裝備保障數(shù)據(jù)集成平臺(tái)

趙 聰，寇德齊，張子偉

(1.裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072;2.72253部隊(duì)，濟(jì)南 250022)

隨著裝備保障信息化建設(shè)的不斷深入，各兵種以及裝備保障各業(yè)務(wù)部門都開發(fā)了一系列的信息管理系統(tǒng)，這些信息管理系統(tǒng)在一定程度上滿足了裝備保障工作的需要。但這些系統(tǒng)在開發(fā)初期沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因此，數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式不統(tǒng)一，并且各類裝備保障數(shù)據(jù)分布在各業(yè)務(wù)分系統(tǒng)中，必然導(dǎo)致決策部門或首長(zhǎng)機(jī)關(guān)無(wú)法進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)匯總、查詢和應(yīng)用，嚴(yán)重影響了對(duì)裝備保障工作的決策和控制，裝備保障信息化建設(shè)的整體效能也無(wú)法得到最大程度的發(fā)揮。

目前集成異構(gòu)數(shù)據(jù)源的體系結(jié)構(gòu)主要有3種:聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和中介集成系統(tǒng)。聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)源之間使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互訪，在集成的數(shù)據(jù)源種類和個(gè)數(shù)限定的情況下容易實(shí)現(xiàn)，但在數(shù)據(jù)源種類繁多并且經(jīng)常變化的情況下，擴(kuò)展性差;數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)將幾個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，主要適用海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，但是由于集成的數(shù)據(jù)是原有數(shù)據(jù)的副本，一方面增加了存儲(chǔ)的負(fù)擔(dān)，另一方面不能反映各異構(gòu)數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)情況;中介集成系統(tǒng)不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)副本，只提供查詢溝通的機(jī)制，當(dāng)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)，必須到各異構(gòu)數(shù)據(jù)源中得到相關(guān)的數(shù)據(jù)，然后利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)造用戶需要的結(jié)果，主要應(yīng)用于對(duì)數(shù)據(jù)響應(yīng)速度要求不高的情況中。

本文在中介集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用XML和Web技術(shù)，提出了裝備保障數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

在對(duì)裝備保障現(xiàn)有的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn)以及信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)數(shù)據(jù)的需求進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo):數(shù)據(jù)集成平臺(tái)不改變現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，如車務(wù)、修理、器材等，而是建立獨(dú)立的中間件系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行抽取、轉(zhuǎn)換和集成;數(shù)據(jù)集成平臺(tái)靈活配置各種集成數(shù)據(jù)源;集成框架應(yīng)支持多種操作系統(tǒng)。

1.2 平臺(tái)框架設(shè)計(jì)

在集成框架中，需集成的數(shù)據(jù)稱為局部數(shù)據(jù)源，分布于各地，它們?cè)诖鎯?chǔ)方式和組織方式上各不相同。為了將這些異構(gòu)的局部數(shù)據(jù)源集成起來(lái)，從各個(gè)局部數(shù)據(jù)源抽取公共部分建立新的數(shù)據(jù)模型，并在局部數(shù)據(jù)源和新的數(shù)據(jù)模型之間建立映射關(guān)系，這個(gè)新的數(shù)據(jù)模型被稱之為全局?jǐn)?shù)據(jù)源，并呈現(xiàn)給用戶。用戶對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)源的操作都可以通過(guò)映射關(guān)系對(duì)應(yīng)到具體的局部數(shù)據(jù)源中，從而屏蔽了數(shù)據(jù)的異構(gòu)性。

裝備保障數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，從下到上分為數(shù)據(jù)層、邏輯層、表示層。

圖1 裝備保障數(shù)據(jù)集成平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

1)數(shù)據(jù)層包括各種異構(gòu)的局部數(shù)據(jù)源和包裝器。其中局部數(shù)據(jù)源可以是Oracle、SQL Server等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以是XML文檔。與以往中介系統(tǒng)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)源分別建立包裝器不同，圖1的架構(gòu)中只采用1個(gè)包裝器來(lái)對(duì)所有局部數(shù)據(jù)源進(jìn)行包裝。收到邏輯層傳過(guò)來(lái)的查詢指令后，從元數(shù)據(jù)庫(kù)中查找映射信息操作局部數(shù)據(jù)源。

