（计算机软件与理论专业论文）基于acerfid中间件的矿井定位监测系统的设计与实现.pdf

摘要 摘要 随着计算机技术与无线射频技术的飞速发展，基于远距离无线射频识别 ( r f i d ) 技术的读写器越来越多地受到各种行业的关注，并产生了许多在r f i d 基 础上的应用需求。由于r f i d 技术起步发展阶段所存在的标准不统一的局面，使得 r f i d 技术在应用的过程中存在着许多急待解决的问题。 c s 的传统架构模式大量地应用于企业管理信息系统中，是一个较好的建立系 统的方法。通过这一结构可以充分利用客户、服务器两端硬件环境的优势，将任 务合理分配到c 1i e n t 端和s e r v e r 端来实现，降低系统的通讯开销。另外，中间 件技术能够有效的实现异种数据库的互操作和数据的共享，在传统的客户n 务器 两层体系结构的服务器端中加入中间件的功能，使其扩展成可以实现对不同数据 源的访问、可以屏蔽不同硬件差异的服务器。 当前存在的r f i d 中间件一般都是在原有中间件平台上的开发，r f i d 作为其中 的可选部分，且这些中间件对不同组织的标准支持不全面。企业应用r f i d 的开销 大、部署复杂、支持不足，不适应中小企业发展的需要。而且现有的r f i d 中间件 都采用了存储转发的模式，其复杂的中间件结构使得大量数据处理的实时性受到 影响。为了解决在应用开发中的具体需求以及当前r f i d 技术所存在的局限性问题， 通过在c s 架构的基础上结合a c e 和中间件技术进行系统的设计，以建立支持不 同标准、处理高效、适应中小企业部署的系统应用。 本文的结构主要分为两个部分。第一个部分主要讨论了当前应用开发中的各 种技术的背景并对这些技术进行分析。首先，对当前应用广泛的c s 架构进行了 阐述，包括其结构划分、优缺点及发展情况等；其次，就中间件在解决异构环境 以及互操作性方面进行了介绍。包括了中间件的定义，它的特点及优势，并讨论 了一些相关的基于c s 结构的中间件的设计。最后，讨论了自适配通信环境技术 a c e ，对该技术进行了基本的介绍。第二部分则以一个具体的矿井定位监测系统为 依托，讨论了这些技术在开发中是如何与r f i d 技术结合起来建立一个完整的信息 管理系统的。首先从总体上分析了矿井定位监测系统的系统背景及其底层的信息 采集手段r f i d 。其次就具体的系统需求进行分析，并概述了当前r f i d 中间件技术 的发展状况及存在的不足，提出了a c e r f i d 中间件的概念及其设计目标。然后 根据适应这些需求的客户服务器架构技术以及a c e 技术，进行了系统架构的设计。 最后，根据架构分别就系统的服务器中间件层、客户端的具体设计与a c e 实现进 摘要 行了阐述。 在本文的结论部分，就本文的工作进行了总结，指出项目的开发达到了预期 的目标。最后就项目开发过程中存在的不足及可扩展的部分进行了讨论。 关键字：无线射频识别，自适配通信环境，客户i n 务器，中间件，设计模式 i i a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dr a d i ow a v et e c h n o l o g y , t h e t e c h n o l o g yo fr a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ( r f i d ) i sc o n c e r n e db ye v e r yw a l ko f l i f en o w a d a y s t h ec o m p a n i e sr e q u i r em o r ea p p l i c a t i o ns o l u t i o n sb a s e do ur f i d b e c a u s eo ft h ed i s u n i t yc o m p l e x i o no fs t a n d a r di nt h ed e v e l o p i n gp h a s e ，t h e r ea r el o t s o fp r o b l e m sd u r i n gt h ep r o c e s so fr f i da p p l i c a t i o n t h et r a d i t i o na r c h i t e c t u r em o d e lo fc l i e n t s e r v e ri sa p p l i e di nm a n ye n t e r p r i s e i n f o r m a t i o ns y s t e m s i ti sa l lo u t s t a n d i n gm e t h o df o rb u i l d i n gs y s t e m i tc a nt a k e a d v a n t a g eo ft h eh a r d w a r ee n v i r o n m e n to fc l i e n ta n ds e r v e rb yu s i n gt h i sa r c h