（计算机应用技术专业论文）corba在电信宽带业务计费系统中的应用.pdf

u o 摘要 q i 在当今的网络时代，大多的应用都是建立在跨越硬件平台和操作系统的 分布式结构的基础上。在这样的环境下，开发和维护应用软件会更加复杂而 且容易出错，因而花费的代价更昂贵。解决上述问题的个非常有效的方法 就是采用对象请求代理( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 的机制。它可以简化 本地与远端的对象通信，使互联、互通和互操作透明。c o r b a ( c o m m o no b j e c t r e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代理结构) 是由o m g ( o b j e c t m a n a g e m e n tg r o u p ，对象管理组织) 出版的一个规范，它是对o r b 的一种具 体实现，其成果已形成商品，并逐步得到广泛的使用。 本文在对象管理组织发布的c o r b a 规范的理论基础上，结合朗新公司 开发的i n e t 宽带计费系统，讨论了c o r b a 在分布式异构环境下的电信业务 运营系统中的应用和实现。 i n e t 的功能主要包含流量计费原始数据的采集、计费及资费管理、系统 管理、帐务管理、营业及业务资料管理、业务统计分析、综合查询等。它采 用四层体系结构，分别为应用层、业务逻辑层、数据转换层和数据存储层。 每一层可放置于不同的主机上，可以运行在不同的操作系统下，因此系统可 以运行在存异构环境下，进行分布式的事务处理。v j 论文提出了基于c o r b a 进行层次划分的方法和i n e t 的功能设计，并设 计了各层之问的c o r b a 接口实现了各层之间的数据通讯。论文作者对i n e t 系统的事务处理和数据库连接管理进行了深入探讨并提出了具体的实现方 式，同时对在客户端并发请求较多时，如何提高系统的并行处理能力的问题 进行了研究。根据测试的结果，提出了一种改进的解决方案：先将原有的功 能逻辑进行分割，分成较细的功能粒度，再运用多线程的技术，对多个功能 进行并行处理，这样就减少了因c o r b a 客户同步调用阻塞等待时c p u 的空 | 稠时间，提高了c p u 的效率，使系统的总体响应速度明显加快。 过多的客户端的并发请求，除了影响处理速度外，还会导致使c o r b a 服务器端的的负荷加重，从而导致服务器端程序的崩溃。为了避免出现这种 情况，作者提出了一种有效的服务器扩展方案，通过进程共享存储技术来解 决扩展时过多的内存资源冗余消耗以及关键数据的同步问题，实践证明效果 明显。最后，作者对i n e t 系统的扩展和性能优化提出了一些新的构想和建议。 本文的工作，对于c o r b a 技术的具体应用尤其是对类似的、基于 c o r b a 的宽带运营支撑系统的实现，有很好的借鉴作用。 主题词：c o r b ao m g电信运营支撑系统 韭查奎塑叁兰堡! ：兰垡丝壅 a b s t r a c t n o w a d a y s ， m o s ts o f t w a r e a p p l i c a t i o n s a r ed e p l o y e do nd i s t r i b u t e d e n v i r o n m e n tw h i c ha r ec o n s t r u c t e db yb o t hh e t e r o g e n e o u sh a r d w a r ep l a t f o r ma n d v a r i o u so p e r a t i n gs y s t e m s t h u s ，i ti su s u a l l yh i g hc o s ta n dh i g hr i s kt od e v e l o p a n dm a i n t a i ns u c ha p p l i c a t i o n s ak e ym e t h o dt or e s o l v et h ep r o b l e mi st ou s e o r b ( o b j c o tr e q u e s tb r o k e r ) ，w h i c hc a ns i m p l i f yt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e n t h ej o c a lo b j e c t sa n dt h er e m o t eo n e s c o r b af c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) ，b a s e do nt h es p e c i f i c a t i o n si s s u e db yo m g ， i s e x a c t l y a n i m p l e m e n t a t i o no fo r b a p p l i c a t i o n so fc o r b aa r ew i d e l ya