（计算机应用技术专业论文）信息共享平台路由系统研究开发.pdf

摘要 论文题目：信息共享平台路由系统研究开发 学科专业：计算机应用技术 研究生：任敏敏 指导教师：张琮教授 摘要 签名：二i 丝签名：l 垄继 签名：盟 随着国内信息化建设的发展，越来越多的信息管理系统投入运行。如何解决日益突出 的信息孤岛问题，实现数据交换与共享，已经成为研究热点之一。作者围绕信息共享平台 建立的核心问题之一：消息路由进行了深入研究，并开发了相应的软件系统。 作者学习研究了信息共享平台的组成、体系结构与实现技术，针对其实际部署特点， 探索了“树状 与“星状”相结合的网络拓扑结构；定义并分类了可在平台上传输的数据 内容；探索了信息共享平台支持的两种数据传输模式，以及不同数据传输模式下的路由策 略，包括请求应答模式下路由策略、基于内容发布订阅模式的路由策略；以及数据交换 内容的格式化问题。 在理论学习与探索的基础上，作者在w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 环境下开发实现了信息 共享平台路由系统。该系统分为平台服务器端与应用服务器端两部分，可实现平台服务、 消息路由、消息队列、调度管理、配置与存储等功能。本系统原型已在某政府部门内部数 据交换系统中初步使用。 本论文论述了作者的上述研究开发工作，重点介绍了信息共享平台服务器端与应用服 务器端的系统分析、设计与实现过程，并给出了部分系统实现算法与代码。 关键词：信息共享平台；消息；数据传输；请求应答；发布订阅 a b s t r a c t 一一 t i t l e ：r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tf o r r o u t i n gs y s t e mo n i n f o r m a t i o ns h a r i n gp l a t f o r m m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o n st e c h n o l o g y n a m e ：m i n m i nr e n s u p e r v i s o r ：p r o f j i n gz h a n g a b s t r a c t s i g n a t u r e ： 八认h 矗几q e 八 a st h e d e v e l o p m e n t o fd o m e s t i ci n f o r m a t i z a t i o nc o n s t r u c t i o n ，m o r ea n dm o r e m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m sa r ep u ti n t oo p e r a t i o n h o wt o s o l v et h ep r o b l e mo f i n f o r m a t i o ni s o l a t e di s l a n dt oi m p l e m e n td a t ae x c h a n g ea n ds h a r i n gh a sb e c o m eo n eo ft h e i m p o r t a n tr e s e a r c ha r e a s t h ea u t h o rm a d e al o to fr e s e a r c ho nm e s s a g er o u t i n gw h i c hi so n eo f t h ek e yp r o b l e m si nb u i l d i n gi n f o r m a t i o ns h a r i n gp l a t f o r m ( i s p ) a n di m p l e m e n t e dt h er e l e v a n t s o f t w a r es y s t e m a f t e rs t u d y i n gt h ec o m p o n e n t ，a r c h i t e c h u r ea n di m p l e m e n t a t i o no fi s p , t h ea u t h o r ， a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ld e p l o yf e a t u r e ，p a y sm u c ha t t e n t i o nt ot h en e t w o r kt o p o l o g y b o t ho ns t a r a n dt r e en e t w o r k ，t h u sd e f i