户服务中心和配电自动化等多种应用系 统嘲，这些信息系统正在为电网的安全和经济运行提供服务。但由于受当时信息技术和 体制等条件的限制，各个信息管理系统基本上以分散开发和独立运行为主，各部门对不 同的管理、控制信息单元选用了不同的计算机系统，从而形成了多种硬件设备、操作系 统、数据库管理系统和网络协议等并存于电力系统的异构环境口1 。 近几年来，随着信息技术的不断发展，以企业内部网为基础的工业企业网络结构正 在形成，电力行业也不例外，但就整个电网运行管理而言，这些信息系统分别是在不同 时期、采用不同技术开发的独立系统，主要存在以下问题： ( 1 ) 系统间相互独立，信息不能共享，导致信息孤岛林立，缺乏整体性，集成度差。 目前，电力企业中各业务部门为满足特定的需要，已安装和开发了不同的应用系统，如 实现电力监控和运行调度自动化系统，实现电能自动计量计费系统，辅助资源管理和经 营管理决策系统等脚。然而，这些应用系统关心电力对象的不同方面、对电力对象有自 己专门的建模方法，相互之间很少设计成能够进行自由的数据交换，使得各个应用系统 在信息上成为相对孤立的“孤岛”，不易与其他功能区域交换数据或在企业范围内实现 集成。 ( 2 ) 信息缺乏整体规划，存在多信息源、信息缺失、信息可靠性、综合性和智能性 不高，数据利用率低的问题。现有的应用系统虽然在传统的管理信息系统下已经进行了 数据简单汇总，但由于开发厂商和开发时间的不同，又多是在没有整体规划下各部门各 东华大学硕士学位论文异构系统信息集成数据服务的研究与实现 自开发建设，使用了不同的软硬件系统平台、应用系统平台、开发工具、数据结构，因 而存在同一信息或数据对象来自不同的应用系统：另外，为了满足电力系统对自动化和 保护设备的高可靠性要求，电力系统中很多地方的自动化和保护设备。以及数据测控设 备都采用了冗余配置，因而存在多传感器、多数据源和多信息源的问题引。 ( 3 ) 业务流程固化，无法适应电力改革带来的不断变化的工作流程，也无法完成不 同系统间的业务互联，不能够对业务进行及时准确地监控和预测。电力行业随着信息技 术的发展和自身改革的步伐不断产生出新的业务，并对旧有业务进行改进，但由于各个 系统相互孤立，业务之间所需数据无法从异构系统中方便的获得，致使电力综合业务的 发展迟缓。 ( 4 ) 由于信息分散，需要花费大量的时间寻找管理和决策中所需要的各类数据，成 为进一步信息提取的障碍，不能发现隐藏在数据后面的经营规律h 1 。随着各类计算机监 控设备、地理信息系统和管理信息系统的日益发展，电力系统中的数据呈爆炸性增长。 由于没有统一的信息平台，电力企业的信息不能共享或不能方便的共享，网络资源和硬 件资源利用率不高、重复投资、管理成本过高，管理系统不能或不便于跨应用系统的生 产业务流程管理，不能构造有效的知识管理系统，不能或不便于管理层和决策层的综合 分析和辅助决策支持。 要解决这些问题，必须认真地从全局一体化角度去研究，全局范围内的信息充分共 享、实现最大程度的共用资源、灵活方便的综合分析与辅助决策支持、企业生产业务流 程的管理与控制、系统维护的方便性等，都是现代化供电企业信息化建设必须解决的问 题。随着电力市场改革的发展和电力体制改革的深入，电力企业对共享信息资源和提高 生产、管理、经营效率的需求就变得必要和迫切起来，建设电力企业信息集成系统成为 发供电企业的迫切需要随1 。电力企业信息集成系统可以整合各个业务系统的数据，实现 业务系统之间的互操作，并对各类业务提供的大量综合数据，发现有价值的信息，提取 更多更有用的决策信息和知识。电力企业信息集成对电力的产、配、输的安全运行起到 至关重要的作用，并可以避免重复开发，避免财力、人力资源的浪费，对于优化企业内 部资源，改善各部门内部的信息畅通，辅助市场化运营决策，提高自动化水平和电网安 全运行水平等方面都具有十分重要的意义。 1 1 2 国内外研究应用现状 在构建电力信息资源平台过程中，需要遵循统一的行业规范和标准体系。