一種基于柔性重構技術的情報系統(tǒng)構建模式

王平

摘要：當前情報信息處理領域存在系統(tǒng)部署形態(tài)復雜、用戶需求變化頻繁、系統(tǒng)應用流程多變等特點，引發(fā)了對系統(tǒng)架構模式的探討和研究，提出了一種柔性重構技術來滿足系統(tǒng)的按需定制和動態(tài)組裝需求，最后，結合大數(shù)據(jù)和云計算，提出了基于這種柔性重組技術的新型情報系統(tǒng)的技術體系架構模型。

關鍵詞：情報系統(tǒng)；柔性架構；動態(tài)組裝；大數(shù)據(jù)

中圖分類號：TN971 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）07-0025-04

1 引言

近年來，隨著我國經濟水平和國防實力的增強，情報信息處理領域的信息化水平得到了非常大的提升，當前在信息接入、信息處理、情報處理、情報分析、偵察指揮等方面都積累了豐富的信息化經驗，并且開發(fā)了大量的應用系統(tǒng)，這些應用系統(tǒng)在國防應用中發(fā)揮了巨大的作用。然而隨著技術的不斷發(fā)展、情報業(yè)務需求的不斷演變、迫切地需要在繼承原有情報應用系統(tǒng)的能力的基礎之上構建全新一代的情報信息處理系統(tǒng)。在此背景下，針對原有情報信息處理系統(tǒng)的架構模式進行了分析，發(fā)現(xiàn)這些應用系統(tǒng)存在耦合度高，專用化程度很強、異構環(huán)境的適應性差、維護和升級成本高等特點。要構建全新一代的情報信息處理系統(tǒng)，必須要解決原有系統(tǒng)架構中存在的弊端，尋找一種全新的技術架構模式，構建出靈活度高、伸縮性強、具備動態(tài)組裝特性的應用系統(tǒng)。

本文主要針對基于一種柔性重構技術的軟件架構進行分析，結合情報信息處理領域的實際應用需求，提出一種全新的系統(tǒng)架構模式，并基于大數(shù)據(jù)技術之上，研究了情報領域應用系統(tǒng)的按需定制、快速構建、動態(tài)組裝的系統(tǒng)構建方式。

2 柔性重構技術框架

柔性重構技術框架是一套提供構件集成、構件管理、構件運行等功能的管理框架。其主要目的是將按照特定規(guī)則設計開發(fā)的構件以預定的編排場景進行加載組裝，實現(xiàn)軟件的動態(tài)編排和運行呈現(xiàn)。該框架主要涉及三大核心技術實現(xiàn)：構件動態(tài)加載、構件動態(tài)集成、構件間通信。其中構件動態(tài)加載主要實現(xiàn)構件的運行時按需加載，系統(tǒng)運行過程中，只有客戶使用到的功能構件才會被加載激活，確保系統(tǒng)始終保持高效的運行狀態(tài)；構件動態(tài)集成主要實現(xiàn)將獨立的構件按照實際的業(yè)務應用場景進行編排和組裝，采用二次重構的模式構造出滿足實際業(yè)務場景的應用軟件系統(tǒng)，這個過程將傳統(tǒng)的軟件定制研發(fā)模式轉變?yōu)榘葱璧膱鼍熬幣沤M裝模式，有效地提高了軟件系統(tǒng)的業(yè)務場景調整適配能力；構件間通信主要實現(xiàn)獨立構件之間的通信鏈路，滿足構件間業(yè)務數(shù)據(jù)和控制指令的傳遞，將獨立的構件集合打造成一個有機整體。

2.1 構件動態(tài)加載

構件的動態(tài)加載技術是基于面向對象的多態(tài)特性來實現(xiàn)，首先在底層框架中定義全局的基礎構件抽象類作為所有構件的基類，上層用戶開發(fā)的構件都繼承該基類，構件實例化時通過反射機制動態(tài)獲取構件的具體類型并創(chuàng)建實例。下文是基于C#語言的構件動態(tài)加載偽代碼：