n e sa n dc l a s s i f i e st h ed a t ac o n t e n tt r a n s f e r e do nt h ei s eb e s i d e s ，t h e a u t h o rs e a r c h e di n t ot w od a t at r a n s f e rm o d e ss u p p o r t e db yt h ei s pa n dr o u t i n gs t r a t e g i e sb a s e o nd i f f e r e n td a t at r a n s f e rm o d e s ，w h i c hi n c l u d er e q u e s t - r e s p o n s em o d ea n dc o n t e n t - b a s e d p u b l i s h s u b s c r i b em o d e f i n a l l y , t h ef o r m a t i o no fd a t ai n t e r c h a n g ei s a l s od i s c u s s e di nt h e p a p e r o nt h eb a s i so ft h er e s e a r c ha n ds t u d y , i n f o r m a t i o ns h a r i n gp l a t f o r mh a sb e e n i m p l e m e n t e di nw i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 t h i ss y s t e mi s d i v i d e di n t ot w op a r t s ，t h ep l a t f o r m s e r v e r - s i d ea n da p p l i c a t i o n - s i d e ，w h i c hi m p l e m e n t sp l a t f o r ms e r v i c e ，m e s s a g er o u t i n g ， m e s s a g eq u e u e s ，d i s p a t c h i n gm a n a g e m e n ta n dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t t h es y s t e m p r o t o t y p ew h i c hi s i n t r o d u c e di nt h i sp a p e rh a sb e e np u ti n t oo p e r a t i o ni n i t i a l l yi nd a t a e x c h a n g es y s t e mo fag o v e r n m e n ti n t e r i o rd e p a r t m e n t a 1 1t h ew o r kd i s c u s s e da b o v ei s p r e s e n t e di n t h i sp a p e r t h ea n a l y s i s ，d e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no fi s ps e r v e r - s i d ea n da p p l i c a t i o n s i d ea r ee m p h a s i z e d a l s o ，s o m ea l g o r i t h m s a n dc o d e so ft h es y s t e mi m p l e m e n t a t i o na r ep r e s e n t e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：i n f o r m a t i o ns h a r i n gp l a t f o r m ：m e s s a g er o u t i n g ；d a t a t r a n s m i s s i o n ： r e q u e s t - r e s p o n s e ；p u b l i s h - - s u b s c r i b e 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：i 本人所呈交的学位论文是我 个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果t 二尽我所知除特别加以标注和致谢 