（控制理论与控制工程专业论文）基于xml的移动agent组态技术的研究.pdf

上海大学硕士学位论文 摘要 随着工控软件在工业生产中的应用越来越普遍，人们对其性能的要求也越 来越高，传统组态软件由于其设计所带来的缺陷如开放性和实时性差、规模庞 大，不便于基于w e b 组态。另一方面，先进的软件技术不断涌现，如构件化技术、 a j a x 技术和x m lw e bs e r v i c e s 等新兴技术为突破现有组态软件局限带来了契 机。 本课题以上海市“仪电自动化”重点学科一一基于w e b 的远程控制系统开 放实验平台的研制为背景，研究一种基于x m l 的移动a g e n t 组态技术，建立了 基于w e b 的组态平台。用户可以在本课题自主开发的组态平台中进行控制策略 组态和人机界面组态。在研究设计该课题的过程中，本文提出了两个创新点： 借鉴移动a g e n t 的设计思想，使用a j a x 技术和x m lw e bs e r v i c e s 技术， 改进了目前流行的基于w e b 的b s 三层结构模型，建立了组态软件新的运行体 系结构，实现了多个用户同时通过网络传送代码或数据到服务器端进行实验的 需求。 结合工程应用软件m a t l a b ，充分利用其提供的w e b 应用工具m a t l a bw e b s e r v e r ，实现了自主研发的组态软件与m a t l a b 软件之间远程数据交换。一方面， 利用m a t l a b 完成复杂的控制算法，另一方面，用组态软件实现友好的图形界面。 首先，分析了目前组态软件的发展与现状，结合课题的研究背景，设计了 系统新的运行体系结构和网络通讯机制。然后结合实例，在本课题自主开发的 智能组态平台中具体实现其功能。最后，结合m a t l a b 软件提供的w e bs e r v e r 功能，在本课题的组态平台上设计了基于m a t l a b 的远程控制实验方案。 通过本课题的研究，采用了先进的软件开发技术，设计了通用的、迎合未 来组态软件发展方向的新一代组态软件开发平台，因此具有十分重要的意义。 关键词：组态软件，移动a g e n t ，x m l ，a j a x 技术，w e b 服务 v 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n g w i t hm o r ea n dm o r ep r e v a l e n t l yt h ec o n t r o ls o f t w a r ea r ea p p l i e di ni n d u s t r y , m o r ea n dm o r ep e r f o r m a n c er e q u i r e m e n to ft h es o f t w a r ea r eb r o u g h tu p a tp r e s e n t t h ed e f i c i e n c yo ft h et r a d i t i o n a lc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r et ow h i c hi sl e db yi t sd e s i g n t e c h n o l o g y , s u c ha sw e a ko p e n i n ga n dr e a l - t i m ec a p a b i l i t y , h u g es c a l e , a n db e i n g d i f f i c u l tt ou s eh a sb e e ne x p o s e dt ou s e r s a tt h es a n l et i m e ，m a n ya d v a n c e d t e c h n o l o g i e sw h i c ha l es p r i n g i n gu pc o n t i n u a l l y , s u c ha ss o f h 】f a r ed e s i g nb a s e do n c o m p o n e n t ，a j a xt e c h n o l o g y , x m lw e bs e r v i c e s ，e t c b r i n gc h a n c et ob r e a kt h r o u g h t h el i m i t a t i o no f p r e s e n td e s i g n t e c h n i q u e sf o rt h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e t h eb a c k g r o u n do ft h er e s e a r c hi sb a s e do nt h er e m o t ec o n t r o lk e yl a b o r a t o r yo f s h a n g h a ie l e c t r i c a la u t o m a t i o ns u b j e c t t h ec o n t e n to fr e s e a r c hi sa b o u tm