面向特征的物流信息自律集成

趙庶旭，王小龍

（1.蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州730050；2.蘭州交通大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

0 引 言

隨著我國物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，因產(chǎn)業(yè)范圍跨度大，地域影響明顯等因素影響，引起的技術(shù)成熟度、資金投入等差異，造成物流系統(tǒng)中數(shù)據(jù)表述各異，集成難度較大，同時物流概念繁雜，目前采用的Web服務(wù)集成機(jī)制，主要實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用層面的集成［1－2］，及采用面向服務(wù)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈集成［3］，系統(tǒng)中子模塊缺乏成長性，且服務(wù)質(zhì)量難以保證。近年來關(guān)于通過web服務(wù)組合提升服務(wù)效率的研究［4－7］，基于語義本體化的 web服 務(wù) 研 究［8］，對 物 流 信 息Web服務(wù)應(yīng)用提供了新的思路，但對于物流系統(tǒng)而言，龐雜的概念造成領(lǐng)域本體的構(gòu)建困難且耗時較長，系統(tǒng)在線服務(wù)質(zhì)量難以得到保證，同時，已經(jīng)形成的大量小的個體系統(tǒng)長期累積了大量有用數(shù)據(jù)資源，如何盡快實(shí)現(xiàn)基于其本地數(shù)據(jù)系統(tǒng)特征的集成模式，形成對此類信息系統(tǒng)的有效利用，是對物流活動具有極大現(xiàn)實(shí)意義的。自律分散系統(tǒng)以平等、相對獨(dú)立原則實(shí)現(xiàn)自律本地化子系統(tǒng)及網(wǎng)關(guān)的在線擴(kuò)展能力［9－10］，為異構(gòu)集成接入提供了一種快速、易實(shí)現(xiàn)思路。

基于以上問題，本文融合自律分散系統(tǒng)理論及技術(shù)方法，在兼顧既有系統(tǒng)的在線能力的基礎(chǔ)上，提出基于本地特征的物流信息web服務(wù)集成模式，研究在提升原有系統(tǒng)擴(kuò)展性的同時，實(shí)現(xiàn)較高服務(wù)質(zhì)量的web集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

1 自律分散系統(tǒng)與Web服務(wù)

自律分散系統(tǒng)是向生物學(xué)習(xí)的結(jié)果，自律分散系統(tǒng)（autonomous decentralized system，ADS）圍繞系統(tǒng)的在線可擴(kuò)展性、在線可維護(hù)性和容錯性來實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)［10－11］。ADS通過數(shù)據(jù)域 （data field，DF）和網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所有異構(gòu)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)通信。

它具有如下兩個基本屬性［9］：

（1）自律可控性 任何一個子系統(tǒng)模塊處于非工作狀態(tài)時，其它子系統(tǒng)依然能夠?qū)崿F(xiàn)其職責(zé)范圍內(nèi)的任意控制；

（2）自律可調(diào)性 任何一個子系統(tǒng)模塊處于非工作狀態(tài)時，其它子系統(tǒng)依然能夠根據(jù)不同的目的進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)責(zé)任目標(biāo)最大化。

在web技術(shù)下對自律分散系統(tǒng)進(jìn)行討論，其具有以下可實(shí)現(xiàn)性：

（1）ADS域內(nèi)各個節(jié)點(diǎn)在邏輯獨(dú)立的、關(guān)系平等，確保了系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)對各類遺留系統(tǒng)的接入集成；

（2）ADS網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)承擔(dān)集成作用，在確保實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間集成的同時，也提供了對所能夠提供的信息進(jìn)行復(fù)用和共享的方法；

（3）網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)形成的集成節(jié)點(diǎn)中涵蓋有集成域內(nèi)子系統(tǒng)的有用信息內(nèi)容碼，方便用戶形成服務(wù)信息的契約描述；

（4）只有經(jīng)服務(wù)契約提供的服務(wù)內(nèi)容對外可見，而其底層邏輯是域內(nèi)界定，與服務(wù)對象無關(guān)；

自律分散系統(tǒng)本身具備的以上特征，可以從各方面滿足web服務(wù)實(shí)現(xiàn)，而兼顧系統(tǒng)原有特性。

2 面向特征的服務(wù)集成

2.1 信息特征

對于信息系統(tǒng)中的信息，其在不同層面的系統(tǒng)應(yīng)用中有其不同的表征意義，這些不同的表征實(shí)際是因?yàn)橛脩魧ο蟛煌?、用戶的審視角度不同等原因引起的，因而形成了對同一信息的不同行為描述，提出如下關(guān)于信息表征的定義描述：