i t e c t u r e i td i s t r i b u t e st a s k st oc l i e n ta n ds e r v e rr a t i o n a l l ya n dr e d u c e st h ec o m m u n i c a t i o n s p e n d i n g i na d d i t i o n a l ，m i d d l e w a r et e c h n o l o g yp r o v i d e st h em o s te f f i c i e n tm e t h o d t o i n t e r o p e r a t i n gi nh e t e r o g e n e o u sd b m se n v i r o n m e n ta n ds h a r i n gd a t ar e s o u r c e t o a c c e s st h eh e t e r o g e n e o u sd a t ar e s o u r c e sa n ds h i e l dt h ed i v e r s i t yo fh a r d w a r es e r v e r , i t e x t e n d st h ec sa r c h i t e c t u r eb ya d d i n gm i d d l e w a r ef u n c t i o ni nt h es e r v e l t h ee x i s t i n gr f i dm i d d l e w a r ei sd e v e l o p e db a s e do nt h ee x i s t i n gm i d d l e w a r e p l a t f o r ma 8ac h o i c ep a r ti nag e n e r a lw a y i na d d i t i o n a l ，t h e yd on o ts u p p o r ts t a n d a r d s o nd i f f e r e n to r g a n i z a t i o n sr o u n d l y i tr e s u l t sm o r es p e n d i n g t h ed e p l o y m e n to fr f i d m i d d l e w a r ei sc o m p l e x m o r e o v e r , t h es u p p o r ta b o u td i f f e r e n ts t a n d a r d si sn o te n o u g h a st h er e s u l t t h ee x i s t i n gr f i dm i d d l e w a r ec a n tm e e tt h en e e do fp i n t - s i z e do r m e d i u m - s i z e db u s i n e s s e se n t e r p r i s e i na d d i t i o n a l ，t h ee x i s t i n gr f i dm i d d e w a r e e m p l o y ss t o r e a n d f o r w a r dm o d e l , t h ec o m p l e xa r c h i t e c t i l r ea f f e c t st h er e a l - t i m e p r o c e s so fd a t a t or e s o l v et h ep r o b l e ma b o u tr f i dt e c h n o l o g yi nt h ea p p l i c a t i o n d e v e l o p m e n ta n db u i l da na p p l i c a t i o nw h i c hs u p p o r t sd i f f e r e n ts t a n d a r d ，t r a n s a c t s e f f i c i e n t l y , a d e p t sw e l lt op i n t - s i z e do rm e d i u m s i z e db u s i n e s s e se n t e r p r i s e w ed e s i g n t h es y s t e mb a s e do nc l i e n t s e r v e ra r c h i t e c t u r ew h i c hi si n t e g r a t e dw i t ha c ea n d m i d d l e w a r et e c h n o l o g y t h i st h e s i sc o n t a i n st w op a r t s t h ef i r s to n ed i s c u s s e st h eb a c k g r o u n