自2 0 世纪 9 0 年代中期以来，国际电工技术委员会负责电力系统控制及其通信相关标准的第5 7 技术 2 东华大学硕士学位论文 异构系统信息集成数据服务的研究与实现 委员会( i e ct c5 7 ) 逐步制定了一系列标准，特别是新推出的i e c 6 1 9 6 8 i e c 6 1 9 7 0 哦刀，这 些标准规范了每个组件用标准接口去访问公共信息，从而使一个组件与另一个组件在统 一的信息模型表达方式下通过标准的数据交换平台进行数据交换成为可能阐。美国分别 于2 0 0 0 年1 2 月、2 0 0 1 年5 月和2 0 0 2 年6 月进行的三次互操作实验，参加的单位有a b b 、 s i 删e n s 、e s c a 、g e 和h a r r i s ，验证了公共信息模型c i m ( c 舢i n f 0 锄a t i o nm o d e l ) 的正 确性和可用性。为了跟上国际对c i m 的研究步伐，从2 0 0 2 年1 月开始，国家电力调度通信中 心进行了两次互操作实验，参加单位有中国电力科学研究院、南京电力自动化研究院、 东方电子、清华大学、山东大学，实验的成功再次证明了c i m 的正确性，以及国内对c i m 理解的正确性。 目前国内外对于电力系统信息集成采用主流集成方案如下： ( 1 ) 基于c o r b a ( c o 咖o n0 b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) x m l ( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ) 的电力系统集成方案码1 该方案遵循i e c 6 1 9 7 0 标准，采用建立在c i m 语义上的c i mx m l 语言作为数据交换 语言，利用c o r b a 互操作性和c i m ) ( m l 的模型可扩展性、灵活性，对企业应用进行集成， 并在多种数据源之上集成全局数据平台，构建了一个完整的电力企业应用集成框架，该 框架具有良好的开放性和灵活性，具体特点为： 框架中c o r b a 规范为各个应用提供透明的互操作，使用具有模型可扩展的c i m ) ( m l 传输数据。 部分接口数据) ( m l 化。 建立了全局虚拟数据库平台。c o r b a 跨平台的传输能力和) ( m l 的灵活性使电力企 业集成系统具有了更大的开放性。 ( 2 ) 基于w e bs e r v i c e s 的电力系统集成方案n 们 企业信息集成在集成范围上已经从单纯的程序间集成。逐渐过渡为企业范围内或跨 企业的不同信息系统之间的集成。w e bs e r v i c e s 的最大特点是能够统一封装数据、消息、 行为等，而无需考虑应用所在的环境。基于w e bs e r v i c e s 技术，在不影响原有系统功能 的情况下，只要在原有系统的基础上加上一个简单对象访问协议s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 接口。就可以将现有的、用不同技术实现的系统互联起来。提供相互 的数据交流和访问操作，从而实现各种不同的系统间的互相协作，构成一个更为强大的 大系统。对于电力行业来说，将某个功能子系统封装成w e bs e r v i c e s 后。便可以进行相 应的w e b 发布、发现或动态绑定等操作，这样就相当于将该信息系统抽象化并组件化。 东华大学硕士学位论文异构系统信息集成数据服务的研究与实现 w e bs e r v i c e s 可以用任何语言来编写，任何w e bs e r v i c e s 都可以与其它w e bs e r v i c e s 通 过超文本传输协议( h y p e rt e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) h t t p 和s o a p 协议并按) ( m l 格式进 行网络交互，其中对各个服务的调用通过s o a p 消息机制远程调用实现。 ( 3 ) 基于网格技术的电力系统集成方案叭1 幻 网格技术提出目的就是实现分布式环境下的资源共享和协同计算。