c c e p t e di nt h e i n d u s t r yw o r l dr e c e n t l y b a s e do nt h ec o r b as p e c i f i c a t i o n s ，a n dc o m b i n e dw i t ht h ei n e ts y s t e m ， d e v e l o p e db yl o n g s h i n ei n cw h i c hc a nb eu s e df o rb r o a d b a n ds e r v i c ea c c o u n t i n g a n dr a t i n g ，t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to fb r o a d b a n db u s i n e s so p e r a t i o ns u p p o r t s y s t e mo nc o r b at e c h n o l o g yw i l lb ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h ef u n c t i o n so fi n e ti n c l u d ed a t aa c q u i s i t i o no fr a wf l o w ，s e r v i c ee v e n t r a t i n g ，p a y m e n ta n ds y s t e mo p e r a t i o nm a n a g e m e n t ,o p e r a t i o nd a t am a n a g e m e n t ， s t a t i s t i ca n da n a l y s i se t c t h ea r c h i t e c t u r eo ft h es y s t e mh a sf o u rl a y e r s ： a p p l i c a t i o nl a y e r ，b u s i n e s s l o g i cl a y e r ， c o n v e r t i n g 。o b j e c t sl a y e ra n d d a t a b a s el a y e r e v e r yl a y e rc o u l db ep l a c e do nd i f f e r e n th o s t sr u n n i n gd i f f e r e n t o p e r a t i o ns y s t e m ss e p a r a t e l y s o ，t h ei n t e g r a t e ds y s t e m c o u l dr u ni na h e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n ta n dc o u l dd e a lw i t hd i s t r i b u t e dt r a n s a c t i o n s ar e a s o n a b l em e t h o dt od e f i n es y s t e mf u n c t i o n sa n dl a y e r sh a sb e e np r o v i d e d ， a n dt h ei n t e r f a c e sf o rc o m m u n i c a t i n gb e t w e e nl a y e r sh a v eb e e nd e s i g n e db a s e do n s u c hm i d d l e w a r ea sc o r b a a ne x a c t l ym e t h o df o rt r a n s a c t i o nm a n a g e m e n ta n dd a t a b a s ec o n n e c t i o n c o n t r o li sp r e s e n t e di n t h i sp a p e r ak e yp o i n to ft h i sp a p e ri st oi m p r o v et h e c a p a c i t y o fp a r a l l e l p r o c e s s i n gw h e nt h e r e a r el o t so fc u s t o m e rr e q u e s t s s i m u l t a n e o u s l y a ni m p r o v i n gm e t h o di sp r o v i d e db a s e do na s e r i e so ft h o r o u g h ， w h i c hd e c r e a s en o t a b l yt h ei d l et i m eo fc p uc a u s e db yt h eb l o c kf o rs y n c h r o n