o b i l e a g e n tc o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do nx m l u s e rc r nc o n f i g u r ea n yc o n t r o l s t r a t e g ya n dh u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c oo i lt h ep l a t f o r m d u r i n gt h es t u d yp r o c e s s ， t w ok e yp o i n t so f i n n o v a t i o na r eb r o u g h tf o r w a r d ： a c c o r d i n gt ot h ei d e ao f m o b i l ea g e n t c o n j u n c tt h ea j a xt e c h n o l o g ya n dx m l w e bs e r v i c e s ，i m p r o v et h ep o p u l a rb st h r e el a y e r sc o n s t r u e tb a s e do nw e b ，a n d t h e nb u i l dt h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r er u n - c o n s t u c t a tl a s t , r e a l i z et h er e q u i r e m e n to f m o r et h a no n es t u d e n tt ot r a n s f e rc o d e0 1 d a t at ot h es e r v e rt oc a r r yo u tt h e e x p e r i m e n ti ni n t e r n e t t h et h e s i sc o n n e c t st h ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o ns o f t w a r em a t l a b 。u s e st h e m a t l a bw e bs e r v e rt o o l b o x ，r e a l i z e st h ed a t ae x c h a n g e sb e t w e e nc o n f i g u r a t i o n s o f t w a r ea n dm a t l a bs o f t w a r e o no n es i d e , u s em a t l a bt o c o m p l e t et h e c o m p l e xc o n t r o la l g t h g i c o no t h e rs i d e , u s et h ec o n f i g u r a t i o ns o l , r a r et or e a l i z e t h eg r a p h i c a li n t e r f a c e a tf i r s t , t h ed i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ep r e s e n ts i t u a t i o no fc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ， a n dc o n j u c t st h er e s e a r c hb a c k g r o u n dt od e s i g nan e wr u n - c o n s t r u c t a n dt h e n ， v i 上海大学硕士学位论文 r e a l i z et h ef u n c t i o ni n 0 1 3 1 p l a t f o r m a tl a s t , u s i n gt h em a t l a b r e bs e r y 盯 c o m p o n e n t ，d e s i g nt h ee x p e r i m e n ts c h e m ew h i c hb a s e d0 1 1t h em a t a l br d m o e c o n t r o le x p e r i m e n t i nt h er e s e a r c ho ft h i ss y s t e m ，ah e w d e v e l o l m a e n tm o d ef o rt h ec o n f i g u r a t i o n s o t t w a r ei sp u tf o r w a r d ，a n di tw i l lp r o m o t et h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e p r o g r o c e 8 s i n g t o w a r d san e w d