的地方外f 论文中不包含其他入的研究成果l i 与我一同工作的同志对本文所研究的工 作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢- 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：i 兰邀如8 年4 月，日 学位论文使用授权声明 本人：【主叁丝在导师的指导下创作完成毕业论文l 本人已通过论文的答辩， 并已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，1 同意 授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权j 即；1 ；) 已获学位的研究生按学校规定 提交印刷版和电子版学位论文f 学校可以采用影印i 。1 缩印或其他复制手段保存研究生 上交的学位论文。i 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；2 ) 。为 教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、i 资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读。测览 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后卜适用本授权说明 论文作者签名事参：泌导师签名f ：i 笙窭蠡咕，互。乎年力月、心百 概论 1 概论 1 1 课题背景与相关概念 1 1 1 信息共享平台概念 随着国内信息化建设的深入，越来越多的企业和政府开始进入到深层应用阶段。但是 在企业内部，企业和企业之间交换的数据可能由不同的应用产生，具有不同的格式，如何 传输和处理这些不同格式的数据，实现商务流程的自动化，是实施政府部门和企业数据集 成过程中急需解决的关键技术问题之一。本文讨论的信息共享平台( i n f o r m a t i o ns h a r i n g p l a t f o r m ，i s p ) 正是为了解决上述问题而开发的。i s p 是一种用于数据交换的信息共享平 台，为企业或政府机构多个部门不同业务系统之间的数据整合提供了数据交换与传递的软 件环境与工具。 数据交换( e l e c t r o n i cd a t ai n t e r c h a n g e ，e d i ) 是实现信息共享平台的核心技术之一。 它根据事先达成的协议，按照一定标准对信息进行格式化处理，并把这些格式化的数据， 通过计算机网络在其计算机系统之间进行交换和自动处理。作为计算机通信技术的一部 分，e d i 广泛应用于制造业、运输业、零售业以及卫生保健和政府部门掣。 1 1 2 消息中间件概念 消息中间件( m e s s a g e o r i e n t e dm i d d l e w a r e ，m o m ) 是一种特殊的中间件，是信息共 享平台的核心组成部分之一。它利用高效可靠的消息传递机制进行平台无关的数据交换， 基于数据通信来进行分布式系统的集成。通过消息中间件可使信息共享平台具有良好的可 扩展性和可维护性，把多个异构的企业应用结合在一起成为一个协同工作的有机整体，真 正实现企业的分布式应用【2 1 。 利用消息中间件，应用程序通过一系列消息在彼此间进行通信，当消息在发送方和接 收方之间进行传送时，m o m 提供方将消息限定在控制域内，这个控制域叫做队列。队列 防止消息在传输过程中被丢失，并在消息准备好时为接收方提供一个寻找消息的地方。应 用程序通过向预定接收方相关的队列发送消息来产生请求。 消息中间件在t c p i p 网络体系结构中处于应用层，建立在各种网络应用之下，为网 络应用提供服判3 1 。 西安j e e r _ 大学硕士学位论丈 1 1 3 消息队列路由概念 消息队列是进程问进行可靠性通信的最直接手段，在消息中间件中被广泛采用。队列 通常基于内存或者硬盘，实际是计算机上已命名且排序的持久存储消息库。在消息队列通 信模式下，消息处理的基本思想很简单：当某应用a 准备向应用b 发送一个请求时，a 先通过设置消息头部的各项属性并把参数信息打包到一个有效负载来创建和准备一个消 息m ，这个有效负载也称为消息体( m e s s a g eb o d y ) ；然后a 把这条消息m 提交给本地 的队列，消息会在队列中安全存储，在提交完成后，a 就可返回去做其他工作，而不必关 心消息的具体传递。队列管理器将代表应用程序对消息实施存储转发工作，并把消息发送 给b 对应的队列，然后b 就可从它的队列中提取消息。b 在读消息时就将它从队列中清 除，所以一个消息只处理一次。整个通信过程中，a 和b 之间无直接的连接，双方能按 照不同的速度独立运行，而且a 并不强制要求b 一定可用。