i z e d i n v o k eo fc o r b a b yd i v i d i n gt h ef o r m e rf u n c t i o n a ll o g i ci n t os m a l l e ro n e so na n e v e ns m a l l e rg r a n u l a r i t ya n dd e a l i n gw i t ht h e s ef u n c t i o n si nap a r a l l e lw a y , t h u s ， t h ee f f i c i e n c yo fc p ui si n c r e a s e da n dt h es y s t e m st o t a lr e s p o n s et i m ei s s h o r t e n e do b s e r v a b l y a d m i t t e d l y ，l a r g en u m b e ro fc u s t o m e rr e q u e s t sh a si m p a c tn o to n l yo nt h e i i 北方交通大学硕士学位论文 s p e e d o f t r a n s a c t i n g ，b u t a l s oo n t h e l o a d so f c o r b as e r v e r ，w h i c h w i l lc a u s e t h es e r v e r sb r e a k d o w n i nt h i sp a p e r ，ae f f e c t i v ew a yo fe x t e n d i n gs e r v e r si sp u t f o r w a r db a s e do nt h ec o r b at e c h n o l o g y s o m e p r o b l e m sa sr e d u n d a n t c o n s u m p t i o no fm e m o r ya n ds y n c h r o n i z a t i o no ft h ek e yd a t aa r ea l s oc o n s i d e r e d a n dc o r r e s p o n d i n gr e s o l v i n gm e t h o d sb yu s i n gs h a r e d m e m o r yt e c h n o l o g ya r e p r e s e n t e d a l la b o v ea r ea na c t u a la p p l i c a t i o no fc o r b a t e c h n o l o g y f o rs u c ha l l b r o a d b a n db u s i n e s s o p e r a t i o ns u p p o ns y s t e m a si n e t ， c o r b a b a s e d d e v e l o p m e n ti sn od o u b ta na s c e n d a n ta n ds u c c e s s f u lr e a l i z a t i o nt h o u g ht h e r ei s s t i l lal o n gr e s e a r c ha n dt e s tw a yt og o ! k e yw o r d s ：c o r b a ，o m g , b r o a d b a n db u s i n e s so p e r a t i o ns u p p o as y s t e m ， i n e t m 一 北方交通人学蜊。j j 学位论文 第1 章概述 在当今的网络时代，大多的应用都是建立在跨越硬件平台和操作系统的 分布式结构的基础上。在这样的环境下，开发和维护应用软件会更加复杂而 且容易出错，因而花费的代价更昂贵。例如，需要考虑网络中不同硬件平台、 操作系统及通讯协议的影响，网络及其各个主机出现差错时的检测及恢复； 设计时要考虑通讯的延迟及可能的阻塞，需要将整个系统的任务合理的分配 到网络上的各个主机上，以实现负载均衡。解决上述问题的一个非常有效的 方法就是采用对象请求代理( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 的机制。这个模 型是分布式系统中对象间发送和接受消息的软总线，可以简化本地与远端的 对象通信，使互联、互通和互操作透明，免去繁琐和易于出错的底层工作， 使大型分布软件开发工作相对减少，并提高其可靠性。 本文以o m g ( “对象管理组织”所发布的公共对象请求代理机制c o r b a ) 规范内容作为理论基础，以电信运营支撑平台作为课题的应用背景，并以朗 新开发的宽带计费系统i n e t 为例，根据它的多层分布式的架构模式，来进一 步论述c o r b a 在这一类系统中的应用。 