工業(yè)企業(yè)系統(tǒng)集成技術(shù)系統(tǒng)集成的軟件技術(shù)（上）

工業(yè)企業(yè)系統(tǒng)集成技術(shù)系統(tǒng)集成的軟件技術(shù)（上）

城市軌道交通標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)魏曉東廣州新科佳都科技有限公司陳朝暉

本講介紹系統(tǒng)集成中最重要的技術(shù)—系統(tǒng)集成軟件技術(shù)。信息化集成系統(tǒng)的層級被集成為有機(jī)整體，主要是通過系統(tǒng)集成軟件實(shí)現(xiàn)的。信息化集成系統(tǒng)不同層級通過分層分布式軟件架構(gòu)集成起來實(shí)現(xiàn)信息化集成系統(tǒng)整體目標(biāo)。信息化集成系統(tǒng)軟件將硬件平臺、網(wǎng)絡(luò)平臺、數(shù)據(jù)庫平臺、工具平臺，各種子系統(tǒng)應(yīng)用軟件平臺以及系統(tǒng)整體的各種資源有機(jī)、高效地集成到一起，形成了一個(gè)完整的信息共享環(huán)境。系統(tǒng)集成軟件平臺決定系統(tǒng)集成的成敗、對智能生產(chǎn)、智能制造的開發(fā)、維護(hù)有重要的影響。系統(tǒng)集成軟件成為構(gòu)建信息化集成系統(tǒng)的關(guān)鍵。

工業(yè)4.0時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)滲透到企業(yè)間和企業(yè)內(nèi)的信息化集成系統(tǒng)?；ヂ?lián)網(wǎng)已成為新的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，它的出現(xiàn)和普及使計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)、部署、運(yùn)行和維護(hù)的環(huán)境開始從封閉、靜態(tài)逐步走向開放、動(dòng)態(tài)。越來越多的企業(yè)提供基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)，新的業(yè)務(wù)模式得到了發(fā)展，企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的交互逐漸增強(qiáng)，系統(tǒng)之間的通信和集成問題凸現(xiàn)出來；在企業(yè)內(nèi)部也存在異構(gòu)系統(tǒng)之間的整合問題；因此，發(fā)展出了各種分布式系統(tǒng)集成技術(shù)。首先是分布式企業(yè)應(yīng)用集成技術(shù)和分布式實(shí)時(shí)應(yīng)用集成技術(shù)；進(jìn)而言之，是系統(tǒng)集成軟件的核心——系統(tǒng)應(yīng)用集成架構(gòu)。

1.1 企業(yè)分布式應(yīng)用集成技術(shù)

1.1.1 分布計(jì)算、分布式系統(tǒng)和分布式組件技術(shù)

在企業(yè)應(yīng)用中分布計(jì)算是指各種不同的工作站通過網(wǎng)絡(luò)互相連接，由分布式系統(tǒng)提供跨越網(wǎng)絡(luò)透明地訪問各種異構(gòu)設(shè)備所需要的支持，使得用戶可以充分利用網(wǎng)絡(luò)上的各種計(jì)算資源來完成自己的任務(wù)。與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和日益增長的應(yīng)用需求相適應(yīng)，分布式計(jì)算已經(jīng)成為新一代計(jì)算和應(yīng)用的主流。

分布式計(jì)算中所涉及的分布式系統(tǒng)是指組件分布在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)上且通過消息傳遞進(jìn)行通信和動(dòng)作協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)具有以下特征：組件的并發(fā)性和組件故障的獨(dú)立性。構(gòu)造分布式系統(tǒng)的挑戰(zhàn)主要是其組件的異構(gòu)性、開放性（允許增加或替換組件）、安全性、可伸縮性（用戶數(shù)量增加時(shí)能正常運(yùn)行的能力）、故障處理以及組件的并發(fā)性和透明性。構(gòu)造和使用分布式系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿碓词琴Y源共享，分布式系統(tǒng)之間的通信和集成技術(shù)是重點(diǎn)。