信息的描述特征，任一信息都可描述為單個或多個相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)的組合形式，這些數(shù)據(jù)項(xiàng)表征了該信息在某個屬性方向上的意義，簡稱信息特征。

信息作用域，任一信息由產(chǎn)生、處理到最終消亡，其作用存在于整個系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)，并根據(jù)應(yīng)用形成不同作用影響。

信息特征作用域：信息的某一特征隨著信息作用不同，在作用域的不同時期或?qū)哟蝺?nèi)表現(xiàn)不同。

信息基本特征：指點(diǎn)式或簡單組合形成的數(shù)據(jù)項(xiàng)。

信息因用戶對象、審視角度等不同，使信息具備了管理特征 （MC）、功能特征 （FC），同時由于信息可以是通過單個或多個數(shù)據(jù)項(xiàng)通過過程、組合等形成，對信息的描述特征可以在形式上分成兩種：主特征 （pc）描述項(xiàng)和輔助特征 （ac）描述項(xiàng)，主特征對上述特征完成的主要描述，主特征具有單一的點(diǎn)式、組合與宏等表現(xiàn)形式；而輔助特征通過定義、修飾等方式完成對主特征具體描述，可以以簡單的點(diǎn)式、組合或其他方式來完成，由于輔助特征有可能是根據(jù)需求而產(chǎn)生的添加特征，在一定情況下完成了信息表現(xiàn)形式的外延擴(kuò)展。圖1是信息特征的描述分類。

圖1 信息特征分類表示

2.2 基于特征的信息描述模型

以特征描述的信息提供服務(wù)的方式，是以組合方式實(shí)現(xiàn)的。在類－類、特征－類、特征－特征定義置換、鄰接、繼承、從屬關(guān)系。組合的實(shí)現(xiàn)依賴關(guān)系。

選擇關(guān)系：描述因請求行為不同而產(chǎn)生的信息特征間的可選關(guān)系，用 ‘∪’表示；

鄰接關(guān)系：描述服務(wù)組合中多個主特征的語義位置關(guān)系，可以用 ‘∩’簡化表示；

繼承關(guān)系：表明在該層次化結(jié)構(gòu)中，子層信息特征對其父特征在屬性上的繼承或覆蓋，用 ‘∪’；

從屬關(guān)系：描述輔助特征和主特征間的描述和被描述關(guān)系，可簡化為“∩”表示。

通過對各個特征及其關(guān)系的拓?fù)溥M(jìn)行服務(wù)信息組合，就可以形成完整的基于特征的信息描述。

信息描述可以分成三層：信息模型層、特征層和信息源層，信息特性與復(fù)合特征，復(fù)合特征與基本特征都是1：n的關(guān)系，其中R∈ ｛∪、∩、∪｝，基本描述如圖2所示。

圖2 信息特征描述模型

（1）信息模型層：信息特性及關(guān)系集 ｛R｝；

（2）特征層：組成信息的特征和各個特征之間的關(guān)系｛R｝；

（3）信息源層：信息的原始形態(tài)，即存在于各個邏輯或物理上獨(dú)立的數(shù)據(jù)源中信息的形態(tài)及拓?fù)潢P(guān)系 ｛R｝。

以物流中 “易燃液體”為例進(jìn)行說明，“易燃液體”服務(wù)請求，對管理行為對象，則產(chǎn)生管理特征－“存放”、“運(yùn)輸”、“防護(hù)”等，并依次產(chǎn)生各個特征的主／輔描述，對功能行為則產(chǎn)生物流運(yùn)輸功能特征－“車輛”、“運(yùn)費(fèi)”等，并依次產(chǎn)生主／輔描述。其轉(zhuǎn)換過程如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)換示例

2.3 基于特征碼的匹配機(jī)制

基于所提出的的信息特征描述模型，在自律分散關(guān)于內(nèi)容碼［12］設(shè)計原理上，本文設(shè)計采用消息驅(qū)動模式的特征匹配機(jī)制 （Characteristic Matching Mechanism，CMM）來完成服務(wù)查詢。對于含有特征的消息一般化格式如圖4所示。