1 1 论文的研究背景 c o r b a ( c o m m o no 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 ，公共对象请求代理 结构) 是由o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，对象管理组织) 于1 9 9 9 年1 0 月出版的一个规范，它是对o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ，对象请求代理) 的 一种具体实现，其成果已形成商品，在世界上逐步得到广泛的使用。 1 1 1o m g 简介 o m g 是一个成员开放，非盈利性的国际组织。它的用户包括信息系统的 产品提供商、软件开发商讯最终用户。从1 9 8 9 年成立至今，o m g 一直致力 于促进软件开发过程中面帮象技术的理论和实际应用的发展。在o m g 所 推出和建立的工业标准和对象管理规范中，主髫都是为应用软件的开发提供 一种公共软件体系结构，以实现分布式异构环境下面向对象软件的可重用性、 可移植性和互操作性。 迄今为止，o m g 大概有8 0 0 个成员，其中包括如：s u n 、d i g i t a l 、 m i c r o s o f t 、i b m 、c o m l ：眦l 、a o l 、h p 、b o f l a n d 和i o n a 等一些国际上非常 知名的从事计算机及相关行业的公司。除了c o r b a 以外，o m g 推出的规范 中较为熟知的有u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，统一建模语言) 用 j ! 查茎望查兰塑主兰垡笙：塞；一 一 于在面向对象的开发中，提供语法和语义上简单、一致、通用的定义性说明； 有o m g 的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 ，接口定义语言) 用来描 述产生对象调用请求的客户对象和服务对象之间的接口。 o m g 也是国际标准化组织的一个重要的文献提供者，其中如i d l 等规范 已经成为国际标准化组织的标准。 1 1 2c o r b a 简介 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代 理体系结构) 是由o m g ( 对象管理组织，o b j e c t m a n a g e m e n t g r o u p ) 提出的 应用软件体系结构和对象技术规范，其核心是一套标准的语言、接口和协议， 以支持异构分布应用程序间的互操作性及独立于平台和编程语言的对象重 用。 1 c o r b a 产生的背景 近年来，随着互联网技术的日益成熟，公众及商业企业正享受着高速、 低价网络信息传输所带来的高品质数字生活。但是，由于网络规模的不断扩 大以及计算机软硬件技术水平的飞速提高，给传统的应用软件系统的实现方 式带来了巨大挑战。 首先，在企业级应用中，硬件系统集成商基于性能、价格、服务等方面 的考虑，通常在同一系统中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 及平滑升级能力带来了严重问题。 另外，随着基于网络的业务不断增多，传统的客户i j l i 务器( c s ) 模式 的分布式应用方式越来越显示出在运行效率、系统网络安全性和系统升级能 力等方面的局限性。 c o r b a 的提出解决了分布式计算环境( d c e ，d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ) 中不同硬件设备和软件系统的互联，增强网络间软件的互操作 性，解决传统分布式计算模式中的不足等问题，使构造灵活的分布式应用系 统成为可能。 正是基于面向对象技术的发展和成熟、客户服务器软件系统模式的普遍 应用以及集成已有系统等方面的需求，推动了c o r b a 技术的成熟与发展。 作为面向对象系统的对象通信的核心，c o r b a 为当今网络计算环境带来了 真正意义上的互联。 2 c o r b a 的发展历程 北方交通人学坝j j 学位论文 1 9 9 0 年】j 月，o m g 发表对象管理体系指南，初步阐明了c o r b a 的思想； 1 9 9 1 年1 0 月，o m g 推出1 0 版，其中定义了接口定义语言( i d l ) 、 对象管理模型以及基于动态请求的a p i 和接口仓库等内容； 1 9 9 1 年1 2 月，o m g 推出了c o r b ai 1 版，在澄清了1 0 版中存在 的二义性的基础上，引入了对象适配器的概念； 1 9 9 6 年8 月，o m g 基于以前的升级版本，完成了2 0 版的开发，该 版本中重要的内容是对象请求代理间协议( b o p ，i n t e m e ti n t e r - o r b p r o t o c 0 1 ) 的引入，用以实现不同厂商的o r b 真正意义上的互通； 1 9 9 8 年9 月，o m g 发表了c o r b a 2 3 版，增加了支持c o r b a 对象 的异步实时传输、服务质量规范等内容。