分布式系統(tǒng)中，中間件能夠很好的完成異構(gòu)分布系統(tǒng)的集成，互操作，并且能夠很好地保證這些系統(tǒng)的可移植特性，因而極大地降低了開發(fā)分布式應(yīng)用的周期，能夠提高系統(tǒng)的可靠性，是當(dāng)前分布式應(yīng)用開發(fā)和分布式系統(tǒng)集成的主要手段。中間件技術(shù)是軟件技術(shù)發(fā)展史上一大進(jìn)步。中間件是基礎(chǔ)軟件的一大類,是一種介于應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)之間的獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序。它能屏蔽操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的差異,幫助管理各種復(fù)雜的異構(gòu)的分系統(tǒng),并為處于上層的應(yīng)用程序提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)與運(yùn)行環(huán)境,使得分布式應(yīng)用軟件能夠獨(dú)立于特定的硬件和操作系統(tǒng)平臺,幫助用戶靈活、高效地開發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。中間件可滿足大量應(yīng)用的需要，運(yùn)行于多種硬件和OS平臺，支持分布計(jì)算，提供跨網(wǎng)絡(luò)、硬件和OS平臺的應(yīng)用或服務(wù)的交互；支持標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，支持標(biāo)準(zhǔn)的接口。

隨著軟件的市場規(guī)模和軟件的系統(tǒng)規(guī)?？焖贁U(kuò)大，特別是網(wǎng)絡(luò)普及后,軟件的運(yùn)行已經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化。軟件開發(fā)必須考慮網(wǎng)絡(luò)功能,即分布式特點(diǎn)，于是中間件技術(shù)又向前邁出一大步即分布式組件技術(shù)。21世紀(jì)的軟件工業(yè)面臨著如何將高效的應(yīng)用程序開發(fā)和分發(fā)、較低的費(fèi)用、良好的可管理性和足夠的安全性統(tǒng)一在一起。簡化軟件開發(fā)流程、降低開發(fā)成本、提高效益并開發(fā)出可用性、伸縮性、開放性好的軟件成為關(guān)鍵。分布式組件技術(shù)是解決這些問題的有效途徑，正在全面取代傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法。分布式組件技術(shù)具有面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn),能夠良好地模擬真實(shí)世界的各種情況,且能直接對應(yīng)到軟件模塊中;對于系統(tǒng)級開發(fā)人員,通過分布式組件方式開發(fā)的組件可提供給各類應(yīng)用軟件使用,并且可以重復(fù)多次使用，不用考慮升級問題。對于獨(dú)立軟件供應(yīng)商，則可專心開發(fā)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用組件,不用考慮跨平臺兼容性的問題。對于軟件使用人員,使用一致的應(yīng)用組件節(jié)省了大量的學(xué)習(xí)時(shí)間。分布式組件技術(shù)使用經(jīng)過封裝的可重用的軟件組件來構(gòu)造應(yīng)用程序，為多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)開發(fā)注入了新的活力,使分布式應(yīng)用軟件變得易開發(fā)、易修改和易升級。

1.1.2 分布式應(yīng)用集成技術(shù)

企業(yè)自上世紀(jì)七十年代開始使用IT支持系統(tǒng)至今，一些大型企業(yè)中各種IT支持系統(tǒng)平均達(dá)數(shù)十種之多。它們大部分是一個(gè)個(gè)的信息孤島，管理著企業(yè)特定的各個(gè)職能部門的工作，相互之間缺乏有效的通信。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，今天的企業(yè)需要一個(gè)集成的、開放的、面向用戶且隨需而變的IT支持系統(tǒng)，因此面臨著應(yīng)用系統(tǒng)的整合問題。不同的應(yīng)用（尤其是不同企業(yè)的）的開發(fā)語言不同，部署平臺不同，通信協(xié)議不同，對外交換的數(shù)據(jù)格式也存在著差異，如何去解決解決語言差異、平臺差異、協(xié)議差異、數(shù)據(jù)差異所帶來的高代價(jià)的系統(tǒng)集成是這個(gè)問題的關(guān)鍵。