g l o b u st o o l k i t 4 ( g t 4 ) 实现了w s r f 标准，提供应用程序接口a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a 咖i n gi n t e r f a c e ) 来构建有状态的w e b 服务，其目标是建立分布式异构计算环境，基于g t 4 可以开发各种网 格服务，包括资源管理服务、任务管理服务、数据管理服务和安全管理服务等，利用这 些服务可以构建各种网格应用。在数据管理和访问方面，基于g l o b u s 的数据访问集成项 目( 0 g s a d a i ) 就是开发数据访问服务来完成在网格环境下的异构数据的访问。基于网格 技术的电力系统集成方案已在我国各大高校和研究机构中进行前期研究，相信不久的将 来可以看到大规模的应用系统。 ( 4 ) j 2 e e 架构和中间件技术的融合n 3 1 j 2 e e 架构是为适合i n t e r n e t 上的w e b 计算特点而产生和发展的，j 2 e e 体系结构定义 了三个层次，分别为客户层、中间层和资源层。客户层又称为客户表示层，在系统中是 整个应用系统的用户接口部分，客户层可以使用不同的客户端程序，具有很好的分布性， 适合分布式管理的需求。中间层包括w e b 层和e j b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n ) 层。资源层， 在系统中就是数据库管理系统，可由多个数据库系统组成，主要负责管理对数据库资料 的读写。从目前来说，以j 2 e e 框架为主，结合中间件技术，已经是电力企业内信息集成 实现的主要选择之一。 我国科研人员对电力系统信息集成也在尝试新的方法，在电力数据模型上主要围绕 i e c 6 1 9 7 0 6 1 9 6 8 标准的c i m 模型，而在实现方案上有较多的选择，以基于中间件平台的 方案多采用c o r b a 规范。近些年也有采用中间件i c e ( i n t e n l e tc o m m u i l i c a t i o n 锄百n c ) 平台 进行信息集成的相关文献n 钔发表，但多数是从数据模型一致性的角度进行探讨，主要研 究数据模型的转换工作，而本文是从电力系统互联的角度进行研究，研究异构电力系统 之间互操作的通信平台。 1 1 3 课题来源 本文结合上海市威能电力科技有限公司的配网经济运行决策支持系统和电力监控系 统的互联项目，提出了基于中间件i c e 技术的电力监控系统跨平台集成方案。 电力监控系统是由大容量、高速度的主机系统、前置机和远动通信接口部分、人机 4 东华大学硕士学位论文异构系统信息集成数据服务的研究与实现 交互系统构成。通过有线网络或无线网络，利用数据采集终端对现场设备信息进行采集、 控制、管理、分析等。对所有采集的数据存入实时库和历史库，系统可以通过实时数据 分析模块功能进行数据的曲线、表格、棒图等形式分析。 配网经济运行决策支持系统所需的分析数据往往存在于其它电力应用系统中，如电 力监控系统，这就需要一种机制实现配网经济运行决策支持系统与其它电力应用系统实 现无缝衔接，为此本文提出了基于中间件i c e 的集成方案，该方案充分利用中间件技术 的优势，将电力监控系统的数据库访问服务经过中间件因特网通信引擎i c e 的封装，对 外提供通用的接口，在多种开发环境下，通过接口描述可以透明调用数据库访问服务， 实现了异构系统之间共享类库的应用，同时解决了异构系统的互操作问题。 1 2 本文的研究内容 本文重点研究了电力系统的系统集成方案，主要做了两个部分的工作，一部分是研 究系统集成的基本理论和常用的实施技术，对系统集成领域有了较深的理解，对基于中 间件技术进行系统集成有很深刻的认识，并提出了基于中间件i c e 的跨平台异构系统信 息集成方案。另一部分是在对理论有深入研究的基础上对电力监控系统的数据库访问服 务进行封装，利用中间件i c e 的多语言映射机制对数据库访问服务中的a p i 进行镜像复 制，对外提供通用的接口描述，可在多种编译环境下透明调用数据库访问服务。电力经 济运行决策支持系统通过i c e 通信平台访问经i c e 封装过的电力监控系统的数据库访问 服务，可以获得电力监控系统中的数据，实现了两个异构系统的互联、互访、互操作和 数据共享的应用。 