目前，宣布支持c o r b a2 3 规范的中间件厂商包括i n p r i s e ( b o r l a n d ) 、i o n a 、b e as y s t e m 等著名 的c o r b a 产品生产商。 3 c o r b a 体系结构概述 c o r b a 规范充分利用了现今软件技术发展的最新成果，在基于网络的 分布式应扇环境下实现应用软件的集成，使得面向对象的软件在分布、异构 环境下实现可重用、可移植和互操作。其特点可以总结为如下几个方面： 1 ) 引入中间件( m i d d l e w a r e ) 作为事务代理，完成客户机( c l i e n t ) 向 服务对象方( s e r v e r ) 提出的业务请求( 引入中间件概念后分布计算模式如图 i 1 所示) ： 图1 1 引入中间件后客户机与服务器之间的关系 2 ) 实现客户与服务对象的完全分开，客户不需要了解服务对象的实现 过程以及具体位置( 参见图1 2 所示的c o r b a 系统体系结构图) ； 北方交通人学坝i j 学位论文 图1 2c o r b a 系统体系结构图 3 ) 提供软总线机制，使得在任何环境下、采用任何语言开发的软件只 要符合接口规范的定义，均能够集成到分布式系统中； 4 ) c o r b a 规范软件系统采用面向对象的软件实现方法开发应用系统， 实现对象内部细节的完整封装，保留对象方法的对外接口定义。 在以上特点中最突出的是中间件的引入在c o r b a 系统中称为对象 请求代理( o r b ，o b j e c t r e q u e s t b r o k e r ) 和采用面向对象的开发模式。 对象模型是应用开发人员对客观事物属性和功能的具体抽象。由于 c o r b a 使用了对象模型，将c o r b a 系统中所有的应用看成是对象及相关操 作的集合，因此通过对象请求代理( o r b ) ，使c o r b a 系统中分布在网络中 应用对象的获取只取决于网络的畅通性和服务对象特征获取的准确程度，而 与对象的位置以及对象所处的设备环境无关。 4 c o 砌a 的主要应用方向及中间件产品介绍 c o r b a 规范的推出，重新调整了客户机与服务器之间的关系。客户机 可以向服务器提出事务请求，同时也可以为下一个请求充当服务器角色。 由于c o r b a 系统引入了中间件的概念，即事务代理，由中间件完成客 户机与服务器之间的通信，使得服务器对于客户机的位置相对透明，取消了 原有分布式计算模型中客户机、服务器之间的一一对应关系。c o r b a 客户 机可以在运行时动态获得服务对象的位置，并且可以对多个服务对象提交事 务请求，因此，极大推动了分布计算的发展。 分布计算是指网络中两个或两个以上的软件相互共享信息资源。这些软 件可以位于同一台计算机中，也可以部署在网络节点的任意位置。基于分布 式模型的软件系统具有均衡运行系统负载、共享网络资源的技术优势。 另外，c o r b a 规范约束采用面向对象的分布式软件的构造方法，以接 ! ! 互窒望盔兰堡生兰些笙兰 一一一 口定义语言的形式实现对象内部细节的完整封装，从而降低了软件系统的复 杂程度，增加了软件功能的可重用性。c o r b a 提供到c ，c + + 、j a v a 、s m a l l t a l k 等高级语言的映射，很大程度地减小了对程序设计语言的依赖性，使软件开 发人员可以在较大范围内共享已有成果。 正是以上特点推动了分布式多层软件体系结构的发展。目前，c o r b a 技术在银行、电信、保险、电力和电子商务领域都有广泛的应用。 软件市场中能够见到的c o r b a 中间件产品很多，但基于不同公司的产 品战略以及研发方向，各个产品在服务性能、对高级语言的支持和所依赖的 系统平台方面有很大区别。表1 ，1 给出了几种主要的c o r b a 产品的比较。 表1 1 主要c o r b a 产品列表 产品 支持语言呆用协 z提供服务擞型支持平台 v i f i b r o k c r ) i ，f + + j a - _ - o p n = n k q t - 1 h i i f “o n ， $ o l w l s w h 郴n 丁、 e c l d ，s c t - m 箨l 西u # 并 m mn 0 p n m “a $ - e 日m i h i 并 8 肘t 0 5 n 蓦 s 啪t d l 、c + + j mn o p n ，抽q l i f t c y c i 、e v e n t 、 s d t 出、w t 由非t p r o p 由 i 。n ) l 、c + + 、j 0 憎-o p n m 由q t t r t 幽l t e v c 眦、 s o t m i i w m n - c o b o l d is t m 晰幛咖# 谛 b e “n c v c k s c t r i t y ， s o l t r l s w 瑚，n t 。 t r s m a c d o r 蒋l j l l | - l 并 ”i d l c + + j 删o p 1 ) c e n a a 面i - t | 曲l l ，e v 饥、 s o l m i s 阱啊t 、 s e u r 时箨i j 臼x 碍 1 2 论文的应用背景介绍 本论文主要研究c o r b a 在宽带计费系统的应用，宽带计费系统是电信 运营支撑平台的一个重要组成部分。