do fs o m e k i n d so ft e c h n o l o g yw h i c hi su s e di na p p l i c a t i o na n dt h e na n a l y s e st h e m f i r s t l y , i t e x p a t i a t e st h eb r o a da p p l y i n gc sa r c h i t e c t u r e t h ec o n t e n tc o n t a i n si t sm o d e l ，i t s m e r i t sa n dd i s a d v a n t a g e s ，i t s d e v e l o p i n gc o n d i t i o n s e c o n d l y , i ti n t r o d u c e s t h e a b s t r a c t m i d d l e w a r e t e c h n o l o g y b a s e do ni t ss o l u t i o ni ni s o m e r o u se n v i r o n m e n ta n d i n t e r o p e r a t i o n i ta l s oa n a l y s e st h ed e f i n i t i o no fm i d d l e w a r ea n di t sm e r i t s a n d d i s a d v a n t a g e s a f t e rt h a t i tg i v e ss o m ed e s i g n sa b o u tm i d d l e w a r ew h a ta r cb a s e do i l c sa r c h i t e c t u r e t h i r d l y , t h ed i s c u s s i o no na c ed e s c r i b e sb a s ei n f o r m a t i o na b o u tt h i s t e c h n o l o g y i nt h es e c o n dp a r t ，t h et h e s i sd i s c u s s e st h ei d i o g r a p h i cs y s t e mo fl o c a t i o n a n dm o n i t o ri nc o l l i e r ya n dh o ww ec a nd e v e l o pt h i ss y s t e mb yu s i n gt h et e c h n o l o g y w h a ti sa n a l y s e di nt h ef i r s tp a r t t h eb a c k g r o u n do fw h o l es y s t e mi sd e s c r i b e df i r s t l y , a n dt h e nt h et h e s i si n t r o d u c e st h er f i dt e c h n o l o g yw h a ti sa st h ei n s t r u m e n to n i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n i nt h es e c o n ds e c t i o n ，t h ea u t h o ra n a l y s e st h er e q u i r e m e n to f s y s t e ma n dd e s c r i b e st h es h o r t c o m i n g so ft h ee x i s t i n gr f i dm i d d l e w a r et e c h n o l o g y , p u t sf o r w a r dt h ec o n c e p to fa c e - r f i dm i d d l e w a r ea n di t sd e s i g ng o a l a n dt h e nt h e a u t h o rd e s i g n st h ea r c h i t e c t u r ew h i c hi sb a s e do nc sa n da c e t h el a s ts e c t i o n c o n c r e t e l yd e s c r i b e st h ed e s i g na n di m p l e m e n to fs e r v e ra n dc l i e n tb yu s i n ga c e i nt h ec o n c l u s i o ns e c t i o n ，t h ea u t h o rs u m m a r i z e st h i st h e s i sa n dp o i n to u tt h a tt h e d e v e l o p m e