i r e c t i o n , i th a sav e r yi m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，m o b i l ea g e n t ，x m l , a j a x ，w 曲s e r v i c 龆 v l i 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 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发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他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了谢意。 签名：i i 查：媛 e t 期：之：空：主芝 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) h 日期：查：z ：z ：兰 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 i i 组态软件的发展与现状 “组态”是伴随着计算机软硬件技术在控制领域的广泛应用而发展起来的。 为了使用户在不需要或少量编写程序代码的情况下【“，便可生成适合自己需求 的应用系统，就需要专业的编程开发人员创建良好的开发环境，使软件硬件化、 对象化，便于工程人员调用，从而获得目标工程项目的监控和控制软件系统。 这种开发环境就是“组态软件”。 最早开发的通用组态软件是d o s 环境下的组态软件【2 】，其特点是具有简单 的人机界面( 删i ) 、图库、绘图工具箱等基本功能。随着w i n d o w s 的广泛应用， w i n d o w s 环境下的组态软件成为主流。国外许多优秀通用组态软件是在英文状 态下开发的，比较著名的有i n t c l l u f i o n 的i f i x ，r o c k w e l l 的r s l f i e w 等等【3 h 4 。 随着国内计算机水平和工业自动化程度的不断提高，通用组态软件的市场需求 日益增大。近年来，一些技术力量雄厚的高科技公司相继开发出了适合国内使 用的通用组态软件。其中比较有影响力的如北京亚控的组态王【5 1 ，三维科技公 司的力控等【6 】。 随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对 工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域 的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求；作为一个通用 的组态平台，涉及到的方面相当多，用户很可能大部分功能都不能用到，但是 他们很多时候不得不购买整个系统，这使得通用组态平台价格偏高且系统臃肿： 组态软件其控制算法的功能比较缺乏，往往只能实现独立的单回路p i d 调节， 对整个系统多参数的综合优化控制问题二次开发较困难。 另外，随着i n t e r n e t 的普及，分布式计算方法的运用，基于w e b 的应用要 求越来越多，比如本课题需要建立的基于w e b 的远程开放实验平台，要求能够 实现多个用户同时通过网络传送代码或数据到服务器端进行实验，尽管它是远 程的分布式的应用，却需有像本地一样的交互性、快速响应性。要求比现有的 上海大学硕士学位论文 组态软件运行效率高，达到实时仿真、远程控制、动态监视的目的。基于传统 的组态软件是难以实现的，因为，大多数组态软件，如w i n c c 、i n t o u c h 、 c i m p l i c i t y 等，无远程组态功能，只有本地组态、网络拷贝到远程节点，且对 数据库点的任何修改，必须重新启动才有效。在选择使用i f i x 网络功能时，用 户必须在客户端安装一个定制的客户端软件，且其培训费用和购买价格都不菲。 针对目前组态软件存在的问题，很多专家、学者、研究机构都在积极的探 索新理论、新技术在工控软件设计上的应用，并形成了一定的发展趋势： 构件化 - r j - 1 4 】。目前有很多新的技术不断地被应用到组态软件当中，组态软 件装机总量的提高促进在某些专业领域专用版软件的诞生，一种称为“软构件 软总线”的技术或将被广泛采用。在这种体系结构下，应用软件以中间件或插 件的方式被“安装”在总线上。这样做的优点是：所有插件遵从统一标准，插 件的专用性强，一个插件出现故障不会影响其他插件的运行，即每个插件都有 自治功能。 基于w e b ”】。【2 0 】。随着i n t e r n e t 技术的发展及其在工控软件领域的应用， 现在大多数的组态软件采用了基于w e b 的b s 三层结构的设计模式。这样的系 统由应用服务器层、w e b 服务器层和浏览器层组成，它具有分布式计算的特性， 主要优点是集中式管理，将程序、数据库以及其它一些组件都集中在服务器上， 客户端只需配置操作系统及浏览器即可实现对服务器的访问，从而实现基于w e b 的远程监测、故障诊断、指挥调度和设备管理等。另外，随着x m l 成为工业标 准，采用x m lw e bs e r v i c e s 技术使得在任何平台上以任何语言编写的程序都可 以远程访问服务器。 