1 3 本文的组织结构 本文的组织结构如下所述： 第一章绪论，阐述课题研究背景和研究的重点内容以及电力系统信息集成领域应用 发展现状。 第二章中间件技术，简要地介绍中间件的由来、概念和分类，详细论述中间件技术 的应用现状和发展趋势，并对中间件i c e 做较为详尽的介绍，对i c e 和c o r b a 技术做简 单的对比，阐述在众多的中间件产品中选择i c e 的理由。 第三章系统集成方案总体设计，分析跨平台的模式，总结当前常用的异构系统信息 集成方案，对电力监控系统集成进行了需求分析，论述基于中间件i c e 技术的系统集成 5 东华大学硕士学位论文异构系统信息集成数据服务的研究与实现 方案，最后阐述数据服务的封装原则。 第四章方案实施与应用研究，详细阐述本课题的实施细节，并说明测试与工程实现 同时进行的必要性，最后对基于中间件i c e 技术的电力系统一体化建设做了进一步阐述。 第五章结束语，总结了全文的研究内容、系统集成方案的技术特点和论文的创新点， 得出基于中间件i c e 的系统集成方案正确性和可行性的论断，并叙述了课题研究期间取 得的成果，最后对进一步的研究工作给予说明。 6 东华大学硕士学位论文 异构系统信息集成数据服务的研究与实现 第二章中间件技术 2 1 中间件概念 随着以网络计算为中心的应用系统规模的扩大和软硬件结构的日趋复杂和多样化， 传统软件的移植性、互操作性和重用性也都不能满足异构系统集成的要求，为此人们在 上个世纪8 0 年代中期提出了一种介于客户端和服务端的软件一中间件( m i d d l e w a r e ) 。 当时主要是用来描述管理网络连接的软件。2 0 世纪9 0 年代，网络技术的普及发展使得中 间件技术开始流行，中间件技术被用来开发分布式软件系统，今天的各种中间件主要是 在这个时期发展起来的，进入2 l 世纪之后，中间件技术已经被广泛应用到各个行业的信 息技术领域，它极大地缓解了分布式应用开发、运行、管理中的一些固有的复杂问题。 中间件技术已经成为分布式软件系统不可或缺的关键基础设施，它同操作系统、数据库 系统共同构成了基础软件体系的三大支柱。 目前对于中间件还没有统一的定义，但对于中间件的功能内涵与作用的认识已经形 成了基本的共识。传统的中间件泛指一类软件系统，是位于操作系统等系统软件与应用 软件之间的一个基础软件平台，中间件在计算机系统结构中的层次位置见图2 1 。 雕 i 丽 i 系统 _一7 中间件平台 系统软件脞系统软件 硬件平台 传输y 硬件平台 单机模式网络模式 图2 1 中间件位置图n 5 1 中间件屏蔽了操作系统、网络结构等的异构性，负责接受客户端的应用请求，对请 求做出响应处理后将请求交给后端服务器，并负责将服务器的处理结果返回给客户端。 现在广泛地认为，中间件是建立在操作系统之上、支持网络应用的有效开发、部署、运 行和管理的支撑软件。中间件以标准的a p i 和通信协议屏蔽机器、网络连接、操作系统 和程序设计语言等多方面的异构因素，为分布式应用提供一个统一的平台。这种平台将 应用业务逻辑与基础软件支撑设施相分离，实现对异构系统资源的透明一致的访问，简 化并改善分布式应用的开发、运行维护和管理。 7 东华大学硕士学位论文异构系统信息集成数据服务的研究与实现 2 2 传统中间件分类 中间件技术所包括的范围十分广泛，针对不同的应用需求涌现出多种各具特色的中 间件产品。但至今中间件还没有一个比较精确的分类定义，因此，在不同的角度或不同 的层次上，对中间件的分类也各有不同。 2 2 1 会话方式 在讨论中间件的分类前，先分析一下应用之间常用的会话方式。会话方式分为同步 方式和异步方式两种n 钔。 ( 1 ) 同步方式 客户向服务器发出请求后，等待服务方返回的结果，客户在没收到服务器的处理结 果前不做其它处理。这种方式，客户在等待服务器处理结果的同时，可以结合“超时一 概念，规定时限。在时限内，如果客户方还未收到服务方的处理结果，则本次请求失败。 同步方式可能会因为网络环境的拥塞，当客户在时限内未收到服务方的应答，就认为本 次请求失败，而重新发起请求。