企業(yè)應(yīng)用集成（Enterprise Application Integration，EAI）將企業(yè)中的業(yè)務(wù)流程、應(yīng)用系統(tǒng)、硬件和各種標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合起來，在兩個(gè)或更多的企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無縫集成，是它們像一個(gè)整體一樣進(jìn)行業(yè)務(wù)處理和信息共享。企業(yè)應(yīng)用集成不僅包括企業(yè)內(nèi)部的應(yīng)用系統(tǒng)集成，還包括企業(yè)與企業(yè)之間的集成，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)之間的信息交換、商務(wù)協(xié)同、過程集成和組建虛擬企業(yè)和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟等。目前，常用的企業(yè)應(yīng)用集成技術(shù)有遠(yuǎn)程過程調(diào)用技術(shù)、分布式對象技術(shù)、面向消息的中間件技術(shù)和Web服務(wù)技術(shù)。

（1）遠(yuǎn)程過程調(diào)用技術(shù)

RPC（Remote Procedure Call Protocol）——遠(yuǎn)程過程調(diào)用協(xié)議，在分布式環(huán)境下，遠(yuǎn)程過程調(diào)用允許本地計(jì)算機(jī)上的程序調(diào)用遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程。遠(yuǎn)程過程調(diào)用采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式。允許發(fā)送一個(gè)請求（客戶進(jìn)程）到服務(wù)器進(jìn)程，服務(wù)器進(jìn)程執(zhí)行這個(gè)過程并發(fā)回一個(gè)結(jié)果（響應(yīng)）消息。該方法最主要的特點(diǎn)是程序不需要知道調(diào)用的過程是本地還是遠(yuǎn)地。遠(yuǎn)程過程調(diào)用和傳統(tǒng)的過程調(diào)用不同就在于調(diào)用者（Caller或Client）和被調(diào)用的進(jìn)程（Server）是在不同的機(jī)器上的不同的進(jìn)程。遠(yuǎn)程過程調(diào)用的靈活性體現(xiàn)在它的跨平臺性上，它不僅遠(yuǎn)端的子程序，而且這種調(diào)用是可以跨越不同操作系統(tǒng)平臺的。遠(yuǎn)程過程調(diào)用適合于小型的簡單應(yīng)用，當(dāng)需要支持多種通信模式時(shí)，遠(yuǎn)程過程調(diào)用并不適合。

（2）分布式對象技術(shù)

分布式對象技術(shù)支持多種通信模式，提供了一種通訊機(jī)制，透明地在異構(gòu)的分布式計(jì)算環(huán)境中傳遞對象請求，而這些對象可以位于本地或遠(yuǎn)程機(jī)器。主流的分布式對象技術(shù)有以下三種：（1）對象管理組織（Object Management Group, OMG）制定的CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用對象請求代理架構(gòu)）技術(shù)。（2） Microsoft公司提出的DCOM（Distributed Component Object Mode，分布式組件對象模型）技術(shù)。（3）Sun公司提出的RMI（Remote Method Invocation，遠(yuǎn)程方法調(diào)用）技術(shù)。

CORBA是OMG專門為異構(gòu)平臺上不同語言開發(fā)的分布式對象進(jìn)行互操作而制定的規(guī)范。是為應(yīng)用開發(fā)提供一個(gè)公共框架，使得基于對象的軟件在分布異構(gòu)環(huán)境下具有良好的可重用性、可移植性和互操作性，從而能夠在由多種操作系統(tǒng)構(gòu)成的異構(gòu)分布環(huán)境中，方便的建立異構(gòu)分布式應(yīng)用系統(tǒng)，或?qū)崿F(xiàn)企業(yè)信息資源的集成。CORBA自發(fā)布以來，已經(jīng)有很多實(shí)現(xiàn)。目前市場上流行的產(chǎn)品有：IONA公司的Orbix，Inprise/ Borland公司的VisiBroker等。