智能化 2 l 】。目前，对于智能主体( a g e n t ) 的研究成为人工智能研究的一个 热点。它是随着分布式人工智能技术和网络技术的发展而被广泛关注的，人们 希望a g e n t 在网络中更快更好地完成任务，且可以自由的移动，这便产生了移 动a g e n t 。当前，将移动a g e n t 的设计方法和已有实现系统进行集成的研究颇 有成效，比如基于多a g e n t 的网络课程协作学习平台的构建与研列捌，基于 a g e n t 的智能网络学习信息服务系列2 3 1 的研究等等。移动a g e n t 作为全新的分 布式计算方法，通过将自身代码、状态传送到远程主机并在远程主机上执行的 上海大学硕士学位论文 方式，很好地解决了网络带宽问题。所以，基于移动a g e n t 这一特性，作者认 为，在工控软件开发过程中，借鉴移动a g e n t 的设计思想处理远程数据传输实 时性差的问题，是有很大现实意义的。 综上所述，目前的组态软件在通用性、互操作性、实时性方面还不尽如人 意。若要实现系统的开放性和通用性，使其能在一套系统中无缝的集成不同厂 家的产品，能在异构的环境中实现应用层的互操作性，能真正意义上实现基于 网络的远程智能组态功能，设计者必须跳出传统的组态软件设计模式，必须应 用最新的理论和技术解决当前组态软件所面临的这些问题，使用户能根据自己 的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。 1 2 课题研究的目的和意义 本课题研究的目的是通过研究基于x m l 的移动a g e n t 组态技术，使本课题 自主开发的组态平台能满足远程重点实验室关于远程控制实验的要求。不仅要 能提供易于图形化的实验界面，且能自动生成远程控制系统和远程运行代码， 另外，要能实现其网络体系的数据或代码传输、异地任务调度协作、实时控制 或仿真运行、i o 设备控制、多用户访问、开放数据接口、安全等复杂需求的 运行服务环境。 作者设计了基于x m l 开放体系的控制系统网络架构，为了克服市面上已有 组态软件的缺点，本课题作了下面几点工作： ( 1 ) 、研究并设计了一种控制策略智能组态平台。在该平台上能完成控制策略智 能组态，通过形象化插拔功能模块( 本文也称为“软芯片”) ，连接成“电 路”，进而可以实现智能化的控制系统，达到基于p c 的工业控制。 ( 2 ) 、研究并开发一种基于h t m l 技术的界面组态平台。设计了多个h t m l 页面， 然后对网页的逻辑进行智能组态，实现了网页设计和系统逻辑设计的分离。 ( 3 ) 、结合分布式x m lw e bs e r v i c e s 技术和a j a x 技术，将控制策略组态层与界 面组态层中的资源看作是一种分布在i n t e r n e t 上的w e b 服务。客户端操作 运行的信息或代码可以通过移动a g e n t ，传递到服务器端执行。系统新的 体系结构改变了传统的以数据库为中心的结构模式，同时更体现了系统控 上海大学硕士学位论文 制策略和界面组态的智能性、分布性特点。 ( 4 ) 、结合m a t h w o r k s 公司的m a t l a b 软件，利用其提供的灵活而强大的组件 m a t l a bw e bs e r v e r ，实现了在组态软件中远程调用其丰富而高效的控制算 法，进而可以大大的缩短程序的算法开发周期，增强了本课题组态平台与 其它软件的交互性。 本课题的研究使组态软件的开发变得更网络化、更智能化，大大缩短了控 制软件的开发周期，提高了控制软件的性能和产品质量，还能使智能设备参与 网络服务成为现实，所以其研究有很大的应用价值和实践意义。 1 3 课题的立论依据 近年来，我国的软件行业一直处于世界软件业的中下游水平，成为软件大 国与软件强国成为当代i t 人追逐的梦想，提高软件开发的速度，软件开发工程 化是必由之路。就目前来说，软件工厂无疑是最可行的软件工程化形式。如何 实现软件工厂? 软件开发的运作模式，它的实现基础是什么? 它到底需要什么 外部条件? 为了解决这一连串的问题，构件技术应运而生，并逐渐炙手可热。软件构 件又称软件集成电路，相当于工业流水线生产的“标准件”。构件技术与面向 对象的开发方法不同的是，面向对象的技术强调对个体的抽象，构件则更推广 了对象封装的内涵，侧重于复杂系统中组成部分的协调关系，强调实体在环境 中的存在形式。构件具有隐藏性和智能性，作者在组态平台上设计的智能软芯 片就是一个个构件，芯片间的连接构成大的构件系统。每个软芯片都具有智能 体的四大特性：自治性，反应性，移动性和社会性【2 l 】。基于构件的软件开发与 传统的软件开发有着明显的不同，它们的开发过程模型如图1 1 所示。 4 上海大学硕士学位论文 传统的过程模型基予构件的过程模型 图1 1 传统开发过程和基于构件的软件开发过程 构件化技术对软件开发工程化是非常重要的，有了构件才能通过构件的组 装、互连，实现软件的工程化开发。构件化的基础，是统一的建模语言讲】，它 可以完整地描述软件的需求和结构。随着软件的日益复杂，传统的开发方法已 经难以满足需求，软件设计人员可以利用u m l 很方便地为实际系统的编写提供 一个“蓝图”，可以对软件系统及其部件进行表示、直观化说明、构建和开发 过程文档化，能大大简化软件设计的复杂过程。 