n to ft h i ss y s t e ma c h i e v e st h ea n t i c i p a t i v eg o a la n dp u t sf o r w a r d st h e d i s a d v a n t a g e sa n ds o m e t h i n gw h a tc a l lb ee x t e n d e dd u r i n gt h ec o m i n gd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：r f i d ，a c e , c l i e n t s e r v e r , m i d d l e w a r e ，d e s i g np a t t e r n s i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 盔釜盖盈日期：砌番年脏月 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：亟逞塑、 导师签名： 日期：即苫年2 月j 日 第一章引言 1 ，1 应用研究背景 第一章引言 长期以来，煤矿在人们的心目中是技术水平不高、要求比较低的劳动密集型 产业，因而一直以来，其技术投入不足、装备水平差、产业技术人才匮乏、劳动 效率低。在这样高度危险的作业环境中劳动，一旦出现瓦斯( 煤尘) 爆炸、矿井 火灾等事故，将导致惨重的损失。而且在矿井错综复杂的地理结构下，当灾难发 生，也难以采取有效的救援措施。另外，在煤矿井下工作的人员，从某种意义上 讲也是危险源，一旦出现违章作业，就可能导致事故的发生。如何正确处理安全 与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行矿井安全监测职能，有 效进行矿工管理，保证抢险救灾、安全救护的高效运作显得尤为重要和紧迫。如 何改变目前矿并企业对井下入员落后的管理模式，如何实现管理的现代化、信息 化，成为所有矿井企业关心的问题。解决这些问题的办法就是最大可能实现管理 自动化、信息化。对于这样的高危行业的最大可能的管理自动化和信息化，要求 的不仅仅是对井下人员基本信息和人员进出的管理，而且还必须提供实时获取井 下人员活动状况或停留位置的定位监测手段。只有这样，才能达到安全管理的基 本标准。 随着计算机技术与无线技术的发展，基于远距离无线射频识别( r f i d ) 技术 的读写器开始在各行各业得到广泛的应用。无线射频识别技术( r f i d ) 作为本世 纪最有发展前途的信息技术之一，已得到全球业界的高度重视；中国是全球i t 产品最重要的生产加工基地和消费市场；国家金卡工程启动1 4 年来推动了各类 i c 卡的广泛应用。这些都为我国电子标签产业应用的发展提供了巨大的市场空 间、带来了难得的发展机遇。随着信息技术的广泛应用与国家信息化建设向纵深 发展，基于r f i d 技术的电子标签结合计算机技术的应用已然成为我国信息产业发 展与信息技术应用的一个新机遇，成为国民经济新的增长点。将目前发展迅速的 r f i d 技术与计算机技术相结合，能在不同的领域解决很多棘手的问题。 从技术的角度看，r f i d 以其可靠性和方便性等优势，成为矿井安全行业实现 信息化数据采集的有利手段，成为当前进行定位监测首选的信息采集工具。然而， 不与计算机技术结合起来的r f i d 技术是无法单独实现安全管理信息化的。r f i d 电子科技大学硕士学位论文 技术当前处于起步阶段而存在的规范不完善、标准不统一的局面，导致了利用 r f i d 技术产品所获得的信息无法直接应用于信息化管理；另一方面，矿井的特殊 地理分布结构以及其特殊的管理环境，根据不同的地区变化可能比较大。为了矿 井的安全，底层的网络布线情况也随着发生变化；此外，即便解决了网络的异构 和信息的获取问题，也必须通过计算机的可视化界面操作才能使管理信息获得直 观的体现。 r f i d 技术存在的标准众多、硬件有差异、信息不统一以及网络异构等问题， 可以借助开发相应的中间件产品予以解决；大型煤矿的矿井在地理上是多点的分 布，可以通过基于客户服务器架构的计算机技术来进行处理；此外，当前g i s 类软件的大量应用也给信息化管理提供了更直观的手段，可视化的目标可以通过 相应的g i s 操作界面来满足。因此，在矿井安全监测系统中引入采用无线射频技 术的井下人员定位监测系统将是一种趋势，而它包含了对r f i d 软件中间件以及客 户服务器架构的需求。 1 2 应用研究的内容及意义 该课题的主要研究内容是针对国内重点的行业领域，研究符合需求的应用模 型，开发适应的中间件应用系统，并建设r f i d 示范工程，从而带动国内整个r f i d 应用的发展。 大唐高鸿数据网络技术股份有限公司率先在国内采用r f i d ( 射频识别) 技术， 利用其精度高、适应环境能力强、抗干扰性强、操作方便快捷的特点，开发r f i d 矿井定位监测系统。这一科技成果的实现，将为矿井企业的安全生产和经营管理 带来新的契机。由于当前r f i d 技术在国内刚刚起步，各种规范相对不完善，还未 形成统一的全球化标准，市场上多种标准并存，也存在实现技术上的差异。