利用队列可实现异步、可靠 的消息通信，也易于使用、实现和理解【4 】。 1 2 国内外研究现状 1 l 国外现状 信息共享平台路由系统实际上是一种消息中间件。早在8 0 年代国外就提出了中间件 的概念，但当时并没有广泛的应用基础。自九十年代中期，消息中间件逐渐应用在大型企 业中，并迅速发展，从简单的消息存储转发到发布订阅，再到企业业务规则的参与，逐 渐走向成熟。具有代表性的消息中间件主要有：m m 的m q s e r i e s ，m i c r o s o f t 的m s m q 。 i b m m q s e r i e s i b m 的m q s e r i e s 产品，以消息队列方式为分布式环境下实现程序之间的通信提供 了灵活、快速并且易于使用的解决方案。这种消息交换与硬件、操作系统无关，并能保证 数据既不会丢失又不会被复制。它以消息处理和消息排队的通信模式，为系统集成提供了 快速、可靠和一致的系统内信息访问能力。基于通信中间件m q s e r i e s 开发七号信令检测 系统，能够保证信息联通的可靠性和安全性，同时也缩短了开发时间，为企业赢得市场【5 】。 虽然m q s e r i e s 市场占有率高，性能稳定，但是价格昂贵，在我国一般公司、企业等 单位的使用受到一定的限制【6 j 。 m i c r o s o f tm s m q 微软的消息中间件m s m q 可以在应用之间实现推送式的商务传输环境，即使在可靠 性不高的网络上也能建立可靠的应用，具有易用、应用高度集成的特点。 m s m q 可提供全面的消息队列功能，如可靠的消息传送、基于开销的消息路由以及 对事务处理的完全支持。通过m s m q m qs e r i e s 桥，m s m q 可提供与m qs e r i e s 紧密的互 操作性，还可通过l e v e l 8 系统产品提供与其他队列产品的连接。 2 概论 m s m q 的不足是性能低且稳定性不矧7 1 。 2 1 国内现状 国内中间件的起步时间并不比国外晚很多，但是由于国内市场需求的相对狭窄以及国 外中间件对国内市场的冲击，使得国产中间件应用不够广泛，发展较为缓慢【8 】。 典型的国产消息中间件产品是t o n g l i n k q 。这是东方通科技公司开发的面向分布式应 用的消息传送中间件，它为网络环境下应用系统的开发和运行提供了灵活和易用的平台支 持。t o n g l i n k q 提供实时传输、可靠传输、加密传输等多种通讯方式。在分布式联机事务 处理环境中，它担当通讯资源管理器的角色，为分布式应用提供实时、高效、可靠，跨越 不同操作系统、不同网络的消息传送服务。在要求可靠传输的系统中，还可利用t o n g l i n k q 作为一个通讯平台，用它提供的可靠传输功能来传递消息和文件，并提供其他辅助功能， 以方便系统的开发及使用【9 】。 t o n g l i n k q 的不足：配置比较繁琐，在实际使用中调试困难，因文档并不充足导致出 现问题很难迅速找到解决办法，实际表现不是很令人满意。 1 3 课题意义 消息中间件的定位、功能及稳定性非常出色，在需要数据可靠传输的系统中牢牢占据 一席之地。同时，在各行业的单一应用系统建立起来以后，应用整合已成为新一轮应用系 统建设的热点，其中消息中间件扮演了重要的角色。 根据g a r t n e r 的报告，在各种应用整合的技术中，基于集成代理套件( 专用e a i 软件) 的应用整合技术将成为最主流的技术，而集成代理套件的应用通常都离不开消息中间件 【s 】。根据赛迪顾问的预测，未来5 年里，中国中间件软件市场将以1 6 4 的年均复合增长 率增长，到2 0 1 2 年市场规模将达到2 7 4 亿元；同时，随着政府电子政务、教育信息化以 及其它传统行业信息化建设步伐的加快，传统行业对于中间件软件的需求将以3 2 以上 的增长率快速增长，传统行业在中间件市场中的份额将日趋增加【l o i l 】。 本课题研究开发的信息共享平台路由系统就是一种消息中间件。它对于实现异构数据 集成、共享与交流，解决数据孤岛问题，具有很好的实际意义，也有一定的学术意义。 1 4 研究内容与工作 本课题研究开发过程中，作者分析了信息共享平台的消息传输需求，探讨了数据可靠 传输方法，对在i s p 中传输的消息进行了定义及分类。重点研究了i s p 的组成及体系结构， 以及平台支持的两种数据通信模式。在理论研究的基础上，作者根据i s p 的组成与体系结 构，初步实现了一个消息路由系统，其关键组件包括平台管理、平台监控、应用程序代理 及应用节点管理等。 西安理工大学硕士学位论文 1 5 论文结构 本章主要介绍了课题研究的理论背景，包括对信息共享平台的来源、作用，消息队列 中问件的简介、在数据交换中的重要地位及其路由策略，并对消息中间件的国内外研究现 状做了概述。