软件的构件技术解决了构件的组装( 集成) 、多个构件相互操作，交换信息 等基础结构问题，但是构件化技术本质上仅仅给软件的合成提供了使能，只解 决了软构件间在低层的内存级、源代码级、类型信息、网络传输四个层面的互 操作性，所以基于构件化的软件集成技术在语言方向发展到了一个顶峰，而未 提供软构件软总线支撑下的相互间信息驱动和连接机制，不能即插即用，故在 图形化方面，在软件的复用方面，在软件的工业化生产方面等总是落后硬件的 发展。 构件具有独立自治功能，故其最大特点是可以不断复用，可以显著降低成 本，缩减工期。构件在系统设计、系统体系层次上重用，能产生更大范围的更 高级的柔性的可扩展的新软件系统，能实现这一想法的只能通过图形化的可插 拔、可组态的方式，因为系统中的关系用图形化方式表示最直接。所以本课题 的做法是将基于构件的软件开发和可视化设计结合起来。尽管构件库为软件的 构建提供了丰富的原材料，但是如果找不到一种简单的软件构造方法，构件的 复用和集成对大多数人来说依然比较困难，利用可视化的方法可以改善这种状 上海大学硕士学位论文 况。本课题设计了一种可视化的平台，构件的集成，复用甚至构造都在这里完 成，无疑将大大降低构造控制软件的复杂性，加速控制软件的开发过程。智能 型组态软件的设计目标，就是要运用构件化和可视化技术，实现一个能开发智 能软芯片的平台。 在工控系统中，底层硬件设备是必不可少的，它们可以是p l c 、d c s 或智 能仪表等等，它们内部都具有现成的控制算法，通过组态就可以实现预定义的 控制方案和策略。但它们有不足之处，首先，这些控制设备内部的控制策略修 改起来很复杂，有些策略在系统运行期间甚至是不允许修改的。其次，这些控 制设备的控制能力十分有限，它们只能完成一些简单的常规控制，例如d c s 的 逻辑操作速度不高，而p l c 的控制算法种类偏少。随着基于p c 机的控制迅速发 展，借助p c 上组态软件提供的策略控制器的丰富算法，可以弥补这些设备在运 算、控制能力上的不足，充分发挥其作用。在组态软件中控制策略由一些基本 功能块组成，一个功能块代表一种操作、算法、或变量。功能块是策略的基本 执行元素，它有相应的输入输出。现在的组态软件都有相应的控制策略生成器 【2 】，它的系统构成见图1 2 ，它提供了可视化的编程界面。 图1 2 组态软件策略控制器系统构成 市场上现有的组态软件策略控制器中的功能块，它们从根本上说只能是代 码的叠加，相互间更无驱动机制，从这一点出发，本课题开发的平台就是要根 据控制系统的特点，站在软件互连、协同工作的高度进行抽象，采用当今先进 的设计思想和技术，把功能块根据输入输出抽象成一个个集成芯片，芯片通过 6 上海大学硕士学位论文 可视化进行管脚互连组态，运行时芯片间存在着相互信息驱动及数据“流动”， 这样构件就相当于封装的集成电路。 在本课题的组态平台上，构件化和可视化的概念体现在智能芯片的设计及 芯片间的连接上。a g e n t 的移动特性是为解决复杂、动态、分布式智能环境而 定义的，即a g e n t 可以在没有人为控制的情况下自动完成任务，它具有根据外界 环境控制自身状态的自治能力。因此，在本课题的组态平台上，组态后运行的 智能软芯片代码能在分散的、可变的及复杂的环境中运行。这正适合本课题开 发基于w e b 的自动控制远程实验平台的需求：多个用户可以同时通过网络传送 代码或数据到服务器端进行实验。 1 4 本论文的主要研究内容 本论文以作者攻读硕士学位期间承担课题的工作为基础，主要内容如下： 第一章阐述了组态软件的发展与现状、课题研究的目的和意义、课题的立 论依据及课题的主要研究内容。 第二章介绍了组态软件设计过程中运用的先进技术及其原理知识。 第三章介绍了基于w e b 的远程组态平台设计。首先设计了基于w e b 的b s 三层体系结构，接着介绍体系结构的a g e n t 实现及其x m l 描述，然后分析了体 系结构的功能与特色，最后介绍了组态平台的网络通讯机制。 第四章介绍了基于w e b 的远程组态平台实现。主要包括界面组态平台的设 计和控制策略组态平台的设计，它们的通讯桥梁是第三章节介绍的组态平台的 网络通讯机制。 第五章设计了基于m a t l a bw e bs e r v e r 的组态应用。该章节先提出了在外 部调用m a t l a b7 x 中控制算法的想法，再结合 i a t l a b7 x 提供的m a t l a bw e b s e r v e r 组件，提出基于w e b 调用m a t l a b 控制算法的实现方案，最后设计了在 组态软件中调用m a t l a b 中控制算法的界面逻辑芯片。 第六章是总结全文，对已做工作进行总结，对系统存在的问题和不完善的 地方进行说明，并对它的下一步研究提出了展望。 7 上海大学硕士学位论文 第二章组态软件的设计技术 上一章节对组态软件的技术发展与研究现状进行了分析，作者在本章将介 绍基于w e b 的组态软件在开发过程中所采用的先进技术及其原理知识。 2 1 c s 与b s 体系结构的比较 2 1 1 e s 体系结构 c s 软件体系结构，是2 0 世纪9 0 年代成熟起来的技术，c s 结构将应用一 分为二，服务器( 后台) 负责数据管理，客户机( 前台) 完成与用户的交互任务 2 5 1 。 