这些 导致了信息各异，数据不统一的局面。当前r f i d 技术与计算机技术结合的应用， 必须通过r f i d 中间件为中介。而国内现有的r f i d 中间件产品通常是将r f i d 作为 已有的规模庞大的中间件的一部分，且一般只对e p c 技术标准提供支持。这使得 系统部署、维护的开销庞大，不适应中小企业的应用，在面对遵循不同标准的硬 件时也无能为力。此外，现有r f i d 中间件使用存储一转发的模式进行数据的处理， 在一定程度上对实时数据的处理造成了影响。因此，开发一个合适的行业应用系 统，从技术上需要处理的不仅仅是对信息的收集、过滤、统一集成、发送等各个 2 第一章引言 不同的阶段，还必须为不同的标准提供不同的接口，且其对实时数据的处理必须 及时。同时，要尽量做到系统开销小，运行效率高。为此，必须适应r f i d 产品的 多样性和应用的不同需求，设定一套适应相关应用的规范，同时开发出能够屏蔽 底层硬件差异，向上层提供信息统一化、集成化的中间件。此外，在中间件的基 础上，扩展开发面向煤矿矿井定位监测的客户服务器架构的应用软件系统。通过 对软件中间件及基于客户服务器的系统的开发，适应不同通信方式的选择和不同 领域的扩展应用，使系统在应用和功能上具有更宽、更广的优越性。 大唐高鸿成都r f i d 无线射频实验室研发的r f i d 矿井定位监测系统，一方面 从规范上提出了一套处理异构信息的合理化建议，为r f i d 信息采集、过滤和发送 等处理提供相关的借鉴；另一方面，从技术上为此后的类似系统的开发提供了一 个先例；此外，从现实意义上，系统有效地实现对井下人员的实时监测、跟踪， 杜绝人为误差以及各种危险情况的发生，保证原始数据采集的准确性，提高管理 水平、减少经济损失。成为企业信息化管理的重要组成部分。 1 3 项目来源与主要工作 本项目来源于大唐高鸿数据网络技术股份有限公司承担的国家科技部8 6 3 计 划“电子标签( r f i d ) 产品及应用”项目，软件开发方为大唐高鸿成都r f i d 无线 射频实验室，直接服务对象是大唐高鸿成都研发中心，最终用户是各地的煤矿安 全管理用户。 从2 0 0 6 年2 月进入该应用研究项目开始，作者以“基于中间件的定位监测系 统”为题，开始进行硕士论文准备工作。在导师的悉心指导下，确定了课题研究 的主要内容，在一年的时间里，作者完成了以下工作： 阅读并分析了大量有关a c e 及中间件技术的资料及相关学术论文，对中间件 技术的概念、特点进行详细的研究和分析，研究在特定行业中客户服务器模式的 应用： 在项目的研发过程中，作者作为主要研发人员参加、完成： 1 参与系统的总体设计，包括关于系统的前期需求分析、系统定位的讨论； 系统模型的设计，系统框架的设计，系统体系构成的设计； 2 和同事合作完成服务器中间件层的a c e 实现； 3 和同事合作完成系统应用端数据库的设计和实现； 3 电子科技大学硕士学位论文 4 和同事合作完成上层客户端应用软件的设计和部分实现； 5 进行相关的测试工作。 1 4 本文的章节安排 第一章是引言部分，主要介绍了应用研究的背景、应用研究的内容及意义、 项目的来源与主要工作。 第二章对客户服务器模式架构基本概念进行了相关的阐述，然后给出了中间 件的定义、分类及几个典型的基于c s 模式的中间件，最后讨论了自适应的面向 对象中间件技术a c e 。 第三章首先介绍了应用于矿井行业的定位监测系统的背景以及r f i d 技术在 其中的影响，然后讨论了当前获得迅速发展的r f i d 技术的相关内容，提出解决 r f i d 与应用连接问题的中介a c e r f i d 中间件，最后讨论了该定位监测系统的 需求并给出对系统的整体架构设计。 第四章则从系统的角度，首先提出了作为客户服务器架构一部分的服务器 中间件层需要解决的主要问题，进而给出了解决方法及设计方案，最后详细讨论 了a c e 技术在其中的应用。其中包括了基于a c e 技术的具体实现方式以及服务器 中各部分的调用关系等。 第五章从应用的角度，介绍了作为客户服务器架构的客户端的设计以及实 现，其中包括了对g i s 系统的相关介绍。 最后，结论部分对本文进行了总结。指出基于白适应中间件的定位监测系统 的意义，并讨论了系统改进的方向。 4 第二章a c e 与客户服务器( c s ) 架构技术 第二章a g e 与客户f j 展务( c s ) 架构技术 2 1 客户1 j r 务器( o s ) 计算模式 2 1 1 客户服务器架构 c s ( c i i e n t s e r v e r ) 结构，即大家熟知的客户机和服务器结构，自八十年 代出现以来已经风靡全球。客户服务器模式是目前普遍采用的一种技术，也是 i n t e r n e t 所采用的最重要的技术之一。它是软件系统体系结构，通过它可以充分 利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到c l i e n t 端和s e r v e r 端来实现，降 低了系统的通讯开销。 在物理上，c s 是一个分布的逻辑整体，它由客户机、服务器和连接支持部 件三部分组成。