面向SCM的物聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)服務(wù)及應(yīng)用中間件技術(shù)

陳廷斌，袁磊，張明會(huì)

(大連東軟信息學(xué)院 信息技術(shù)與商務(wù)管理系，遼寧 大連 116023)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)(the Internet of Things，IOT)是通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)［1］，目前在國內(nèi)外已得到了較為廣泛的應(yīng)用.而現(xiàn)代的供應(yīng)鏈管理(Supply Chain Management，SCM)需要應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)系統(tǒng)的信息可視性與智能化、系統(tǒng)的無縫集成化等，從而實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、集成合作與信息共享.但供應(yīng)鏈中存在眾多的異構(gòu)應(yīng)用、信息孤島與知識片斷，目前的供應(yīng)鏈協(xié)同主要基于分布式組件技術(shù)，這種技術(shù)架構(gòu)無法突破平臺(tái)差異、協(xié)議差異等限制，也不能滿足業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)多變、知識縱深共享與即時(shí)擴(kuò)展的需求，如何在上述環(huán)境下實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的可視化已成為供應(yīng)鏈管理亟待解決的難題［2］.

為了實(shí)現(xiàn)集成化供應(yīng)鏈平臺(tái)的業(yè)務(wù)協(xié)同合作與信息共享，并構(gòu)建業(yè)務(wù)需求驅(qū)動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)融合體系，本文采用以動(dòng)態(tài)服務(wù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)多層體系結(jié)構(gòu)［3］，通過物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中間件技術(shù)及多層關(guān)鍵技術(shù)融合與集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)由業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的海量數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與整合，從而支持供應(yīng)鏈分布式應(yīng)用從信息感知化→服務(wù)互聯(lián)化→智能化的海量數(shù)據(jù)處理的協(xié)同轉(zhuǎn)變過程，提供具有可信性、有效性、協(xié)同性的業(yè)務(wù)支撐技術(shù)融合體系.

1 供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)協(xié)同場景分析及問題描述

供應(yīng)鏈的業(yè)務(wù)協(xié)同過程需要多個(gè)企業(yè)參與，包括:核心企業(yè)、供應(yīng)商、分銷商、零售商、第三方物流等企業(yè)，業(yè)務(wù)協(xié)同是個(gè)復(fù)雜的企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的交互過程.下面以制造業(yè)為例來說明基于物聯(lián)網(wǎng)的供應(yīng)鏈協(xié)同過程和詳細(xì)場景，詳見圖1.

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的制造業(yè)供應(yīng)鏈協(xié)同場景

目前基于物聯(lián)網(wǎng)的供應(yīng)鏈協(xié)同存在的問題如下:①各種協(xié)同業(yè)務(wù)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，需要過多的手工參與;②各種業(yè)務(wù)活動(dòng)復(fù)雜、繁瑣，不同企業(yè)面臨的應(yīng)用場景不同;③客戶需求復(fù)雜，業(yè)務(wù)活動(dòng)需要和客戶頻繁溝通，不能自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)信息和客戶信息系統(tǒng)間實(shí)時(shí)交互和共享;④基于物聯(lián)網(wǎng)的供應(yīng)鏈應(yīng)用只局限于簡單的信息傳遞功能，不能夠自動(dòng)根據(jù)給定策略完成完整的供應(yīng)鏈過程;⑤供應(yīng)鏈過程的規(guī)則不能動(dòng)態(tài)根據(jù)用戶需求在給定的不同的外部信息系統(tǒng)提供的服務(wù)的范圍內(nèi)比較、選擇;⑥供應(yīng)鏈過程的規(guī)則固定、單一，修改困難，對供應(yīng)鏈服務(wù)的描述單一，從而不能靈活、完整的表達(dá)出客戶對供應(yīng)鏈過程的要求.

針對以上問題，本文提出了基于中間件的供應(yīng)鏈協(xié)同框架，在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用背景下，可以逐漸完善業(yè)務(wù)規(guī)則，完成一個(gè)智能的協(xié)同供應(yīng)鏈框架.