最后将作者关于本课题的理论研究内容和己开发的软件做了大致介绍。 第二章详细介绍了i s p 平台的组成结构及其相关概念，定义了在此平台中传递的消 息，并对消息进行了分类；接着详细阐述消息的通信模式，以及对不同通信模式采用的具 体路由策略；最后对此平台数据交换时采用的格式提取进行了简单介绍。 第三章介绍了i s p 平台路由系统服务端开发的分析与实现，主要包括用例图与角色分 析，类图的提取及类的设计，包图的形成。讨论了平台服务端的详细设计，介绍了一些典 型类的算法以及数据库的设计与实现。 第四章介绍了i s p 路由系统应用服务端开发的分析与实现。 第五章叙述了i s p 路由系统的应用，在此章节中介绍了i s p 路由子系统的运行环境， 包含硬件环境与软件环境；简述了应用的操作步骤，给出了一些运行界面。 最后是对全文工作的总结，指明了此系统的优点及不足，并对进一步的研究工作提出 了展望。 4 信息共享平台关键技术 2 信息共享平台关键技术 2 1 i s p 体系结构 2 1 1i s p 网络结构 基于数据交换的信息共享平台( i s p ) ，提供了一整套规范、高效和可靠的数据交换机 制，解决数据汇总、分拄、更新、一致性等数据交换问题。政府或企业各业务部门可使用 此i s p 进行各应用系统的数据交换，实现数据整合。 i s p 主要由两部分组成：路由系统平台服务器( i s p s e r v e r ) 和路由系统应用服务器 ( a g e n t ) 。i s p s e r v e r 是数据的“集散地”；而a g e n t 则是应用系统接八i s p 的个性化适配 器。其中各i s p s e r v e r 可以互联，但由于物理节点的权限不同，因而具有上下级的属性， 具有“树状”网络拓扑结构特点；各区域内部，应用系统通过代理与i s p s e r v e r 连接，同 级的i s p s e r v e r 之间可进行数据传输，但各a g e n t 之间不能直接联系，只能通过i s p s e r v e r 进行数据的交换与传输，具有“星状”网络拓扑的特点。 因此，综合考虑，将此i s p 的网络拓扑结构确定为树状与星状相结台的混合网络拓扑 结构( 如图2 - 1 所示) ，以便于实现系统的分层分级控制，增强了系统的可扩展性。下面 对图2 - 1 中的主要组成部分及消息进行介绍。 囝2 - 1 i s p 系统网络图 f i 9 2 1t h e n e t w o r k a r c h i t e e t u r o o f i s p s y s t e m z o n e f 区域) ：是信息共享平台的基本组成部分，通常根据一个物理边界柬定义。一个 区域通过一台i s p s e r v c r 将一个或多个应用系统联接起来，各个系统利用应用服务器作为 系统与i s p s e r v e r 的接1 3 ，应用服务器之间并不直接通信，而是通过i s p s e r v e r 问接通信。 一蘸 西安理工大学硕士学位论丈 i s p s e r v e r 是所有应川服务器的集成点。 i s p s e r v e r ：是路山系统的平台服务器，是信息流控制中心，主要作用是传递组件间 的消息及保存订阅路由表。这些组件可以是本区域的a g e n t ，也可是另个区域的 i s p s e r v e r 。 a g e n t ：是路由系统应用服务器，主要作用是把由应用程序产生，且已绑定成信息交 换平台可接受消息格式的数据，发送给路由系统平台服务器：或者是从路由系统平台服务 器上接收消息，然后传给应用系统。 r s ：是统一资源目录，保存了目前网络中的节点信息。统一资源目录不参与事件的 发布与订阅活动。 s u b m s g ( s m ) ：是订阅消息。若应用程序有数据需求，相应的代理向i s p s e r v e r 发出 订阅消息，i s p s e r v e r 服务器将建立其内容的订阅路由表。 p u b m s g ( p m ) - 是发布消息。应用程序的数据变动后，相应的代理向i s p s e r v e r 发出 发布消息，通知订阅此数据内容的应用程序数据变动内容。 2 1 2i s p 软件体系结构 i s p ( 信息共享平台) 主要包括数据交换适配器、消息路由、日志管理、网络信息安 全和身份认证、权限控制等子系统，其中消息路由子系统为其核心组成部分之一。各个应 用系统及其数据库通过与其相适应的数据交换适配器接入信息共享平台，参与数据交换； 进入信息共享平台的数据经数据交换适配器转换为符合平台标准的数据后交由消息路由 系统，由消息路由系统包装为消息再发送到目的地应用系统，完成信息共享平台数据交换 操作。 6 盆业网敢务内网 应用系统数据库 i 企业网政务内网 应用系篓搏配器骓数据库适配器壮2 文件适配爷 互操作消息协汉 身份认证、权限控制 惹k 骅 路厂d 卜 由r 、赢奄 途：堡星茎兰! 