其中，客户机面向终端用户，它是一项服务的消费者，可以向其 他应用程序提出请求，然后再向用户传递所得信息。服务器是服务的提供者，它 包含并管理数据库和通讯设备，为客户提供所需服务。连接支持部件用来连接客 户机与服务器，如网络连接、网络协议、应用接口等。 客户服务器处理模式是p cl a n 、文件服务器处理模式的自然扩展，随着需 要扩充其容量，而且，其数据处理能力也需要提高，而p c 工作站更侧重于与客 户的交互作用。通常，共享文件服务和打印服务仅仅是一个典型应用中可共享的 一部分，在c s 应用中，其他一些可共享的部分也被分布到服务器上，以接收来 自不同客户机的用户的相同要求。c s 中的应用处理在客户和服务器间划分( 可 不均等的) ，应用由客户和服务器联合起来合作完成。“埘脚 2 1 2 客户i b i 务器的结构划分 在客户服务器计算环境中，应用部件和数据分布在网络上，网络节点可被划 分为客户( 请求服务者) 和服务器( 服务提供者) 。基本的c s 应用结构主要由分 别处于客户端和服务器端的四个部分组成：用户界面、表现逻辑、事务逻辑和数 据访问。 5 电子科技大学硕士学位论文 用表实数 户现 现据 界逻逻访 面辑辑问 客户端服务器端 图2 - 1 客户服务器应用结构 1 客户端：客户端基本包括了用户界面和表现逻辑两部分。用户界面主要完 成应用的前端处理，处理末端用户的交互作用，完成屏幕格式显示，输入输出、 窗口管理、键盘、鼠标处理、报表生成、文字处理等工作；表现逻辑则向各种应 用提供一个统一的数据访问接口。 2 服务器端：服务器端基本包括实现逻辑和数据源。事务逻辑部分主要完成 数据的安全性、完整性以及事务的完整性等管理工作，它可以跨越多个服务器协 同工作；数据访问：服务器除了负责对数据库的管理工作之外，还负责完成所有 客户对服务器上数据的访问请求。服务器节点通常用来存放d b m s ，完成事务逻辑 和数据访问，它强调高效的完成服务器功能。数据库服务器应该具有显著的处理 能力、大容量高速磁盘存储及同时运行多个应用( 客户) 的能力，它还应具有文件 共享、打印机共享、数据库访问( 由d b m s 提供完整性和一致性、规则、锁定等) 、 通信服务、传真服务等功能。“1 2 1 3 客户n 务器架构的优缺点 c s 架构具有如下的优点与缺点： 1 应用服务器运行数据负荷较轻。 最简单的c s 体系结构的数据库应用由两部分组成，即客户应用程序和数据 库服务器程序。二者也可分别称为前台程序与后台程序。运行数据库服务器程序 的机器，也称为应用服务器。一旦服务器程序被启动，就随时等待响应客户程序 发来的请求；客户应用程序运行在用户自己的电脑上，对应于数据库服务器，可 称为客户端。当客户端需要对数据库中的数据进行相关的操作时，客户程序就自 动地寻找服务器程序，并向其发出请求，服务器程序根据预定的规则做出应答， 然后返回相应的结果。应用服务器运行数据负荷较轻。 6 第二章a c e 与客户服务器( c s ) 架构技术 2 数据的储存管理功能较为透明。 在数据库应用中，数据的储存管理功能，是由服务器程序和客户应用程序分 别独立进行的。前台应用只关心其需要得到的结果，并且通过相应的接口请求服 务器端的服务，而不必关心和了解运行在服务器端的后台程序是如何处理请求并 提供服务的。对于工作在前台程序上的最终用户，后台程序是“透明”的，他们 无须过问( 通常也无法干涉) 背后的过程，就可以完成自己的一切工作。在客户 服务器架构的应用中，前台程序不是非常“瘦小”，麻烦的事情都交给了服务器 和网络。在c s 体系的下，数据库不能真正成为公共、专业化的仓库，它受到独 立的专门管理。 3 c s 架构的劣势是高昂的维护成本。 首先，采用c s 架构，要选择适当的数据库平台来实现数据库数据的真正“统 一”，使分布于两地的数据同步完全交由数据库系统去管理，但逻辑上两地的操 作者要直接访问同一个数据库才能有效实现，有这样一些问题，如果需要建立“实 时”的数据同步，就必须在两地间建立实时的通讯连接，保持两地的数据库服务 器在线运行，网络管理工作人员既要对服务器维护管理，又要对客户端维护和管 理，这需要高昂的投资和复杂的技术支持，维护成本很高，维护任务量大。 其次，传统的c s 结构的软件需要针对不同的操作系统开发不同版本的软件， 由于产品的更新换代很快，开发代价较高。 2 1 4 客户n 务器架构的发展 随着应用需求的提高，客户服务器架构也在不断的变化发展中： 1 中间件 在客户服务器体系结构中，将一个简单的两层c s 结构扩展为客户中间件 服务器三层体系结构。由于多个异种数据库系统之间缺乏可操作性，如果客户端 是在不同的操作系统上，仅是c s 结构的软件需要开发不同版本的客户端软件。 c s 结构可以建立在中间件产品基础之上的，它要求应用开发者自己去处理事务 管理、消息队列、数据的复制和同步、通信安全等系统级的问题。这对应用开发 者提出了较高的要求，而且迫使应用开发者投入很多精力来解决应用程序以外的 问题。这使得应用程序的维护、移植和互操作变得复杂。因此，加入一个软件中 间件层实现对不同数据源的访问，能有效的解决异种数据库系统互操作、可伸缩 性等问题。 