不仅是在宽带计费系统中，即使在电信 运营支撑系统这个领域中，c o r b a 都有着极为广泛的应用，这是因为电信 运营支撑系统都有着较为统一的架构模式。它们都遵循电信管理论坛提出了 新一代电信运营支撑系统的架构规范电信运营图。在电信运营图中，对 电信业务处理框架分成若干个层次：如客户界面管理层、客户服务层、业务 开发与运营层、网络与系统管理层等。而每一层中，还规定了许多业务过程， 如：客户服务层的销售、订单处理、客户问题处理、客户q o s 管理、发票与 收费等处理过程；业务开发与运营层的业务规划与发展、业务问题处理、业 务质量管理、计费帐务处理等等一系列处理过程。 这就决定了电信运营支撑系统是一个多层的分布式的综合性的业务处理 北方交通人学碳i j 学位论文 平台。而以客户为中一t b 这种平台必须有一定的统一性，需要实现统一界面、 统一平台、统- - n 务、统一标准和统质量的要求；具有统一的业务处理和 管理流程、统一的接口、统一的协议以及统一的数据格式；需要具有较强的 实时处理能力，具有良好的扩展性，以满足新业务、新服务的开展。 i n e t 是朗新公司开发的一个主要应用于宽带的电信计费系统，它的功能 主要包含流量计费原始数据的采集、计费及资费管理、系统管理、帐务管理、 营业及业务资料管理、业务统计分析、综合查询部分的的开发等。作为一个 宽带的运营支撑平台，i n e t 也遵循了电信管理论坛提出的电信运营图的模式， 将自己的系统结构设计为四层，应用层、业务逻辑层、数据服务层和数据存 储层。每一层可放置于不同的主机上，每一层也可运行于不同的操作系统上。 在这样的系统中，通信中间件的作用相当重要，它必须能够在跨平台、分布 式的环境中很方便的进行交互操作。i n e t 选用了c o r b a 它的通信机制，使 系统在异构分布式环境的互操作变得透明。又由于c o r b a 能够很好的支持 远程对象的调用，使i n e t 有了完善的可扩展性和开放性。 本文将针对c o r b a 在电信计费系统的应用，在以下方面进行研究和探 讨：( 1 ) 基于c o r b a 的系统体系的构筑( 2 ) 基于c o r b a 的负载均衡和性 能优化( 3 ) 其它方面的一些考虑。 1 3 论文的组织安排 本文的主要内容安排如下： 第一章绪论：介绍了c o r b a 的产生和发展和c o r b a 在分布式异构环 境中的应用优点。并根据电信运营支撑系统的架构模式说明c o r b a 在其中 得到广泛应用的原因。 第二章i n e t 的系统的架构模型：对二层客户，服务器结构和三层( 多层) 结构进行的分析和比较，论证i n e t 宽带业务计费系统选用多层系统结构的依 据。又从多层系统的特点出发，论述了i n e t 选用c o r b a 的必要性。 第三章i n e t 系统的设计：包括i n e t 的系统结构描述，c o r b a 在系统 设计中的应用，并介绍了系统的事务处理机制和安全机制。 第四章多个并发请求下对系统性能的优化：根据测试结果和分析，提 出了一些较具体的性能优化和系统扩展方案。 第五章i n e t 系统部分模块的程序实现。 第八章结论和展望：对全文进行总结，并提出下一步的研究方向和目 标。 - - 6 一 北方交通人学硕士学位论文 第2 章i n e t 系统的架构模型 2 1 系统结构对电信业务支撑系统的作用 在近几年来，随着互联网应用的发展，电信的数字业务在实现技术，运 营方式、业务内容等方面发生很大的变化。这些变化对电信运营支撑系统的 结构产生了很大的影响，在构筑新的系统时必须考虑以下因素： 1 适应新的电信运营方式的需要。如 从营业模式来说，传统的电信主要是采取柜台化营业方式。为 了拓展业务和方便客户的受理，通过互联网的手段，构建网上虚拟 营业厅在更大程度上消除了时间和地域的限制。 从合作关系上来说，必须能够在系统中融合统一不同运营之间 的服务内容、技术规范、系统资源，以及与商业有关的运营模式方 式。 从商业意识来说，必须在系统中建立完善的客服体系，通过数 据仓库等技术为经营决策提供详细的数据依据。 2 适应扩展的需要。 在当前的新电信环境下，结合电信运营发展的趋势，建设运营 支撑平台，必须要重点考虑如下几个问题： 用户规模从几十万扩充到几千万的时候，运营支撑系统如何能 够得到满足? 对于新的业务，或新的电信运营商，初始时期，可能 只会达到几十万或更小的规模，因此，在运营初期，为了节省投资， 采用少量的低档次的硬件设备。当用户数急剧增大时，需要在不改 变运营支撑平台的体系结构的基础上，仅仅靠增加或升级硬件设备， 就能够在大规模的用户情况下，充分保证系统的性能。 运营商提供的服务从几十个扩充到几千个的时候，运营支撑系 统如何能够得到满足? 这个问题实际上是对系统业务扩展性的要 求。未来会出现什么业务，很难精确预料出来。运营支撑平台不能 出一个业务，就换一套系统。应该是可无限扩展和无缝升级的。 综合考虑上述因素，要设计一个适应新电信环境下的运营支撑平台，必 须从平台框架、业务支撑管理、系统间信息交互、系统应用架构等方面出发， 以很好地满足用户规模和业务的扩展。