2 可擴(kuò)展的物聯(lián)網(wǎng)分層體系結(jié)構(gòu)

基于上述業(yè)務(wù)場景分析，本論文采用SOA體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)，通過Web服務(wù)的封裝與組合、快速的服務(wù)重構(gòu)完成從數(shù)據(jù)到信息，從信息到知識的業(yè)務(wù)價(jià)值的層次轉(zhuǎn)化，從而將物聯(lián)網(wǎng)的基本三層體系結(jié)構(gòu)(感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層)進(jìn)一步擴(kuò)展，得出基于Web服務(wù)的四層擴(kuò)展物聯(lián)體系結(jié)構(gòu):感知層、傳輸層、信息整合層及應(yīng)用服務(wù)層，如圖2所示:

圖2 基于Web服務(wù)的擴(kuò)展的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，分層自優(yōu)化與跨層優(yōu)化機(jī)制與協(xié)同感知的異構(gòu)網(wǎng)自治與融合方法成為熱點(diǎn)研究問題.

(1)物聯(lián)網(wǎng)分層自優(yōu)化與跨層優(yōu)化機(jī)制

主要是在物聯(lián)網(wǎng)可擴(kuò)展理論體系模型研究基礎(chǔ)上，通過在感知、傳輸、整合、服務(wù)等各個(gè)層次上的自優(yōu)化及跨層優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體性能的優(yōu)化目標(biāo).主要有以下兩部分內(nèi)容:①物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)優(yōu)化機(jī)理研究.通過運(yùn)用約束優(yōu)化等理論和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的物理、通信及計(jì)算機(jī)等資源的優(yōu)化利用，面向?qū)崟r(shí)可靠等系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)計(jì)符合物聯(lián)網(wǎng)特性的系統(tǒng)優(yōu)化機(jī)制;②跨層協(xié)作的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議棧研究.基于路由信息進(jìn)行跨層優(yōu)化的組通訊協(xié)議，建立跨層協(xié)作的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議棧，使得用戶終端的應(yīng)用程序可以依據(jù)業(yè)務(wù)需求主動(dòng)選擇傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)各層次間的聯(lián)合優(yōu)化.

(2)協(xié)同感知的異構(gòu)網(wǎng)自治與融合方法

針對物聯(lián)網(wǎng)的感知互動(dòng)、虛實(shí)交融、異構(gòu)復(fù)雜等特性，綜合運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論和技術(shù)，研究融合的集成方案，通過物聯(lián)網(wǎng)語義信息與決策需求的逆向解析與任務(wù)分解，研究適應(yīng)主動(dòng)感知的分層協(xié)作處理與決策機(jī)制.

3 基于可定制的中間件物聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)服務(wù)架構(gòu)

3.1 RFID與Web服務(wù)集成中間件技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)感知層中，由RFID采集得到海量數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過傳輸層進(jìn)行傳輸處理，并為應(yīng)用層提供資源.為了增加帶 RFID標(biāo)記的物品的可見性，需要?jiǎng)?chuàng)建具有網(wǎng)關(guān)RFID的Web服務(wù)，將內(nèi)部Web服務(wù)連接到集成服務(wù)器，然后再通過SOA實(shí)現(xiàn)服務(wù)互聯(lián)化，RFID與Web服務(wù)的結(jié)合可以跨越企業(yè)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)信息的采集、交換與共享，其處理流程見圖3所示.

通過RFID技術(shù)與Web Services的結(jié)合構(gòu)建一種面向消息的中間件(Message—Oriented Middleware，MOM)，RFID通過XML和PML技術(shù)定義數(shù)據(jù)接口并對物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行描述，并以消息(Message)的形式從一個(gè)程序以異步(Asynchronous)的方式傳送到另一個(gè)或多個(gè)程序.RFID中間件包含的功能不僅是傳遞信息，還包括安全性、錯(cuò)誤恢復(fù)、解譯數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)廣播、定位網(wǎng)絡(luò)資源等高級服務(wù)，這種融合技術(shù)能使網(wǎng)絡(luò)上不同端點(diǎn)更容易地共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和事務(wù)處理.在RFID與Web服務(wù)技術(shù)集成應(yīng)用實(shí)施過程中，物聯(lián)網(wǎng)還將結(jié)合以下四個(gè)模塊的研究:信息安全、漏洞管理、威脅檢測以及響應(yīng)和策略的管理與監(jiān)視.