DCOM是由Microsoft于1996年提出的分布式對象構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)，旨在提高應(yīng)用軟件的互操作能力。COM（Component Object Model，組件對象模型）技術(shù)使得程序的各個(gè)組件之間可以用一種統(tǒng)一的方式進(jìn)行交互，而DCOM實(shí)際上是COM技術(shù)在分布式環(huán)境中的擴(kuò)展， DCOM屏蔽了COM對象的位置差異，使用戶不需知道COM對象的實(shí)際位置，就可以使用該COM對象。

RMI是Sun公司于1997年所提出的分布式計(jì)算模型，用以解決訪問Java分布式對象的通信問題。Java是一個(gè)提供了可移植的面向?qū)ο缶幊陶Z言和高性能的Java虛擬機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行和開發(fā)平臺。RMI能夠支持一臺Java虛擬機(jī)（JVM）上的對象與另一臺Java虛擬機(jī)（JVM）上的對象進(jìn)行通信。

（3）面向消息的中間件技術(shù)

面向消息的中間件（Message-Oriented Middleware，MOM），提供了以松散耦合的靈活方式集成應(yīng)用程序的一種機(jī)制。它們提供了基于存儲和轉(zhuǎn)發(fā)的應(yīng)用程序之間的異步數(shù)據(jù)發(fā)送，即應(yīng)用程序彼此不直接通信，而是與作為中介的MOM通信。MOM提供了有保證的消息發(fā)送，應(yīng)用程序開發(fā)人員無需了解遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）和網(wǎng)絡(luò)/通信協(xié)議的細(xì)節(jié)。

傳統(tǒng)的面向消息中間件通常采用點(diǎn)對點(diǎn)的消息傳輸結(jié)構(gòu)，但在實(shí)踐中存在較多問題，此后消息中間件開始向發(fā)布/訂閱架構(gòu)轉(zhuǎn)變，并成為企業(yè)應(yīng)用集成中間件的一種核心機(jī)制，而基于發(fā)布/訂閱架構(gòu)的消息中間件通常稱為發(fā)布/訂閱消息中間件（Publish/ Subscribe Middleware，簡稱P/S MOM）或消息代理（Message Broker）。

在基于消息代理的分布式應(yīng)用系統(tǒng)中，消息的發(fā)送方稱為發(fā)布者，消息的接收方稱為訂閱者，發(fā)布/訂閱模型用稱為主題的內(nèi)容分層結(jié)構(gòu)代替了點(diǎn)對點(diǎn)模型中的惟一目的地，不同的消息通過不同的主題進(jìn)行區(qū)分。發(fā)布者向消息代理發(fā)布其它應(yīng)用系統(tǒng)感興趣的消息，而訂閱者從消息代理接收自己感興趣的消息，發(fā)布者和訂閱者之間通過消息代理進(jìn)行關(guān)聯(lián)。消息代理適合于具有實(shí)時(shí)性、異步性、異構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性和松耦合的應(yīng)用需求。

（4） Web服務(wù)技術(shù)

Web服務(wù)提供了一種在廣域網(wǎng)絡(luò)上共享數(shù)據(jù)和功能的方法，是分布對象技術(shù)的重要補(bǔ)充。Web服務(wù)能夠通過XML消息及Internet協(xié)議完成與其他軟件應(yīng)用的直接交互，它是傳統(tǒng)組件技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境下的延伸，其目的和作用是提供一種統(tǒng)一的規(guī)范和技術(shù)，為連接異構(gòu)的企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)，為互聯(lián)網(wǎng)軟件應(yīng)用提供統(tǒng)一的功能描述和共享機(jī)制，提供一種在不同平臺/系統(tǒng)之間進(jìn)行應(yīng)用層功能自動(dòng)整合、自動(dòng)化處理所需要的技術(shù)架構(gòu)。