具体的说它必须有以下特点： 北方交通人学坝【j 学位论文 可伸缩性。当新开展某项电信业务、或新的运营商进入电信领域时，用 户数量可能处于一个较小的规模，在此小规模的情况下，需要考虑系统 的投资；随着业务的不断发展，用户规模将不断扩大，此时需要重点保 持优异的性能。在小规模的情况下，系统的任务由体系结构中的一台或 少数几台服务器来执行，在大规模用户情况下，可以用多台服务器分摊 系统功能，同时进行负载均衡，从而支持高性能的事务处理。 可扩展性。系统必须具有处理新业务模型的能力，新的业务处理流能够 很轻易地增、删、改；能够及时采用和使用新技术的能力，能够适应不 断增长的环境的能力( 用户规模、网络规模、服务等) 。 可靠性。必须能够采用了多台服务器进行功能分担和负载均衡，当任意 其中一台出现故障，均可以由系统中其他服务器进行功能接管。确保功 能使用的完整性和数据的一致性。 系统的层次结构与上述的特点的实现有着紧密的关系，如何体现可伸缩 性、可扩展性，可靠性，必须从系统结构的选择着手。 2 2 系统层次结构的选择 2 2 1 传统客户朋艮务器结构的分析 2 0 世纪8 0 年代兴起的客户服务器体系结构应用，是伴随着网络数据库 ( 如o r a c l e 、i n f o r m i x 和s y b a s e 等) 和d e s k t o p 图形交互窗口应用及开发技 术发展而逐渐形成的。它将一个复杂的网络应用的图形用户交互界面 ( g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ，g u i ) 和业务应用处理与数据库访问以及处理相分 离，服务器与客户端之间通过消息传递机制进行对话，由客户端发出请求给 服务器，服务器进行相应的处理后经传递机制送回客户端。对数据库的大量 操作通过远程数据库访问的方式交给了后台数据库服务器去完成，提高了用 户间反应速度，降低客户端对c p u 处理能力的要求，应用开发简单且具有较 多功能强大的前台开发工具。 在传统的电信运营系统中，如本地网或移动计费系统中，多采客户朋务 器模式的两层结构。将营业、帐务、计费等业务逻辑以及操作界面放在客户 端，服务器端用于存放数据。由于中间环节较少，这样的结构实现较简单， 在用户少时，也有较好的性能。 但是一般采用的客户n 务器体系结构存在着很大的弊病 由于应用处理留在客户端，使得在处理复杂应用时客户端应用程序 过于臃肿，限制了对业务处理逻辑变化适应和扩展能力，当访问数 北方交通大学颂学位论文 据量增大和业务处理复杂时，客户端往往变成瓶颈。 在采用远程数据库访问数据库模式( o d b c 、s q l ) ，客户端与后台 数据库服务器数据交换频繁，且数据量大，当大量用户访问时，易 造成网络瓶颈。 客户端的各个程序模块耦合过紧。使得用户的需求的任何变化，包 括处理逻辑或用户界面，都会导致整个程序需要重新编译、安装， 使得客户服务器结构中数据库应用系统可维护性变差。无法完成机 中管理与分布计算 在两层结构中，数据库服务器端多采用存储过程，它有很多不足： 编程语言专用、功能有限、处理能力差、难以支持全局交易、没有 独立的进程管理、相互之间缺乏通讯机制等等。 客户机服务器 。 i图2 1 两层结构应用软件模型 由上可见，两层应的客户，服务器结构应用程序模型，它的伸缩性不够好， 而且客户端程序在运行时，占用了大量的系统资源和网络资源。随着应用程 序业务逻辑及复杂性的不断增大，其开发工作的难度也越来越高。 2 2 2 多层结构模式的提出 1 9 9 6 年l o 月1 日，o r a c l e 公司向业界发表了网络计算体系结构( n e t w o r k c o m p u t i n g + a r c h i t e c t u r e ，n c a ) 。它是客户层，应用服务器层数据库层的三层 结构模式。虽然，该模式最初侧重于i n t e r n e t i n t r a n e t 应用，但三层结构的思 想已广泛应用于软件开发的各个方面。 在n c a 结构中，客户端与数据库或其他资源管理器之间加进了一个中间 层，即应用服务( a p p l i c a t i o ns e r v i c e ) 层。相对于以数据库为中心的两层客 户层数据库层服务器模型，三层结构模型( 应用程序层，应用服务器层，数据 库层) 将应用的业务逻辑和用户界面分离，从而使应用开发人员能专注于应 用核心业务逻辑的分析、规划和设计，快速建立应用系统的核心业务功能原 型。此外，界面表示和业务逻辑的明确划分，也使用户能更有效地管理应用 系统。对具有成百上千个客户的两层结构系统来说，经常性的更新、升级系 - 9 - 北方交通人学硕士学位论文 统是一项十分棘手的工作，尤其是当系统已经投入实际运行后更是如此。三 层模型将用户交互的表示部分与内部的业务逻辑分开，这样，对业务逻辑的 一些修改甚至数据库模式的改动通常都不会要求客户端的改动。而且，将核 心业务逻辑组件和表示逻辑及数据层划分开，可以在服务级别上非常有效地 管理应用的运行。这种模式可以动态地管理消息流程和服务请求、快速启动 和停止服务器、根据变化的负荷复制服务器、动态地广播、撤消服务器中的 服务以及将服务从一个服务器转移到另一个服务器等等。