7 电子科技大学硕士学位论文 2 面向对象 面向对象c s 技术具有更强、更自然的建模能力，它能够有效的支持存储和 管理具有复杂数据结构的信息，而且具有对数据和操作进行一致的管理等多方面 的优点，成为数据库技术发展的一个重要方向。 3 v l d b ( v e r yl a r g ed a t a b a s e ，极大规模数据库) 处理更高性能的商业运算 随着信息化社会的发展，处理更大量的数据和处理图形、图像、视频、声音 等多媒体信息的要求越来越强烈，数据库应该具有更强的处理能力，m p p 、s m p 并 行数据库是解决问题的办法之一。 2 2 中间件概念 2 2 1 中间件的定义 中间件( m i d d l e w a r e ) 这一技术名词在国外出现是在2 0 世纪9 0 年代初，当 时用来指一种软件，把它放在系统软件( 操作系统和网络软件) 与应用软件之间。 有了这层处于中间的软件，就能使远距离相隔的应用软件可协同工作，在应用层 实现分布式处理。 在众多关于中间件的定义中，比较普遍被接受的是i d c 的表述：中间件是一 种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间 共享资源，中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信。 i d c 对中间件的定义表明，中间件是一类软件，而非一种软件：中间件不仅 仅实现互连，还要实现应用之间的互操作；中间件是基于分布式处理的软件，最 突出的特点是其网络通信功能。下面是关于中间件的图形表示： 8 第二章a c e 与客户n 务器( c s ) 架构技术 图2 - 2 中间件的图形表示 2 2 2 中间件的特点及优势 通常意义下，中问件应具有以下的一些特点：满足大量应用的需要；运行于 多种硬件和操作系统平台；支持分布式计算，提供跨网络、硬件和o s 平台的透明 的应用或服务的交互功能；支持标准的协议；支持标准的接口等。 程序员通过调用中间件提供的大量a p i ，可以实现异构环境下的通讯，从而 屏蔽异构系统中复杂的操作系统和网络协议。 中间件提供客户机与服务器之间的连接服务，这些服务具有标准的程序接口 和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范的多 种实现。 由于标准接口对于可移植性和标准协议对于互操作性的重要性，中间件已成 为许多标准化工作的主要部分。对于应用软件开发，中间件远比操作系统和网络 服务更为重要，中间件提供的程序接口定义了一个相对稳定的高层应用环境，不 管底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代，只要将中间件升级更新，并保持 中间件对外的接口定义不变，应用软件几乎不需任何修改，从而保护了企业在应 用软件开发和维护中的重大投资。 中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助中间件在不 9 电子科技大学硕士学位论文 同的技术之间共享资源。中间件软件管理着客户端程序和数据库或者应用软件之 间的通讯。 中间件在分布式的客户和服务之间扮演着承上启下的角色，如事务管理、负 载均衡以及基于w e b 的计算等。 利用中间件提供的这些技术有助于减轻应用软件开发者的负担，使他们可以 利用现有的硬件设备、操作系统、网络、数据库管理系统以及对象模型在创建分 布式应用软件时更加得心应手。中间件能够保护企业的投资，保证应用软件的相 对稳定，实现应用软件的功能扩展；同时中间件产品在很大程度上简化了一个由 不同硬件构成的分布式处理环境的复杂性。 世界著名的咨询机构t h es t a n d i s h g r o u p 在一份研究报告中归纳了中间件的 几个大的优越性包括：m 1 应用开发：t h es t a n d i s hg r o u p 分析了1 0 0 个关键应用系统中的业务逻辑 程序、应用逻辑程序及基础程序所占的比例；业务逻辑程序和应用逻辑程序仅占 总程序量的3 0 ，而基础程序占了7 0 ，使用传统意义上的中间件一项就可以节省 2 5 6 0 的应用开发费用。如果以新一代的中间件系列产品来组合应用，同时配合 以可复用的商务对象构件，则应用开发费用可节省至8 0 ； 2 系统运行：没有使用中间件的应用系统，其初期的资金及运行费用的投入 要比同规模的使用中间件的应用系统多一倍； 3 开发周期：基础软件的开发是一件耗时的工作，若使用标准商业中间件则 可缩短开发周期5 0 7 5 ； 4 减少项目开发风险：研究表明，没有使用标准商业中间件的关键应用系统 开发项目的失败率高于9 0 。企业自己开发内置的基础( 中间件) 软件是得不偿 失的，项目总的开支至少要翻一倍，甚至会十几倍； 5 合理运用资金：借助标准的商业中间件，企业可以很容易地在现有或遗留 系统之上或之外增加新的功能模块，并将它们与原有系统无缝集成。依靠标准的 中间件，可以将老的系统改头换面成新潮的i n t e r n e t i n t r a n e t 应用系统； 6 应用集合：依靠标准的中间件可以将现有的应用、新的应用和购买的商务 构件融合在一起进行应用集合； 7 增加产品吸引力：不同的商业中间件提供不同的功能模型，合理使用，可 以让你的应用更容易增添新的表现形式与新的服务项目。