这可能造成恶性循环，大大降低网络上的通信效率。 ( 2 ) 异步方式 客户在等待服务器的处理结果时，可以执行其它任务。由于异步方式，一个节点向 另一个节点发出消息后，不等待应答，故一个消息发送完成后，发送方就可以去处理其 它的发送请求，这样就提高了客户的任务处理吞吐量，但由于发送方也可以发送新的消 息，因而同样会提高网络的负担。 2 2 1 传统中间件分类 根据中间件技术的工作机制可将中间件技术分为如下五类。 ( 1 ) 基于远程过程调用r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 的中间件 远程过程调用是一种广泛使用的分布式应用程序处理方法。一个应用程序使用r p c 来“远程执行一个位于不同地址空间里的过程，并且从效果上看和执行本地调用相同。 远程过程调用中间件不同程度地提供数据转换和通讯服务，从而屏蔽不同的操作系统和 网络协议。从程序员的角度出发，r p c 十分容易理解程序代码调用远端过程并将结 果返回。当使用r p c 时，只需要编写很少的网络程序代码。大部分由i d l ( i n t e r f a c ed e f i n e l a n g u a g e ) 生成。r p c 应用不仅可以调用在远方节点上的程序，甚至可以在不同操作系统 环境下运行。它使程序不必考虑网络的细节，仍可采用自己熟悉的c a l l r e t u r n 语法。 r p c 多用于应用程序之间的通信，而且采用同步方式。r p c 程序之间同步通信一般采用 r 东华大学硕士学位论文异构系统信息集成数据服务的研究与实现 r e q u e s t w a i t r e p l y 方式，因此，对小型复杂的应用不合适，因为它需要程序员考虑网 络或系统的故障、处理多个网络连接、可移植性、缓冲及流量控制和进程之间的同步等 多种问题n 订。 主要产品包括开放软件基金0 s f ( 0 p e ns o f t w a r ef o u n d a t i o n ) 的d c e ( d i s t r i b u t e d c o m p u t i n ge n v i r o 衄e n t ) 和微软的r p cf a c i l i t y 等。 ( 2 ) 基于消息的中间件( m e s s a g e 一0 r i e n t e dm i d d l e w a r e ) 基于消息的中间件m o m 提供了一个完整的处理环境，利用高效可靠的消息传递机制进 行平台无关的数据交流，并基于消息通信来进行分布式系统的集成。通过提供消息传递 和消息队列模型，可在分布环境下扩展进程间的通信，并支持多通讯协议、语言、应用 程序、硬件和软件平台。允许开发者及用户连接不同系统之间的数据和代码，或采用一 致的界面进行应用处理的互连。m o i l 提供了一个高层应用接口，为不同系统提供操作核 心。消息中间件从9 0 年代后期成为中间件的一支主要力量。m o m 一般可以分为两种形式： 消息传递( m e s s a g ep a s s i n g ) 和消息队列( m e s s a g eq u e u i n g ) ，m o m 可以克服基于r p c 的中 间件的限制，提供基于消息的异步通信机制，因此m o ma p i 调用不会阻塞应用程序，同 时m o m 不会占用大量的网络带宽，可以跟踪事务，通过将事务存储在磁盘上，可以恢复 系统及网络故障n 引。 常见的m o m 产品有：b e a 的m e s s a g e q ，i b m 的m q s e r i e s ，m i c r o s o f t 集成在w i n d o w s 平台 中的m s m q 等。国产产品有东方通的t o n g l i n k 中创软件的i n f o b u s q 和中科院软件所的 o n c em q 等。 ( 3 ) 分布式对象中间件( d i s t r i b u t e do b j e c tm i d d l e w a r e ) 随着面向对象技术与分布式计算技术的发展，二者相互结合形成了分布对象计算， 并发展为当今软件技术的主流方向。