圖3 RFID的Web服務(wù)數(shù)據(jù)處理流程

3.2 基于固定策略或規(guī)則的動(dòng)態(tài)Web服務(wù)組合技術(shù)

面向物聯(lián)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)服務(wù)組合應(yīng)用中間件技術(shù)與方法將主要研究基于固定策略的動(dòng)態(tài)Web服務(wù)組合中間件技術(shù)與基于規(guī)則的動(dòng)態(tài)Web服務(wù)組合中間件技術(shù).前者在動(dòng)態(tài)Web服務(wù)組合過程采用單一的規(guī)則策略，而后者則可以選擇多規(guī)則.

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用集成、面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)、大量高并發(fā)事件驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用自動(dòng)關(guān)聯(lián)和智能協(xié)作問題是物聯(lián)網(wǎng)高層次研究的重要內(nèi)容.本論文采用Web服務(wù)發(fā)現(xiàn)和Web服務(wù)匹配實(shí)現(xiàn)服務(wù)的組合實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信息的整合處理，并通過語義的方法進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)匹配［4］，對UDDI中心進(jìn)行擴(kuò)展，使其支持QoS指標(biāo)，完成更加滿足用戶需要的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)匹配，并為基于固定策略的動(dòng)態(tài)Web服務(wù)組合中間件技術(shù)提供支持，該框架如圖4所示.

圖4 Web服務(wù)組合實(shí)現(xiàn)框架

圖5 可定制模板的動(dòng)態(tài)Web服務(wù)組合中間件

服務(wù)組合的請求端在進(jìn)行服務(wù)組合時(shí)，給中間件發(fā)送組合請求.服務(wù)組合中間件根據(jù)請求的組合模板編號將組合所需的BPEL文件及WSDL文件發(fā)送給組合請求端，組合請求端在獲得BPEL文件和WSDL文件后，進(jìn)行正常的服務(wù)組合過程.在服務(wù)組合完成之后，將Web服務(wù)的Qos指標(biāo)信息發(fā)送給服務(wù)組合中間件，中間件更新Qos信息.工作流選擇是服務(wù)組合中間件端的主要模塊，包括服務(wù)組合中間件和UDDI服務(wù)器的交互，服務(wù)組合中間件中引入了多個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括工作流模板、Web服務(wù)信息、Qos信息、服務(wù)組合信息、選擇策略、工作流模板、選定工作流模板［5］，如圖5所示.

3.3 基于Qos的可定制中間件設(shè)計(jì)

隨著Web服務(wù)數(shù)量的不斷增加，服務(wù)請求者在服務(wù)功能滿足需要的情況下，對服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高，Qos的作用越來越大，因此對Web服務(wù)的Qos進(jìn)行明確的描述必要的［6］，本文應(yīng)用如附表所示的組合服務(wù)Qos模型.

附表 組合服務(wù)Qos模型

在物聯(lián)網(wǎng)Web服務(wù)組合技術(shù)方面，動(dòng)態(tài)Web服務(wù)組合技術(shù)在上一節(jié)的固定策略的中間件的基礎(chǔ)上，可以采用動(dòng)態(tài)的策略進(jìn)一步擴(kuò)展中間件的功能.這種策略采用基于Web服務(wù)Qos指標(biāo)和Web服務(wù)參數(shù)的規(guī)則進(jìn)行描述，具體過程如圖6所示.

3.4 基于智能評價(jià)的可定制中間件設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)感知層獲取的信息不斷以幾何級數(shù)增長，并形成海量數(shù)據(jù).為了實(shí)現(xiàn)從海量數(shù)據(jù)中高效率的提取、分析、處理有效數(shù)據(jù)，需要將物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)功能封裝成大量的Web服務(wù)，于是對于大量的Web服務(wù)進(jìn)行智能的調(diào)度與評價(jià)成為熱點(diǎn)問題.在本流程中可以采用模糊綜合評判法，并將Web服務(wù)的智能調(diào)度與評價(jià)功能封裝成中間件.在服務(wù)請求者和服務(wù)注冊服務(wù)器之間增加一種模糊評價(jià)機(jī)制，針對Web Services的模糊評價(jià)方法，動(dòng)態(tài)建立多維指標(biāo)評價(jià)模型，如圖7所示.