圖4 消息一般化格式

以原始系統(tǒng)和各級應(yīng)用系統(tǒng)為基礎(chǔ)單元定義本地特征碼表，特征碼表由特征碼及邏輯關(guān)系組成，特征碼是指信息的各類特征描述，其生成根據(jù)信息特征定義完成；邏輯關(guān)系是指特征－特征定義置換、鄰接、繼承、從屬關(guān)系等。特征碼和邏輯關(guān)系共同完成在各個節(jié)點(diǎn)注冊形成關(guān)于本地化服務(wù)的特征碼表。在滿足服務(wù)合約下通過服務(wù)總線，對外服務(wù)訪問發(fā)布，服務(wù)業(yè)務(wù)通過消息觸發(fā)，服務(wù)內(nèi)容匹配以特征形成的主題特征碼和從屬特征為基準(zhǔn)；特征碼映射的實(shí)現(xiàn)模型通過圖5進(jìn)行描述。

3 基于ADS集成模式

在關(guān)于服務(wù)信息特征描述模型的基礎(chǔ)上，本文提出面向特征的自律集成實(shí)現(xiàn)模式，根據(jù)自律分散模式中節(jié)點(diǎn)間的平等性和獨(dú)立性，設(shè)計集成模式如圖6所示。

圖6描述了集成框架的邏輯結(jié)構(gòu)，其中，定義如下：

定義1 集成節(jié)點(diǎn)，指集成系統(tǒng)中通過服務(wù)總線形成的，在邏輯上彼此獨(dú)立平等的邏輯互聯(lián)的獨(dú)立系統(tǒng)或服務(wù)單元。

定義2 自律子系統(tǒng)，指由自律集成節(jié)點(diǎn)上由服務(wù)提供單元依據(jù)特定規(guī)則的形成的子系統(tǒng)，對于既有系統(tǒng)而言，其原有模式不改變。

集成框架中的節(jié)點(diǎn)，是指根據(jù)邏輯或物理區(qū)域相對獨(dú)立的數(shù)據(jù)或信息管理單位，節(jié)點(diǎn)間通過服務(wù)總線形成邏輯上互聯(lián)互通，各種集入的原始獨(dú)立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)屬于獨(dú)立節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)CMM機(jī)制在各個集成節(jié)點(diǎn)上兩層映射，包括面向全局的特征映射表 （Global CMM，G－CMM）和面向本地的特征映射表 （Local CMM，L－CMM）。G－CMM 用于完成請求信息的特征化，實(shí)施在集成總域內(nèi)的服務(wù)請求匹配；L－CMM實(shí)現(xiàn)本域內(nèi)服務(wù)查詢。G－CMM和L－CMM通過本地匹配及處理模塊完成對接和更新，集成模型的節(jié)點(diǎn)功能如圖7所示。節(jié)點(diǎn)i的外部請求經(jīng)G－CMM完成請求處理以進(jìn)行路徑和資源發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)一步依據(jù)請求進(jìn)行后繼的服務(wù)請求，內(nèi)部服務(wù)過程依賴L－CMM完成，并基于服務(wù)評價模塊完成新資源的服務(wù)質(zhì)量評價，以進(jìn)行G－CMM和LCMM更新。

該模式下，任意節(jié)點(diǎn) （i），節(jié)點(diǎn) （j）（j≠i）間存在對等的服務(wù)提供和服務(wù)請求關(guān)系，節(jié)點(diǎn)間發(fā)生即時的互聯(lián)關(guān)系形成的節(jié)點(diǎn)集合描述如下

圖7 節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)

式中：V ——全局節(jié)點(diǎn)集合，link（x，y）——節(jié)點(diǎn) （x）和節(jié)點(diǎn) （y）（x≠y）間直接連接的邏輯函數(shù)，函數(shù)f（·）——節(jié)點(diǎn) （x）和節(jié)點(diǎn) （y）間的前承和后繼，各個節(jié)點(diǎn)間通過服務(wù)總線形成了邏輯平等的服務(wù)節(jié)點(diǎn)的集成框架。

4 應(yīng)用實(shí)例

本論文基于特征服務(wù)實(shí)現(xiàn)對鐵通某公司既有物流管理平臺改造，該平臺涉及公司既有貨運(yùn)、人員信息管理系統(tǒng)及新納入的轄下2處地區(qū)的貨場信息系統(tǒng)的集入升級。

開發(fā)實(shí)現(xiàn)中對信息特征及描述以類方法完成實(shí)現(xiàn)。考慮原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計用于描述物流信息特征的類，表1是部分主要類描述。