2)邏輯層包括中介器和元數(shù)據(jù)庫(kù)。中介器一方面負(fù)責(zé)將表示層傳來(lái)的針對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)源的查詢轉(zhuǎn)換為對(duì)各局部數(shù)據(jù)源的查詢，另一方面將數(shù)據(jù)層返回的結(jié)果整合后發(fā)送給表示層。元數(shù)據(jù)庫(kù)存放局部數(shù)據(jù)源、全局?jǐn)?shù)據(jù)源及它們之間的關(guān)系。中介器以Web Service形式發(fā)布。

3)表示層直接面向用戶。由于邏輯層的中介器采用Web Service發(fā)布，所有可以調(diào)用Web Service的客戶端都可以用于表示層，因此，表示層可以采用多種語(yǔ)言，為用戶提供友好的操作界面。表示層還接收用戶發(fā)出的XQuery查詢指令，將XQuery指令發(fā)送到下面的邏輯層，并接收邏輯層發(fā)來(lái)的查詢結(jié)果。

數(shù)據(jù)集成平臺(tái)主要包括邏輯層和數(shù)據(jù)層。集成平臺(tái)的主要構(gòu)件中介器和包裝器都是以Web Service的形式進(jìn)行發(fā)布的，方便所有用戶調(diào)用。

2 分模塊設(shè)計(jì)

2.1 元數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

元數(shù)據(jù)庫(kù)位于邏輯層，用于存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)源、局部數(shù)據(jù)源及它們之間的映射。為了實(shí)現(xiàn)輕量配置，采用XML文件充當(dāng)存儲(chǔ)介質(zhì)。元數(shù)據(jù)庫(kù)向下層的包裝器提供局部數(shù)據(jù)源的地址信息、數(shù)據(jù)源類型、用戶信息等，實(shí)現(xiàn)1個(gè)包裝器對(duì)多個(gè)局部數(shù)據(jù)源的包裝，并向同層的中介器提供全局?jǐn)?shù)據(jù)源和局部數(shù)據(jù)源的映射信息，實(shí)現(xiàn)全局查詢向局部查詢的轉(zhuǎn)換。

2.2 中介器設(shè)計(jì)

從圖1中可以看出，中介器是集成系統(tǒng)的核心模塊。根據(jù)功能，將中介器劃分為2個(gè)部分:元數(shù)據(jù)處理器和查詢處理器。中介器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 中介器結(jié)構(gòu)

元數(shù)據(jù)處理器負(fù)責(zé)操作元數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，包括全局?jǐn)?shù)據(jù)源管理、局部數(shù)據(jù)源管理和映射關(guān)系管理。查詢處理器進(jìn)行2方面的工作:一方面向上接收表示層發(fā)送的全局查詢語(yǔ)句，將其分解為針對(duì)局部數(shù)據(jù)源的查詢語(yǔ)句發(fā)送到數(shù)據(jù)層;另一方面向下接收數(shù)據(jù)層的查詢結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行全局?jǐn)?shù)據(jù)源封裝之后，發(fā)送至表示層。

中介器工作流程為:

1)表示層根據(jù)系統(tǒng)提供的全局?jǐn)?shù)據(jù)源，編寫并發(fā)送XQuery查詢語(yǔ)句。

2)查詢處理器中的查詢解析部件收到XQuerv后，驗(yàn)證其語(yǔ)法，提取相應(yīng)的關(guān)鍵字，判斷該語(yǔ)句是否合法。如果合法，將XQuery傳到查詢分解器，轉(zhuǎn)第3步，否則返回第1步。

3)查詢分解器通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)處理器查詢?cè)獢?shù)據(jù)庫(kù)中的全局?jǐn)?shù)據(jù)源與局部數(shù)據(jù)源的映射關(guān)系，將針對(duì)全局的XQuery分解為針對(duì)局部的XQuery。

4)查詢分發(fā)器將針對(duì)局部的XQuery發(fā)送到數(shù)據(jù)層的包裝器。

5)數(shù)據(jù)層的包裝器從元數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取局部數(shù)據(jù)源信息，執(zhí)行局部查詢，以XML形式返回查詢結(jié)果。整合器收到查詢結(jié)果后，根據(jù)全局?jǐn)?shù)據(jù)源與局部數(shù)據(jù)源的映射關(guān)系，按照全局?jǐn)?shù)據(jù)源樣式將其封裝，返回涵蓋多個(gè)局部數(shù)據(jù)源的集成數(shù)據(jù)。

2.3 包裝器設(shè)計(jì)

包裝器是中介器與局部數(shù)據(jù)源聯(lián)系的橋梁，用來(lái)封裝局部數(shù)據(jù)源，為中介器提供統(tǒng)一的查詢接口。按照功能可以分為查詢語(yǔ)言轉(zhuǎn)換器、查詢執(zhí)行引擎、JDBC Driver和結(jié)果轉(zhuǎn)換器4部分，如圖3所示。