圖6 基于規(guī)則的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的服務(wù)組合中間件設(shè)計(jì)

圖7 在UDDI模型中加入評價(jià)機(jī)制

智能評價(jià)中間件的設(shè)計(jì)主要是在UDDI模型的查找過程中，擴(kuò)展增加了Web服務(wù)評價(jià)方法，從而在物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)處理的環(huán)境中提高各種Web服務(wù)請求與響應(yīng)以及組合的效率.其具體流程如下:

(1)首先服務(wù)請求者輸入要求指標(biāo)項(xiàng)和相應(yīng)的指標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)請求指標(biāo)項(xiàng)的優(yōu)先級為指標(biāo)項(xiàng)確定評價(jià)優(yōu)先級(或權(quán)重);

(2)然后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)這些輸入的指標(biāo)項(xiàng)和指標(biāo)項(xiàng)上分配的優(yōu)先級(或權(quán)重)建立評價(jià)模型;

(3)最后系統(tǒng)根據(jù)此模型找出最接近服務(wù)請求者要求的Web Service，并將結(jié)果反饋給服務(wù)請求者.

通過設(shè)計(jì)面向Web服務(wù)的智能調(diào)度與評價(jià)中間件，優(yōu)化了Web服務(wù)調(diào)度與評價(jià)流程，使得對物聯(lián)網(wǎng)上錯(cuò)綜復(fù)雜的Web服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理，實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)評價(jià)的智能性、可移植性、平臺(tái)無關(guān)性.對于指標(biāo)的確定，按照服務(wù)請求者的需求將指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)，給予其權(quán)重，同時(shí)，權(quán)重的確定還需要服務(wù)請求者的再次確認(rèn)，只有當(dāng)用戶確定權(quán)重符合其要求后，再進(jìn)行后續(xù)工作，使得該方法更加人性化.另外，在對指標(biāo)進(jìn)行處理時(shí)，采用了動(dòng)態(tài)處理的方式，首先建立了指標(biāo)庫，并且該指標(biāo)庫可以隨著實(shí)際問題的解決而進(jìn)行擴(kuò)充.在指標(biāo)庫的基礎(chǔ)上，使得服務(wù)請求者可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇符合自己意愿的指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)的動(dòng)態(tài)化與個(gè)性化.

4 結(jié)論

本文通過中間件可以對物聯(lián)網(wǎng)中間層在服務(wù)組合模板、服務(wù)組合規(guī)則、服務(wù)Qos及Qos規(guī)則、服務(wù)自定義指標(biāo)等方面進(jìn)行定制，使物聯(lián)網(wǎng)能夠自動(dòng)的根據(jù)相關(guān)策略完成復(fù)雜的供應(yīng)鏈活動(dòng)，相關(guān)策略可以在中間件軟件不變的情況下根據(jù)業(yè)務(wù)活動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行定制，滿足多樣的業(yè)務(wù)邏輯需求，實(shí)現(xiàn)企業(yè)之間資源的充分共享、調(diào)配與均衡，提升供應(yīng)鏈企業(yè)的協(xié)作決策、知識共享能力和運(yùn)作效率.基于本文的研究成果，可以通過建立基于業(yè)務(wù)的計(jì)算無關(guān)模型，來描述制造業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)協(xié)同;然后利用SOA的動(dòng)態(tài)服務(wù)思想，將計(jì)算無關(guān)的業(yè)務(wù)協(xié)同模型轉(zhuǎn)換為一個(gè)平臺(tái)無關(guān)服務(wù)協(xié)同模型，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)相關(guān)模型的設(shè)計(jì);最后可建立物聯(lián)網(wǎng)Web服務(wù)與J2EE的動(dòng)態(tài)集成架構(gòu)——構(gòu)件化松散耦合的設(shè)計(jì)方案.

［1］ITU.The Internet of Things［OB/OL］.http://www.itu.int/osg/internetofthings/InternetofThings_summary.pdf.

［2］沈惠璋，趙繼娣.基于SOA的分布式服務(wù)供應(yīng)鏈信息共享平臺(tái)研究與實(shí)踐［J］.計(jì)算機(jī)工程，2010，36(17):606-610.

［3］陳彥萍，張建科，孫家澤.一種基于混合智能優(yōu)化的服務(wù)選擇模型［J］.計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2010，33(11):2116-2125.

［4］DEORA V，SHAO J，GRAY W A，et al.Modelling quality of service in service oriented computing［C］.Proceedings of the Second IEEE International Symposium on Serviceoriented System Engineering(SOSE)，2006.

［5］張立敏，陳偉安，高春鳴.基于Qos的自適應(yīng)控制中間件研究與應(yīng)用［J］.電腦知識與技術(shù)，2008，36:2684-2686.