1 9 9 0 年底，对象管理集团o m g ( o b j e c tm a n 8 9 e m e n t g r o u p ) 首次推出对象管理架构o 姒( o b j e c tm a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r e ) n 9 1 ，对象请求代 理o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) 是这个模型的核心组件。基于o r b 的中间件主要采用面 向对象的技术，o r b 可以看作是与编程语言无关的面向对象的r p c 应用，它的作用在于提 供一个通信框架，透明地在异构的分布计算环境中传递对象请求。目前，o r b 存在两个 彼此竞争的标准：c o r b a0 r b 和d c o mo r b 。 c o r b a 规范包括了0 r b 的所有标准接口。相应地，s u n 公司在1 9 9 9 年底推出了j a v a 技 术相关的j 2 e e 。在j 2 e e 中s u n 公司使用r m i ( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ) 和e j b 对象实现 分布式环境下j a v a 对象的互操作四1 。而微软公司则使用c o m d c o m 组件对象模型实现对象 9 东华大学硕士学位论文异构系统信息集成数据服务的研究与实现 之间的互操作。 当使用o r b 时，i d l ( i n t e r f a c ed e f i n el a n g u a g e ) 乜1 1 用于定义对象之间的接口，它 类似于r p c 中的i d l 定义过程的接口。0 r b 特别适用于对象接口变化不频繁，不会导致代 码经常被重新编译及链接的情况。理想的要求是，一个o r b 应赋予每个对象位置透明性、 服务透明性、分布透明性和实现透明性。 “) 事务处理中间件 事务处理监控( 又译为“交易处理t pm o n i t o r ) 乜2 1 最早在2 0 世纪7 0 年代，i b m 开发 的c i c s 系统可以为应用提供数据源和事务的管理，其后的事务处理中间件发展一直致力 于为应用提供支持大规模事务处理的可靠运行环境。随着分布计算技术的发展，分布应 用系统对大规模的事务处理提出了需求，比如商业活动中大量的关键事务处理。事务处 理监控位于客户和服务器之间，进行事务管理与协调、负载平衡和失败恢复等，以提高 系统的整体性能。 客户通过t r a n s a c t i o nr p c ( t r p c ) 机制在t pm o n i t o r 中调用事务，t pm o n i t o r 运行 事务来连接数据库。并将处理结果返回客户端。t pm o n i t o r 提供一系列服务，如应用管 理、管理控制和应用之间消息传递等。常见的属性包括全局事务协调、分布式两阶段提 交、资源管理器支持、协调故障恢复、高可用性、安全性、网络负载平衡等。在t pm o n i t o r 中，事务有一个明确的起止点，如事务失败，t pm o n i t o r 可以回滚事务，不会使系统处 于不一致状态。t pm o n i t o r 同时可以复用数据库请求。因为每个客户调用事务，而不是 直接和数据库进行连接，因此t pm o n i t o r 可以协调数据库请求，如1 0 0 个客户可能只需 要1 0 个数据库连接，并且t pm o n i t o r 还可以在同一事务中读写异构数据库中的信息，并 保持异构数据库的完整性。 常见的t p 产品有：b e a 的t u x e d o 、i b m 的c i c s 和n c r 的t o p e n d 等。国内有代表性的有东 方通t o n g e a s y 和中科院软件所的o n c e t x 。 ( 5 ) 数据访问中间件( d a t aa c c e s sm i d d l e w a r e ) 数据库中间件是所有中间件中最普遍、最成熟的一种。数据库中间件允许应用程序 同本地或异地的数据库进行通信。