Web服務(wù)采用一套完全開放且獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)平臺及程序設(shè)計(jì)語言的交互機(jī)制，形成了較為全面的協(xié)議族，其中SOAP、WSDL、UDDI以及上層面向服務(wù)組合的WS-BPEL等構(gòu)成了Web服務(wù)協(xié)議族的核心。

XML語言的提出為Web服務(wù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂做出了里程碑式的貢獻(xiàn)，目前幾乎所有的Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)都建立在XML語言的基礎(chǔ)上。Web服務(wù)協(xié)議族最重要的是簡單對象訪問協(xié)議SOAP（Simple Object Access Propotol），它是Web服務(wù)通信的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。SOAP支持應(yīng)用程序與應(yīng)用程序之間的通信，主要應(yīng)用于商務(wù)對商務(wù)的通信以及企業(yè)應(yīng)用集成。SOAP定義了如何通過軟件以獨(dú)立于各種編程語言或平臺的方式來構(gòu)造消息、處理消息，從而使那些用不同編程語言編寫的程序之間具有互操作性，并能夠在不同的操作系統(tǒng)上運(yùn)行；Web服務(wù)描述語言WSDL（Web Services Description Language）用于描述Web服務(wù)的功能調(diào)用語法。它將Web Services描述定義為一組服務(wù)訪問端點(diǎn)，客戶端可以通過這些服務(wù)訪問端點(diǎn)對包含面向文檔信息或面向過程調(diào)用的服務(wù)進(jìn)行訪問(類似遠(yuǎn)程過程調(diào))；還有跨網(wǎng)絡(luò)尋找網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的技術(shù)——UDDI ，它提供了一組基于標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范用于描述和發(fā)現(xiàn)服務(wù)，還提供了一組基于因特網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。服務(wù)注冊中心存儲了描述商業(yè)或其他實(shí)體的信息及其提供的服務(wù)的相關(guān)技術(shù)調(diào)用界面(或API)。至此，以上協(xié)議的引入和發(fā)布奠定了Web服務(wù)的基礎(chǔ)。

由于Web服務(wù)采用基于XML的開放的Web規(guī)范技術(shù)，具有更好的封裝性、高度的可集成性以及更好的開放性與互操作性。相對于COM/DCOM，RMI和CORBA等分布式組件模型，Web服務(wù)具有松散耦合性、簡單性、高度可集成性和開放標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)。通過Web服務(wù)能夠屏蔽分布式系統(tǒng)間的差異，為跨平臺、松耦合、語言無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的資源共享和集成提供了解決方案。

Web服務(wù)運(yùn)行平臺為Web服務(wù)提供了運(yùn)行和管理環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)部署、執(zhí)行、管理、監(jiān)控等功能，使得服務(wù)能夠遵照標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)契約向服務(wù)消費(fèi)者提供業(yè)務(wù)功能。目前，主流的開源Web服務(wù)運(yùn)行平臺包括：Apache的Axis、Axis2和Apache CXF。商業(yè)Web服務(wù)平臺包括IBM 的WebSphere、Microsoft的Windows通信框架（WCF： Windows Communication Framework）、SUN的Sun GlassFish Enterprise Server等。

魏曉東，1967年畢業(yè)于天津大學(xué)精儀系。1984～1991年任安徽工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化系副教授。1991年出版

《分散型控制系統(tǒng)》（上?？萍嘉墨I(xiàn)出版社）。2000～2012年任北京和利時(shí)系統(tǒng)工程公司副總工、事業(yè)部總設(shè)計(jì)師，北京地鐵13號線、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)總負(fù)責(zé)人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)》初版與第二版（電自工業(yè)出版社）；2010年主編國家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50636-2010）《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關(guān)于兩化融合的國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)規(guī)范》（GB/T26335-2010）。2013年至今任清華同方數(shù)字城市工程中心技術(shù)專家，住建部城市軌道交通標(biāo)注技術(shù)網(wǎng)Eu委員會(huì)委員，全國自動(dòng)化系統(tǒng)與集成標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)委員。