表1 物流信息特征的類描述

對特征層次化通過建立特征分類樹實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用SCG（standard classification goods）分類法，以類／子類的方式實(shí)現(xiàn)，將貨物按其種類特性分為20大類，并依據(jù)運(yùn)輸特征完成細(xì)化。運(yùn)輸、管理等特征的類描述依據(jù)同樣方法完成設(shè)計，各個特征類間依據(jù)關(guān)系形成約束。各個類間依據(jù)特征關(guān)系形成約束，例如Class ExplosiveCargo和Flammable Cargo的約束為：易爆貨物－Class ExplosiveCargo當(dāng)且僅當(dāng) Cargo且 ∈isExplosive has True；易燃貨物 －Class FlammableCargo當(dāng)且僅當(dāng)Cargo，且∈isFlammable has True。

為防止特征間關(guān)系的冗余及邏輯錯誤，要在程序中對其進(jìn)行解析、推理和應(yīng)用。本文中采用在Eclipse中使用Jena API接口方法對本體概念進(jìn)行實(shí)現(xiàn)特征關(guān)系邏輯推理。Jena提供RDF推理機(jī)和OWL推理機(jī)，根據(jù)特征間的關(guān)系通過預(yù)定義規(guī)則來推理出新的特征，其使用到的規(guī)則可以為自帶的規(guī)則，如 （？a rdfs：subClassOf？b）（？b rdfs：subClassOf？c）－＞ （？a rdfs：subClassOf？c），該規(guī)則表示的是父類子類之間的傳遞關(guān)系。同時，用戶也可以通過自定義的規(guī)則來推理得到更多特征，Jena推理機(jī)實(shí)現(xiàn)推理的關(guān)鍵代碼如圖8所示。

圖8 推理代碼

在企業(yè)的需求描述下，形成基于特征的企業(yè)物流信息自律集成框架，如圖9所示。該框架底層包括企業(yè)原有管理系統(tǒng)，有貨品系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)及企業(yè)辦公系統(tǒng)，同時業(yè)務(wù)擴(kuò)展而新增加的地區(qū)貨場管理系統(tǒng)。中間層是結(jié)合本文研究內(nèi)容采用Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)管理及邏輯層，對系統(tǒng)中的信息在業(yè)務(wù)層面上提供車輛調(diào)度、貨品、人員、效益、統(tǒng)計分析、客戶服務(wù)及質(zhì)量等方面的管理功能，各類業(yè)務(wù)請求服務(wù)經(jīng)基于特征的服務(wù)模塊，由服務(wù)總線以路由服務(wù)、文件服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、消息服務(wù)郵件服務(wù)、接口服務(wù)等實(shí)現(xiàn)信息傳遞。為企業(yè)邏輯單元實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信。框架的頂層是實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證管理的統(tǒng)一的企業(yè)門戶。

圖9 集成實(shí)現(xiàn)框架示例

基于該平臺，本文進(jìn)行服務(wù)查詢質(zhì)量分析，通過對系統(tǒng)中集入的各個子系統(tǒng)本地數(shù)據(jù)逐項(xiàng)完成服務(wù)主特征、及輔助特征對應(yīng)關(guān)聯(lián)服務(wù)子項(xiàng)的檢索，與通過本文完成的集成框架門戶進(jìn)行檢索對比。對服務(wù)主特征使用門戶平臺與本地化檢索后匯總結(jié)果無差異；在關(guān)聯(lián)服務(wù)上，使用本文門戶平臺在保證覆蓋本地檢索匯總的服務(wù)項(xiàng)的同時，減少了大量冗余反饋。通過集成框架，該物流信息集成平臺對外表現(xiàn)為統(tǒng)一的企業(yè)門戶，對內(nèi)由于基于自律分散的設(shè)計模式，原有數(shù)據(jù)管理模式不變，保持了系統(tǒng)原有數(shù)據(jù)特性，無需額外設(shè)備投資，在信息特征集成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了信息服務(wù)的集成。該框架繼承了自律分散系統(tǒng)的在線擴(kuò)展能力，使功能、業(yè)務(wù)擴(kuò)展能力提升，同時特征的管理實(shí)施可協(xié)助企業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)物流管理規(guī)范化。

5 結(jié)束語

本文提出基于特征的信息描述模型及服務(wù)匹配實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用Web服務(wù)技術(shù)，構(gòu)建具備在線擴(kuò)展能力的異構(gòu)系統(tǒng)集成框架。該集成框架通過特征碼映射機(jī)制實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程邏輯與應(yīng)用數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間分離，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能模塊及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理模塊之間的平等性和相對獨(dú)立性，從而使企業(yè)各級子系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)功能和規(guī)模上的擴(kuò)展，同時各類小的、獨(dú)立的業(yè)務(wù)系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)集成。

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