它提供了一系列应用程序接口a p i ，通过中间层而不考 虑操作系统及网络来访问数据库。并且在很多情况下，a p i 被隐藏在开发工具之中而不 被开发者了解。 o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t ) 、j d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 都是数据库 中间件标准。通过o d b c 访问数据库的方式是绝大多数应用程序使用数据库的方式，它通 l o 东华大学硕士学位论文 异构系统信息集成数据服务的研究与实现 过使用驱动程序来提供数据库的独立性，驱动程序与具体的数据库有关，它是一个用以 支持o d b c 函数调的模块，应用程序通过调用驱动程序所支持的函数来操作数据库，若想 使应用程序操作不同类型的数据库，就要动态地链接到不同的驱动程序上。o d b c 具有良 好的数据库独立性，它可以避免应用程序对不同类型数据库使用不同的a p i ，通过o d b c 可以使数据库的更改变得非常容易，因为对应用程序来说这只需改换一下驱动程序。 j d b c 实际上就是一系列用于特定数据库的j a v a 类库，它源于0 d b c 体系结构。m i c r o s o f t 又提出了0 l ed b ( o b j e c tl i n ke m b e d d e dd a t a b a s ec o n n e c t ) 。o l ed b 提供了不同数据 源的统一的访问点。o l ed b 的目标是提供通过o l ea u t o i i l a t i o n 来访问多种数据库，或在 应用程序和数据库之间提供一个c 伽层，通过c o m 层的对象访问数据库。在数据库中间件 领域中，目前还提出了应用分割技术，即将用户的一些应用逻辑放在中间层，为客户机 减肥。这也为n c ( n e t w o r kc o m p u t e r ) 等的引入打下了基础，并增强了应用程序的处 理性能、安全性和并发性。目前，很多数据库前端开发工具都支持分割技术。但是，在 数据库中间件建模中，中间件负责数据间的同步和点到点的通信，这种方式不适应于高 性能应用处理，因为它需要大量的数据通信，同时，当网络发生故障时，系统将不能正 常工作。 2 3 中间件技术的发展现状与趋势 2 3 1 中间件技术的发展现状 随着信息化建设的深人，中间件受不同类型需求的刺激而更加丰富起来，其内涵和 外延进一步拓展，中间件技术进一步细分，产生了不同类别的中间件产品，所包含的种 类已经不是传统分类所能够覆盖的。 ( 1 ) 功能单一的中间件类型逐渐转变成中间件平台。 功能单一的中间件，如远程过程调用中间件、消息通信中间件、数据库访问中间件 和事务处理中间件，在自身发展的基础上，其包含的关键技术逐渐被集成到综合环境， 如应用服务器中，成为系统服务。例如：j a v a 环境的远程过程调用j a v a 蹦i 成为j 2 e e 应用服务器主要通信手段之一；2 0 0 1 年发布的消息通信技术规范删s 1 1 ，事务处理技 术规范j t s j t a ，都成为j 2 e e 规范的核心服务位引。 ( 2 ) 分布式对象和组件技术快速发展。 面向对象技术的进一步演化就是面向组件。基于组件封装、开发、部署分布式应用 都很有优势。所以目前各类分布式对象中间件都经历支持分布式对象向分布组件的转 1 1 东华大学硕士学位论文异构系统信息集成数据服务的研究与实现 变。例如：s u n 公司的j a v a 跚i 模型演变为e j b 模；c o r b a 在3 0 中也引入组件模型 c c m ( c o r b ac o m p o n e n tm o d e l ) 。j 2 e e e j b 和c o r b a c c m 共同的特点都是采用容器服务器 的结构，组件部署在容器内部，组件只包含与业务逻辑相关的代码，需要的系统服务如 安全、事务等通过描述符指明，由容器环境提供支持。 目前分布式对象中间件领域发展迅速。主导的标准规范包括s u n 公司的j 2 e e ，0 m