鱼堡墨奎堡：望 日 士 ， | 事 件 管 理 网 络 与 信 息 安 全 图2 - 2 信息共享平台体系结构 f i g 2 2t h ea r c h i t e c t u r eo fi n f o r m a t i o ns h a r i n gp l a t f o r m 图2 2 中路由系统分别部署在i s p 路由系统平台服务端和i s p 路由系统应用服务端。 路由系统平台服务端主要包括消息处理( 路由) 、消息队列、调度管理和配置与存储。 信息共享平台关键技术 配置和存储管理负责消息的存储、配置的存储，确保消息不能丢失。调度管理部分包括管 理接口与管理程序，负责信息集成服务器的管理，包括启动和停止服务。消息处理主要负 责消息的接收、发送、订阅及其相关的调度管理。 应用服务端是应用程序和i s p 平台之间通信的桥梁，任一应用程序，只要调用标准的 代理通信接口，即可加入到i s p 管理的区域中去，与其他应用程序交换数据。 图2 - 3i s p 路由系统体系结构 f i g 2 3t h ea r c h i t e c t u r eo f i s pr o u t i n gs y s t e m 2 2 消息的定义与分类 2 2 1 消息的定义 通常情况下，i s p 中的应用程序将需要通过其传输的数据内容定义为消息，可以通 过对消息内容的定义对消息进行广义的理解【1 2 】。i s p 中传输的消息分为两部分组成： 1 ) 消息头( m e s s a g e h e a d e r ) m e s s a g e h e a d e r 用于描述消息的特征，包含消息的识别信息和路由信息等功能。例如： 消息的类型，发送目的节点列表，消息的优先级，消息创建的时间等等，如表2 一l 所示： 表2 - 1 消息头结构 t a b l e2 - 1t h es t r u c t u r eo f m e s s a g e h e a d e r 元素属性字符描述 m s g h e a d e r m 与一个消息关联的头信息 m s g l d m 消息的一个全球唯一标识符( g u i d 码) m s g t y p e消息的类型，包括：r e g i s t 、u n r e g i s t 、s u b s c r i b e 、p u b l i s h 、 7 西安理工大学硕士学位论丈 r e q u e s t 、r e s p o n s e s o u r c e n o d e i d c 创建消息的节点i d ( g u i d 码) n o d e l i s t 消息发送的目的节点列表 m s g l e v e l 消息的优先级 m s g v e r s i o n m r 指定i s p 支持的消息规范版本，如果服务器不能以这种格 式通讯，它将会拒绝这次请求 m s g d a t em消息产生的日期 消息头结构举例： a 3 e 9 0 7 8 5 e f d a 3 3 0 d a c b 0 0 7 8 5 e f d a 3 3 0 e s u b s c i r b e a 3 e 9 0 7 8 5 e f d a 3 3 0 d a c b 0 0 7 8 5 e f d a 3 3 0 e a 4 7 6 e 4 8 3 8 6 6 e 4 c 8 c 8 0 f c d a 9 0 7 7 8 1 2 8 c c ， a 3 e 9 0 7 8 5 e f d a 3 3 0 d a c b 0 0 7 8 5 e f d a 3 3 0 e 1 2 0 0 2 0 0 8 01 0 9 2 ) 消息体( m e s s a g e b o d y ) m e s s a g e b o d y 是应用程序的数据部分，本系统中采用目前比较流行的x m l 格式， 以方便与其它系统的集成。例如：人员基本信息( p e r s o n e s s e n t i a l l n f o r m a t i o n ，p e i ) 8 消息体举例： 姓名性别出生年月备注操作( a c t i o n ) ( n a m e )( g e n d e r( b i r t h )( r e m a r k ) ( a d d ，d e l e t e ，u p d a t e ，u n k n o w n ) 男：1 1 女：2 ) 张二l1 9 8 2 0 1 0 6无a d d 李思 21 9 8 3 一0 6 0 2 无d e l e t e p e i 对应的消息体如下： 张三 l 1 9 8 2 - o l - 0 6 f 4 4 d f 7 5 7 5 9 3 c 4 4 b a 9 5 9 f 8 d 5 e 4 d c 9 a c a e f 2 8 5 2 4 d e f