c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构，即客户机和服务器结构。其中，s e r v e r 端( 服 务器端) 即为后台数据库，用来保存整个系统中的数据；用户则通过c l i e n t 端 ( 客户端) 显示和维护后台数据库中的数据。随着企业规模的日益扩大，软件的 复杂程度不断提高，传统的二层c s 结构使客户端维护成本高，每次升级都要 对每个客户端重新进行程序安装和参数配置，效率低下。 为了解决两层c s 结构的缺点，引入了三层的分布式c s 结构。三层c s 结构在两层c s 结构的s e r v e r 端和c l i e n t 端之间增加了一个中间层，重新划 分的三层分别被称为数据层、逻辑层和表示层。这里所说的三层，是指逻辑上 的划分，而不是物理划分。三层体系的应用程序将业务规则、数据访问、合法 性校验等工作放到了中间层( 逻辑层) 进行处理。通常情况下，客户端不直接与 数据库进行交互，而是通过c o m d c o m ，c o r b a ，s o a p 等通讯方式与中间层建立 连接，再经由中间层与数据库进行交互。 但是在三层c s 结构下开发的应用系统之间交流比较困难，比较封闭；用 户界面风格不一，升级麻烦，系统开发和维护复杂，移植困难；容易造成重复 工作，不利于推广，不便于接纳新技术，限制了其扩展性。 2 1 2b s 体系结构 b r o w s e r s e r v e r ( 8 s ) 结构是一种以w e b 技术为基础的新型系统结构模式。 上海大学硕士学位论文 它是c s 结构的一种特殊形式，主要应用于i n t e r n e t 环境或者是覆盖广阔领域 的i n t r a n e t 环境。b s 结构也有两层、三层之分。静态网页采用的是两层b s 结构，而动态网页则采用三层b s 结构嘲。 b s 结构把c s 结果中的服务器部分分解为一个数据库服务器与一个或多 个应用服务器( w e b 服务器) ，从而构成一个三层或多层结构的客户服务器体系。 这种三层结构在层与层之间相互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能。 在b s 体系结构系统中，用户通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发 出请求，服务器对浏览器的请求进行处理，将用户所需信息返回到浏览器。这 种结构不仅把客户机从沉重的负担和不断对其提高性能的要求中解放出来，也 把技术维护人员从繁重的维护升级工作中解脱出来。 综合上述两种体系结构模式，b s 模式，是随着i n t e r n e t 技术的兴起，对 c s 结构的一种变化或者改进。b s 模式的设计是对安全以及访问速度的多重考 虑，是建立在需要更加优化的基础之上，比c s 结构有更高的要求，全面支持 网络的构件搭建的系统。b s 结构要求构件具有相对独立的功能，具有相对较 好的重用性。另外，b s 结构建立在浏览器上，有更加丰富和生动的表现方式 与用户交流，并且大部分难度降低了，开发成本也降低了。所以，基于b s 模 式的设计，更受欢迎。 2 2 c o m 组件技术 c o m 即构件对象模型，它是m i c r o s o f t 为解决软件的互操作性、跨平台性， 实现在操作系统级集成不同开发语言和开发者的应用而提出的一种构件技术规 范。c o m 定义了创建构件的标准，也定义了构件和它们的客户之间能够交互的 方式，这种交互通过c o m 对象实体来进行。客户程序不需要关心构件模块的名 称和位置，但必须知道自己在与哪个c o m 对象进行交互，这就要求对对象进行 标测拥。在c o m 规范中，每个对象有一个1 2 8 位的g u i d ( 全局唯一标识符) 来 标识，称为c l s i d ( 类标识符或类i d ) 。用c l s i d 标识对象可以保证在全球范围 内的唯一性。 虽然c o m 对象是客户程序进行交互的实体，但c o m 规范对c o m 对象并没有 9 上海大学硕士学位论文 实现方面的要求。它是建立在二进制基础上的面向对象构件的对象实体，所以 c o m 对象具有封装的特性和可复用性。c o m 对象的数据成员的封装以构件模块为 最终边界，对于对象用户是完全透明的、不可见的。c o m 对象的可复用性表现 在c o m 对象的包容和聚合，而不论哪一种形式，c o m 对象的复用是动态的，一 个对象可以完全使用另一个对象的所有功能。 前面第一章节中提到本课题的立论依据包含了构件化技术，构件的描述是 为软件开发人员检索和集成构件提供全面、准确的构件信息。它的基本思想是 将构件视为黑盒，通过描述构件接口的语法和语义向外界提供构件的结构和行 为信息，使构件复用者不必关心其内部细节。构件的描述是通过使用构件描述 语言来做到的。c o m 使用i d l ( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 和类型库来描 述c o m 对象及其接口，通过构件的描述信息，构件的使用者可以在任何支持c o m 的编程语言中访问和集成c o m 对象。