圖3 包裝器結(jié)構(gòu)

圖3中，包裝器收到中介器分解后的局部XQuery查詢語(yǔ)言后，通過(guò)查詢語(yǔ)言轉(zhuǎn)換器，將XQuery語(yǔ)句翻譯成本包裝器對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)源的查詢語(yǔ)言。如對(duì)于SQL Server等關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，將XQuery轉(zhuǎn)換為SQL語(yǔ)句。對(duì)于XML文檔，則無(wú)需進(jìn)行轉(zhuǎn)換，直接用XQuery進(jìn)行查詢，轉(zhuǎn)換后的查詢語(yǔ)言被發(fā)送到查詢執(zhí)行引擎。

查詢執(zhí)行引擎根據(jù)不同的數(shù)據(jù)源，選擇不同的JDBC驅(qū)動(dòng)程序，與對(duì)應(yīng)的局部數(shù)據(jù)源建立連接，執(zhí)行查詢語(yǔ)言轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的查詢語(yǔ)言，并將查詢結(jié)果發(fā)送到結(jié)果轉(zhuǎn)換器。結(jié)果轉(zhuǎn)換器將查詢結(jié)果按照一定的規(guī)則包裝成統(tǒng)一的XML格式，返回給中介器。

3 數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的特征

通過(guò)上述的設(shè)計(jì)方案可以看出，數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的主要構(gòu)件(查詢處理器、元數(shù)據(jù)處理器、結(jié)果轉(zhuǎn)換器、查詢語(yǔ)言轉(zhuǎn)換器以及查詢執(zhí)行引擎等)是通過(guò)接口通信的，同時(shí)采用了與平臺(tái)無(wú)關(guān)的XML作為傳輸數(shù)據(jù)的載體。所以各構(gòu)件可以在各種機(jī)器、平臺(tái)上運(yùn)行，其主要特征有:

1)自治性。裝備保障數(shù)據(jù)集成平臺(tái)通過(guò)元數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)全局?jǐn)?shù)據(jù)源、局部數(shù)據(jù)源以及它們之間的映射關(guān)系，使得對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的操作轉(zhuǎn)化為對(duì)局部數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，因此，保持原有系統(tǒng)的自治性，在進(jìn)行數(shù)據(jù)集成的同時(shí)不影響原系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2)通用性。通過(guò)XML及其相關(guān)技術(shù)(XQuery、XML、Schema等)，裝備保障數(shù)據(jù)集成平臺(tái)可廣泛集成不同數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)源，同時(shí)各數(shù)據(jù)源只需建立與平臺(tái)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)接口即可，大大減少了接口的數(shù)量，在很大程度上提高了平臺(tái)的通用性。

3)實(shí)時(shí)性。通過(guò)裝備保障數(shù)據(jù)集成平臺(tái)進(jìn)行的數(shù)據(jù)操作實(shí)際上是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)分布在不同位置的局部數(shù)據(jù)源進(jìn)行的，同時(shí)由于保持了局部數(shù)據(jù)源的高度自治，因此，數(shù)據(jù)操作是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，得到的數(shù)據(jù)也是最新的。

4)易更新。裝備保障數(shù)據(jù)集成采用數(shù)據(jù)集成平臺(tái)技術(shù)，中介器和包裝器全部位于集成平臺(tái)上，如果數(shù)據(jù)源發(fā)生變動(dòng)，只需在集成平臺(tái)上對(duì)中介器和包裝器進(jìn)行更新即可。

不足之處是裝備保障數(shù)據(jù)集成平臺(tái)每次在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)都需要連接數(shù)據(jù)源，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等現(xiàn)象，這些都會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生影響。但隨著計(jì)算機(jī)硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的改善以及DBMS的不斷升級(jí)，裝備保障數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的性能也會(huì)不斷提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

裝備保障數(shù)據(jù)集成平臺(tái)利用XML和Web Service技術(shù)解決了裝備保障數(shù)據(jù)點(diǎn)多面廣、數(shù)據(jù)異構(gòu)等問(wèn)題，為裝備保障指揮決策提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。但數(shù)據(jù)集成只是裝備保障信息化建設(shè)的一部分，如果沒(méi)有通信集成和應(yīng)用集成，數(shù)據(jù)集成也很難發(fā)揮其應(yīng)有的功效。

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