b b c 4 c 1 6 8 c 1 4 f 1 1 d 1 1 3 e 4 d c l 4 ) 应答消息( r e s p o n s e ) 表2 - 5 应答消息结构 t a b l e2 - 5t h es t r u c t u r eo fr e s p o n s em e s s a g e 元素属性字描述 符 r e s p o n s em此消息用来请求数据对象 m s g h e a d e rm与此消息关联的头信息 r e q u e s t l d m请求此数据对象的节点i d m s g o b j e c t m r 同复( 请求) 的数据对象 m s g n a m e m 要回复的数据对象的真实名称，取值为i s p 接受的任何有效的数据对象 l o 信息共享平台关键技术 应答消息举例： f 4 4 d f 7 5 7 5 9 3 c 4 4 b a 9 5 9 f 8 d 5 e 4 d c 9 a c a e 5 ) 订阅消息( s u b s c r i b e ) 订阅消息用来订阅发布的数据对象，其格式如表2 - 6 所示： 表2 - 6 订阅消息结构 t a b l e2 - 6t h es t r u c t u r eo f s u b s c r i b em e s s a g e 元素属性字符描述 s u b s c r i b em此消息用来订阅数据对象 m s g h e a d e r m 与此消系关联的头信息 n o d e i l 3m订阅节点i d m s g o b j e c t m r要订阅的数据对象 m s g n a m em 要订阅数据对象的真实名称，允许的取值为i s p 接受的 任何有效的数据对象 订阅消息举例： f 4 4 d f 7 5 7 5 9 3 c 4 4 b a 9 5 9 f 8 d 5 e 4 d c 9 a c a e 6 ) 发布消息( p u b l i s h ) 表2 7 发布消息结构 t a b l e2 - 7t h es t r u c t u r eo fp u b l i s hm e s s a g e 元素属性字符描述 p u b l i s hm用来发布数据对象 m s g h e a d e r m 与此消系关联的头信息 n o d e i dm发布节点i d m s g o b j e c t m r 要发布的数据对象 m s g n a m e m 要发布数据对象的真实名称，允许的取值为i s p 接受的 任何有效的数据对象 发布消息举例： 西安理工大学硕士学位论文 f 4 4 d f 7 5 7 5 9 3 c 4 4 b a 9 5 9 f 8 d 5 e 4 d c 9 a c a e ( | m e s s a g e 2 3 消息的路由 消息路由可使应用之间的数据交换处于一种可控的状态，能按一定规则将消息从发送 者传送到目标应用【1 1 】。在路由系统中，由于系统的分布可能很广，考虑到网络管理的方 便，需要在系统中使用多个消息中心，为了使消息在多个消息中心之间进行收发，消息的 路由问题显得十分重要【1 2 】。本信息共享平台路由系统主要支持两种模式的消息路由：请 求应答模式和发布订阅模式。 2 3 1 典型数据通信模式 数据通信有两种基本形式：同步通信和异步通信。一般情况下，同步通信时，请求方 需要一直等待，直到收到应答才进行下一次发送；异步通信允许发送方发出请求后继续执 行，可能并不需要收到接收方的应答。这两种通信模式广泛的应用于各种场合，各有所长， 但是用户更希望能在软件开发时两者皆备，而后因时制宜，扬长避短。 a 1 请求应答模式 请求应答模式属于同步通信的一种。在此模式下，一方应用软件发送请求给另一方， 然后处于阻塞状态，直到另一方发回响应：发出请求的应用软件在接收到应答以后，才能 继续执行其他任判b 】。对于请求应答模式，通常有以下两种直接的路由策略： 单向方式：是请求膻答模式的最简单的形式，它只有收到应答才发送一个请求。 这种方式多用于请求方与应答方完全同步的情况下，只有请求方收到应答才能继续操 作。其不足之处在于：请求方只能在收到应答后才能继续操作，这样请求方就很容易 发生阻塞。 同步轮询方式：允许请求方在等待应答方发回应答的同时继续其他操作。在这种 通信方式中，请求方发送请求后，并不以阻塞状态等待，而是继续操作，它只须周期 性的停下来检验应答，只要收到应答，就不再轮询而是继续操作。显然，由于请求方 在等待响应的过程中能进行有益的操作，因此这种方式有效改善了单向通信模式的缺 陷，不足之处就是增加了程序设计的复杂度。 1 2 信息共享平台关键技术 b ) 基于内容的发布订阅模式 发布订阅模式属于异步通信的一种。在此模式下，主题内容的订阅者在平台服务器 上订阅需要的数据内容，发稚方发布消息时，根据已在服务器上形成的订阅路由表将消息 发布给已订阅此数据内容的应用程序【4 j 。