由于i d l 主要是告诉使用者构件提供什么 样的接口和方法，使得可以在源代码一级对构件进行集成，而在本系统中，作 者对构件进行了可视化的集成，不必要和不需要向用户展示构件的接口和方法， 作者只需要一种可以描述芯片的功能、管脚、参数等信息，可以方便实现检索 并能够提供芯片集成的方法。这个描述就是下文将要介绍的) ( m l 技术实现的。 2 3 x m l 技术 本课题设计的系统是建立在x m l 之上的，架构是用x l 也s c h e m a 来表述的， 下面介绍x m l 和x m ls c h e m a 的概念与主要特点： x m l 是e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 的简称，称为可扩展标记语言【2 射。它 是一种创建标记语言的元语言，没有许多固定的标记，在实际应用中可以根据 需要定义无穷无尽的标记来描述文件中的任何数据和元素，从而突破了h t m l 固 定标记集合的约束，使文件的内容更丰富更复杂并组成一个完整的信息体系。 x m ls c h e m a 是x m l 家族成员之一，是一种描述信息结构的模型。它是用来 定义x m l 文档的文本结构、数据类型等x m l 文档描述规则的。s c h e m a 这个概念 实际上来自数据库，在那里s c h e m a 是数据库结构的形式描述，它定义诸如表和 字段以及它们之间的关系等内部结构。x m ls c h e m a 的作用类似于d t d ，但其功 1 0 上海大学硕士学位论文 能却比d t d 强大。x m ls c h e m a 在几个方面改进了d t d ，包括使用x m l 句法、支 持更准确的数据类型定义。 本系统采用x m ls c h e m a 描述独立芯片、复合芯片以及控制策略组态结果的 架构文件和界面组态时所需数据源架构文件，其中前者也规定了实时“流动“的 数据格式，而后者需映射到前者。 2 3 1 x m l 的主要特点 x m l 文档最显著的特点是信息的描述与信息的处理是分开的，这也正体现 了标记语言的精髓。x m l 文档的主要任务就是定义内容本身，它保持用户接口 与结构化信息的独立。 在x m l 中，标记只是用来描述数据本身。对信息的处理和显示是通过样式 ( x s l 或c s s ) 实现的。将信息和对信息的处理隔离开来，使得多方来源的信息 可以完全整合，让所有信息在中间层次转换成x m l ，然后在线交换并对信息进 行各种处理，最后根据用户的需求以特定格式将信息提交给用户。 x m l 文档具有自我描述能力。在x m l 文档中，标记本身就是对被标记信息 最好的说明。比如包含在标记 之间的，肯定就是对 p i d 控制的相关描述。再加上通过x m l 文档可以获得d t d 中定义的可以使用的 标记以及标记之间的结构关系等各种规则，这样，即使在只有x m l 文档的情况 下，计算机也能理解文档中的信息。 x m l 具有很强的开放性和可扩展性。在x m l 中，可以定义无限量的标记， 它提供了一个标记结构化信息的构架。用户依据自己的需求可以随时定义新的 标记，这就大大拓展了可用标记的范围。 x m l 文档具有可验证的特性。利用x m l 文档对应的d t d ( 文档类型定义) 或 s c h e m a ( 模式) ，可以验证x m l 文档中数据在结构上的正确性和标记使用的规范 性，因为在制定d t d 时一切都已经定义好了。这样，作者在数据形成阶段，而 不是数据使用阶段就能对数据的有效性和正确性进行部分检验，提高了数据的 可靠性和可用性。 上海大学硕士学位论文 2 3 2x m l 文档对象模型 作为w 3 c 中的一个规范，d o m 为x 札应用提供了一个标准的应用编程接口： d o m 设计可以使用任何编程语言来实现。为了提供准确的、独立于语言的规范， d o m 工作组使用了o m g ( 对象管理组织) 的i d l ( 接口定义语言) 来定义d o m 接 口。d o m 包括两部分d o mc o r e ( 核心) 和d o mh t m l 。d o m 核心是x m l 功能所要 求的，并且是d o m h t m l 的基础。d o m h t m l 定义了h t m l 的高级接口。同时与d o m 核心保持类似于继承的关系。 x m ld o m 则是将x m l 以d o m 的方式包装起来的对象。通过x m ld o m ，应用程 序便可轻松取得x m l 文件的资料；在网页设计方面，m i c r o s o f ti e5 0 浏览器 已经支持x m ld o m ，并且提供了5 种d o m 对象，分别是：x m l d o m d o c u m e n t ， x m l d o m n o d e ，) ( m l d o 心o d e l i s t ，x m l d o m n a m e d n o d e m a p ，x m l d o m p a r s e e r r o r 。每 一个对象都可以通过规定的属性( p r o p e r t y ) 与方法( m e t h o d ) 来使用x m ld o m 对象。对于脚本编写人员来说，最重要的编程对象是x m l d o m d o c u m e n t ，该对象 提供了许多方法和属性，用d o m 可以对x m l 文档进行导航、查询和修改文档内 容和结构。 