这些对中间层应用 服务级别上的管理大大增加了分布式应用的伸缩性和灵活性。 在n c a 结构中，客户机运行浏览器软件，浏览器使用h t t p 协议向应用 服务器层发送请求，应用服务器收到客户的请求后，一方面，从数据库服务 器中提取数据，另一方面。响应客户请求。 ，e n 文c 的体系结构逐渐被其它的系统所采用，形成了较为流行的三层或多 层系统结构模式。d 。槔系结构中的浏览器端所有计算已移到应用服务器 中，并将业务逻辑( b u s i n e s sl o g i c ) 集中放在应用服务器上，故此应用服务 器层也称为中间业务逻辑层。这就是三层结构的核心思想。 三层应用结构如图2 所示。 客户机应用服务器数据库服务器 图2 2 三层结构应用软件模型 目前，多层应用程序已成为主流。它能够满足应用程序的两种需求，即 可伸缩性( 或可扩展性) 和i n t e m e t i n t r a n e t 应用。三层或多层结构的应用程 序把业务逻辑独立出来，组成一层或多层，这样就形成了客户端的客户层、 中间业务逻辑层( 可细化为多层) 和后端数据库服务器层。这样的结构，除 了针对的两层的弊端进行完善后，还带来下述耐的好处： l 1 多层系统使各个层的功能之间的耦合较松，有利于各个层程序的开 发与扩展。如：在客户端程序的开发可以不必关心业务逻辑是如何 访问数据库的，只需把精力集中在人机界面上即可，有利于提高客 户端程序开发速度。 2 将中间业务逻辑层与客户端程序独立出来，使系统具有更好的可伸 缩性，适应系统不断扩展和升级的需要。 一l o 韭查奎塑盔堂堡主鲎堡垒塞 3 数据服务层主要提供对数据库进行各种操作的方法。它主要由中间 业务逻辑层来调用并完成业务逻辑，当数据库的结构确定后，对于 它的改动也就比较小了。 4 系统的安全性得以提高。它可以对每个业务功能组件进行授权，限 制了非法访问；他也避免了客户直接访问数据库服务器。 5 有利于在负荷较大时，对系统的每一层进行扩展，采用分布式计算， 环节系统的负荷压力，提高系统性能。 基于上述比较后，为了适应新电信业务运营的需要，i n e t 宽带计费系统 摒弃传统窄带业务系统中常用的二层结构，采用了具有更高的可扩展性、可 伸缩性，运行可靠性的分布式多层结构。 i n e t 的架构模型如下图，它分为为四层( 图3 1 ) ：应用程序层( a p l i c a t i o n l a y e r ，a l ) 、业务逻辑层( b u s i n e s s - l o g i cl a y e r ，b l ) 、数据转换层 ( c o n v e r t i n g o b j e c t sl a y e r ，c l ) 和数据存储层( d a t a b a s el a y e r ，d l ) 。每 一层的具体功能及实现详见下一章。 图2 3i n e t 系统结构图 2 3 中间件的选择 尽管多层次的系统结构具有很多优点，但在实现中容易引发如下问题 异构问题。由于功能上的分层，系统的每一部分可能会独立的进行 开发和运行，因而每一层可能会存在不同的开发和运行平台。而且， 随着系统的扩展，会有不同的软硬件平台的主机被集成到现有的系 统中，需要与原有的系统实现无缝的连接。这些都需要通过一定的 技术手段来解决跨平台操作的标准化问题。在多层结构中，各个层 可能会使用不同的编程语言，例如，由于对w e b 有较好的支持，客 北方交通大学硕士学位论文 户界面多使用j a v a 语言来实现；在实现业务逻辑层时，可能会使用 功能较强的c + + 。在这种情况下，需要考虑不同编程语言的互操作 问题。 多层结构可能会使系统的物理结构进一步扩展，使网络的拓扑更加 复杂。当不同层位于不同主机时，需要屏蔽网络细节，使层与层之 间的调用透明。 多层结构在扩展时会使系统的分布式事务的实现更加复杂。 解决上述问题最好的途径就是在系统中使用中间件。 中间件是一个用a p i 定义的软件层，是具有强大通信能力和良好可扩展 性的分布式软件管理框架。它能够屏蔽网络硬件平台的差异性和操作系统与 网络协议的异构性，使应用软件能够比较平滑地运行于不同平台上，解决分 布式异构环境下应用系统互操作性问题。中间件是处在操作系统与应用程序 之间的应用系统支撑软件。作为存在于系统软件与应用之间的特殊层次，它 可以为不同的编程语言之间提供符合标准和协议规范的接口，对典型的应用 模式进行抽象，从而使应用软件制造者可以更多地将思路放在业务逻辑而不 是使用何种语言，并基于标准的形式进行开发，这样就使软件多构架化成为 可能。 2 3 1 主要中间件的分类 中间件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。因此，在不同的角度或不同的层次上，对中间件的分类也 会有所不同。由于中间件需要屏蔽分布环境中异构的操作系统和网络协议， 它必须能够提供分布环境下的通讯服务，这种通讯服务又称之为平台。基于 目的和实现机制的不同，平台可以分为以下主要几类： 远程过程调用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，r p c ) 面向消息的中间件( m e s s a