目前，基于内容的发布订阅服务网络的路由策 略有两种最基本的方式： 匹配优先法：平台服务器将发布内容与所有订阅信息进行匹配，获耿到响应的目的 节点列表，然后将发布内容发送到目的节点列表上的所有目的地。其不足之处：要 求每个平台服务器都记录所有的订阅信息，要能承担繁重的匹配任务，这对服务器 的要求太高，不适合大型系统；其次，该方法容易造成同一路由段事件的重复发送， 而且事件头部信息容量的限制也使其只能适用于小型系统【1 5 】。 洪泛法：发布消息在由平台服务器组成的虚拟网络中进行广播，每个接收到该消息 的服务器首先将其发送给本地的各个应用程序，同时将其转发给相邻的平台服务器， 而不管它们是否需要f 16 1 。其不足之处：削弱了对匹配策略的要求，但是却增加了网 络的负担，容易造成网络带宽的浪费、降低整个网络的传输效率，同时也增加了服 务器对垃圾消息过滤的负担【l 。 目前的一些实验原型系统如具有代表性的g r y p h o n t l 8 19 1 、s i e n a 2 0 2 等都提供了各自 优化了的路由策略。在s i e n a 中，每个上级的平台服务器都记录了其所有下级平台服务器 的订阅信息，当一个事件到达时，服务器判断是否有下级服务器订阅了该数据内容，如果 有则进行传送，如果没有则不再对该发布消息进一步传送。s i e n a 所采用的路由方式有效 避免了发布消息在同一路由段重复发送的问题，但它仍就不完美：首先随着系统应用范围 的不断扩大，维护路由表及订阅信息所需耗费巨大，尤其那些位于虚拟网络中的平台服务 器的负担将更重；同时，过大的订阅路由表导致发布消息在每个节点延迟的增加，影响了 传输效率；其次，订阅信息的频繁变动将导致路由表的频繁重组，从而导致整个系统效率 的降低。g r y p h o n 采用层次性网络结构，通过并行查找树算法来进行高效匹配，并尝试利 用组播来节省网络带宽。由于g r y p h o n 中的每个平台服务器都保存着所有订阅信息组成 的并行查找树信息，所以订阅信息变化所带来的订阅路由表更新的代价也很高。 除上述两种原型系统外，目前还存在其它的一些原型系统，它们也大多采用了单一根 节点的层次性网络结构，这种结构能够有效支持系统物理上的扩展，但是根节点容易成为 系统性能的瓶颈。根节点作为信息发布订阅系统的中枢，负责记录所有订阅信息和路由 信息，并承担着所有的信息转发任务，随着系统规模的扩大，它的效率将显著降低，这在 一定程度上又限制了系统的扩展1 2 2 。 2 3 2 请求应答模式下路由策略 当一个应用程序想从另一个应用程序那里获取数据时，首先要发送一个请求消息 ( r c q u c s l m e s s a g e ) 输i s p s e r v e r 0 i 叭r e q u e s l m e s s a g cj i _ 小指o w 心扮wj r f i l i d ( 1 t l j d e s i l n a t i o n l d ) ，。p 台服务器将从l 存雎k t i ! 儿仆的数“，川 弈提供肖i 卜找】五俞帅彀“l ： 豫 提供肖，作为政请求消息的成籍肯，然后将h 7 球r l j 包发逆给应符行，- 曼心静系统将作为数 据提供者川复应替消息( r c s p o n s c m c s s a g e ) ；负i 粜心程序的请水f f j 息中指l 门了 d e s t i n a l i o a l d ，n h - 台服务器会将t a t i ；息直接发给其措l 帅1 数虬c 挺供行i t 投掷 提供哲 发回衄笤消息。人多数犹i 、，清，j _ = 数拟时，f 不指叫应咎者系统就会住 二洲卅的数捕提 供卉中拽出适合的数据提供抖。此时数据提供者就会诎默认为此请求数扼的应答者。篮 做数_ 1 1 n 勺应答者，首先要先在i s p s e r v e r 服务_ | j 上注册，每个区域的每引，数据对象h 能有 唯一的一个数据提供者，但是对于一个区域内制定的数据对象却可能有多个应咎者。 幽2 - 4 请求廊答模式幽 f i g2 4 t h e d i a g r a mo f r e q u e s t 、r e s p o n s e m o d e 请求系统发出请求消息时，若指定了具体的应答系统，则i s p s e r v e r 服务器将根据耍 求从应答系统那罩取得数据，发送给请求系统：若末明确指定应答系统，则i s p s e r v e r 服 务器将从注册在其上，且柏提供数据资格的应_ | _ | j 系统处，取得需要内容，发送给请求系统。 本路山策略使用同步轮询的方式实现请求应笤模式，这样请求系统在发出请求消息后， 并不以“阻塞”状态等待，而是继续其它操作，只是它必须估j 期性的来检测应答消息，但 只要它收到了应答，就会停止检测继续一作。显然，这种方式使得请求系统可在发出请求