在本课题的系统中，作者使用d o m 来解析组态文件，读写配置等信息，且 软芯片构件自身也提供对d o m 接口的支持。 2 4x m lw e bs e r v i c e s 技术 本课题的组态平台要支持开发分布式的实时应用软件，如何实现远程通讯 昵? 由于配置的复杂和难于通过防火墙及与平台相关的原因，d c o m 方案不再是 好的方案，本课题采用x m lw e bs e r v i c e s 技术。它是联系控制策略层与用户界 面层的实时通讯的桥梁。 x m lw e bs e r v i c e s 是提供特定功能元素( 如应用程序逻辑) 的可编程实 体阴。任何数量的、可能是完全不同的系统都可以用常见的i n t e r n e t 标准( 如 x m l 和h t t p ) 访问它。x m lw e bs e r v i c e s 在很大程度上依赖于对x m l 和其它 i n t e r n e t 标准的广泛接受。 1 2 上海大学硕士学位论文 x m l w e bs e r v i c e s 既可以在内部由单个应用程序使用，也可通过i n t e r n e t 公开给任何数量的应用程序使用。由于可以通过标准接口访问，因此x m lw e b s e r v i c e s 使异类系统能够作为单个计算网络协同运行。 x m l w e bs e r v i c e s 并不追求一般的代码可移植性功能f 州，而是为实现数据 和系统的互操作性提供了一种可行的解决方案。x m lw e bs e r v i c e s 使用基于 x m l 的消息处理作为基本的数据通信方式，以帮助消除使用不同组件模型、操 作系统和编程语言的系统之间存在的差异。开发人员过去在创建分布式应用程 序时通常使用组件，他们现在可以使用与此大致相同的方式，来创建将来自各 种源的x m lw e bs e r v i c e s 组合在一起的应用程序。 x m lw e bs e r v i c e s 的核心特征之一是存在于服务的实现与使用之间的高 度抽象化。通过将基于x m l 的消息处理用作创建和访问服务的机制，x m lw e b s e r v i c e s 客户端和x m lw e bs e r v i c e s 提供程序之间无须互相了解其他信息( 输 入、输出和位置除外) 。 x m lw e bs e r v i c e s 正在开创一个分布式应用程序开发的新时代。分布式组 件模型的标准问题的战争或者编程语言选美竞赛已停止了。作为i n t e r n e t 的下 一个革命性的进步，x m lw e bs e r v i c e s 将成为把所有计算设备链接到一起的基 本结构，实现本课题的目标，x m lw e bs e r v i c e s 是必须的选择。 2 5 移动a g e n t 方法 移动a g e n t 最初是g e n e r a lm a g i c 公司为了商业应用而提出的并且第一个 实现了创3 1 】。到1 9 9 9 年，各种移动a g e n t 系统已经有6 0 多种，其中基于j a v a 语言的移动a g e n t 系统包括i b ma p p l e t ，o b j e c t s p a c e 的v o y a g e r ，g e n e r a l m a g i c 的o d y s s e y 和日本三菱公司的c o n c o r d i a 。但是同时也出现了很多自行设 计的脚本语言( s c r i p t ) ，比如：t c l t k 和p y t h o n 。移动a g e n t 很适合于应用系 统，比如电子商务，系统管理和信息提取等。 移动a g e n t 指的是能够自行决定在网络的各个节点之间移动，代表其他实 体进行工作的一个软件实体。移动的目的是使程序尽可能靠近数据源，降低网 络通信开销，节省带宽，平衡负载，加快任务的执彳亍，从而提高分布式系统的 上海大学硕士学位论文 处理效掣3 2 1 。 移动a g e n t 具有以下主要特性： ，自主性：指a g e n t 可以按照自己的意愿完成特定的任务，而无需用户 的过多干预，移动a g e n t 可以控制自身的行为，对遇到的事件自主采取行动。 ，移动性：指a g e n t 可以在任意站点上暂时中断执行，在异构网络( 如 i n t e r n e t ) 上移动，并在目的站点上停留下来再恢复执行，a g e n t 通过移动到需 要处理的信息源，激活本地资源，减少中间数据在网上传输，节省带宽和时延 即使网络连接中断，a g e n t 仍可以继续执行。 ，协作性：指若干个移动a g e n t 可以在网络中相互通信合作，共同协作 完成某一任务。移动a g e n t 具有合作求解和管理通讯的能力。它可以通过一系 列移动或发送子a g e n t 到其它机器上，与当地静态a g e n t 和远程资源连接，实 现分布任务动态并行计算。 ，安全性：指对移动a g e n t 本身及它的运行环境的安全性保障。 ，智能性：指a g e n t 具有一定的自适应能力，可对环境的变化做出适当 的反应，并且具有一定的智力，移动a g e n t 的重要特性之一是它对网络环境的 适应能力，如它可以减少网络负载和支持间断计算。 不同移动a g e n t 系统的体系结构各不相同，但几乎所有