从另一个角度看，可靠 的商业中间件也使得企业的应用系统更完善，更出众。 具体地说，中间件屏蔽了低层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一个 1 0 第二章a c e 与客户l l l l 务器( c s ) 架构技术 简单而统一的开发环境，减少程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的业务上， 不必再为程序在不同系统软件上的移植而重复工作，从而大大减少了技术上的负 担。 中间件带给应用系统的不只是开发的简单、开发周期的缩短，也减少了系统 的维护、运行和管理的工作量，还减少了计算机总体费用的投入。t h es t a n d i s h g r o u p 的调查报告显示，由于采用了中间件技术，应用系统的总建设费用可以减 少5 0 左右。在网络经济大发展、电子商务大发展的今天，从中间件获得利益的 不只是i t 厂商，i t 用户同样是赢家，并且是更有把握的赢家。 中间件作为新层次的基础软件，其重要作用是将不同时期、在不同操作系统 上开发应用软件集成起来，彼此像一个天衣无缝的整体协调工作，这是操作系统、 数据库管理系统本身做不了的。中间件的这一作用，在技术不断发展之后，使以 往在应用软件上的劳动成果仍然物有所用，节约了大量的人力、财力投入。 2 2 3 中间件的分类 中间件的产品种类很多，根据中间件在系统中所起的作用和采用的技术不同， 大致划分为以下五种：旧 1 数据库中间件( d m ，d a t a b a s em i d d l e w a r e ) 数据库中间件在所有的中间件中是应用最广泛、技术最成熟的一种。最典型 的例子就是o d b c ，o d b c 是基于数据库的中间件标准，它允许应用程序和本地或者 异地的数据库进行通信，并提供一系列的隐藏在开发工具中的应用程序接口a p i ， 它们不被程序员直接使用。在编写数据库程序的时候，只要在0 d b c 中添加一个数 据源，然后就可以直接在自己的应用程序中使用这个数据源，而不用关系目标数 据库的实现原理、机制，甚至无须了解o d b c 向应用程序提供了哪些应用程序接口 a p i 。 在数据库中间件处理模型中，数据库是信息存贮的核心单元，中间件完成通 信的功能，这种方式虽然是灵活的，但是并不适合于一些要求高性能处理的场合， 因为它需要大量的数据通信，当网络发生故障时，系统将不能正常工作。即系统 的灵活性提高是以处理性能的降低为代价的。 2 远程过程调用中间件( r p c ，r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 远程过程调用是另一种形式的中间件，它在客户服务器计算方面，比数据库 中间件又有所进步。远程过程调用已经存在了相当长时间，并且沿用大多数程序 1 1 电子科技大学硕士学位论文 员非常熟悉的编程模式一程序员就像调用本地过程一样在程序中调用远程过程。 启动远程过程的运行，然后将运行结果返回给本地程序。远程过程调用还可以将 程序的控制传递到远端的服务器当中去。 r p c 的灵活特性使得它可以应用在更复杂的客户服务器计算环境中。其灵活 性体现在它的跨平台性上面，它不仅可以调用远端的子程序，而且这种调用是可 以跨不同操作系统平台的，程序员在编程时不需要考虑这些细节。一般用于应用 程序之间的通信，而且采用的是同步通信方式，因此对于比较小型的简单应用还 是比较适合的，因为这些应用通常不要求异步通信方式。但是对于一些大型的应 用，因为此时程序员需要考虑网络或者系统故障，处理并发操作、缓冲、流量控 制以及进程同步等一系列复杂问题，这种方式就不是很适合了。 3 面向消息中间件( m o m ，m e s s a g eo r i e n t e dm i d d l e w a r e ) 消息中间件的优点在于能够在客户和服务器之间提供同步和异步的连接，并 且在任何时刻都可以将消息进行传送或者存储转发，这也是它比远程过程调用更 进一步的原因。另外消息中间件不会占用大量的网络带宽，可以跟踪事务，通过 将事务存储到磁盘上实现网络故障时系统的恢复。消息中间件根据要交换的消息 在应用之间建立连接，它允许各应用程序运行于不同的结点机，允许不必标准化 消息格式。它保证把消息不重复地传送到目的地。消息中间件适用于需要在多个 进程之间进行可靠的数据传送的分布式环境。 和远程过程调用相比，消息中间件的不足是不支持程序控制的传递。 4 基于对象请求代理( o r b ，o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) 的中间件 对象请求代理可以看作和编程语言无关的面向对象的r p c 应用，被视为从面 向对象过渡到分布式计算的强大推动力量。从管理和封装模式上看，对象请求代 理和远程过程调用有些类似，不过对象请求代理可以包含比远程过程调用和消息 中间件更复杂的信息，并且可以适用于非结构化的或者非关系型的数据。 目前有两种对象请求代理的标准，分别是c o r b a 和d c o m ，这两种标准是相互 竞争的，而且两者之