定義構件基礎抽象類

public interface IPlugin

{

基類方法

}

定義用戶業(yè)務構件類

public partial class UserPlugin ： IPlugin

{

構件方法

}

加載程序集

Assembly _assembly

= Assembly.LoadFrom（dllPath）

Type _type

= _assembly.GetType（typeName）

實例化構件

IPlugin plugin = Activator.CreateInstance

（_type， paramList） as IPlugin

2.2 構件動態(tài)集成

構件動態(tài)集成是負責將加載成功的構件按照實際的業(yè)務應用場景進行編排和集成，組裝出滿足用戶應用訴求的應用軟件系統(tǒng)。其中主要涉及場景編排、場景加載渲染、場景布局恢復等關鍵技術。

場景編排主要是按照實際的業(yè)務應用需求，生成一套配置數(shù)據(jù)集，這些配置數(shù)據(jù)集能夠描述每個構件在最終的軟件集成界面上的位置和功能狀態(tài)，為最終渲染出實際的應用軟件做準備。場景編排的核心要點在于整個配置數(shù)據(jù)集結構的定義，在這個數(shù)據(jù)結構中需要明確應用軟件的按鈕、菜單、工具條、狀態(tài)欄、停靠窗口等參數(shù)。場景配置數(shù)據(jù)集可以采用樹形結構定義，下圖為場景配置數(shù)據(jù)集的概要示例：

場景加載渲染主要負責按照場景編排的配置，加載相應的構件并渲染到相應的軟件界面上，實現(xiàn)從零散的獨立構件到應用軟件的集成轉換。場景加載渲染的主要過程包括以下幾個步驟：一、加載并解析場景編排配置文件。二、按照配置文件解析出需要加載的構件。三、實例化構件并在主框架上生成系統(tǒng)界面。

場景布局恢復主要負責保存軟件運行結束時的一個狀態(tài)，并確保下一次啟動時能夠恢復到上一輪的運行狀態(tài)，通常情況下布局信息存儲在本地，系統(tǒng)啟動時首先加載布局信息，并解析出每個構件在上一輪運行的狀態(tài)，在構件實例化成功后設定其顯示狀態(tài)。

2.3 構件間通信

構件間通信主要定位為構件間的消息傳輸，傳輸方式采用訂閱發(fā)布模式，底層通道依托TCP+UDP協(xié)議。應用層面，為了簡化構件間的通訊調用，需要通訊組件能夠自動探測發(fā)現(xiàn)網絡上的所有構件，并自動建立通訊鏈路，構件開發(fā)者只需按照主題訂閱和發(fā)布消息；跨平臺層面，構件間通信需要同時支持Windows、Linux操作系統(tǒng)；開發(fā)層面，構件通信需要同時提供C#，JAVA，C++接口，以供不同開發(fā)語言調用；系統(tǒng)維護層面，構件通信需要提供完善的通道探測和監(jiān)控工具，便于在運行實時監(jiān)控通信狀態(tài)。下圖為構件間通信的架構圖：

構件間通信最終會輸出一個核心的二次開發(fā)包和一系列的輔助工具，核心開發(fā)包主要供構件開發(fā)者開發(fā)調用，輔助工具主要提供給開發(fā)者和運維人員進行系統(tǒng)監(jiān)控檢測。

3 基于柔性重構技術的系統(tǒng)體系架構

3.1 基于柔性重構技術的系統(tǒng)研發(fā)模式

基于柔性重構技術，系統(tǒng)的研制和使用涉及三個不同的角色：業(yè)務構件開發(fā)者、應用場景編排者、終端業(yè)務操作者。其中業(yè)務構件開發(fā)者主要負責獨立構件的研發(fā)，其基于柔性重構技術提供的底層開發(fā)包進行業(yè)務功能研制，輸出業(yè)務構件。應用場景編排者主要負責將業(yè)務構件按照用戶實際的應用場景進行業(yè)務重組和編排，輸出適合特定應用場景的場景配置，并發(fā)布系統(tǒng)。終端業(yè)務操作者作為系統(tǒng)的使用者，主要是進行業(yè)務操作和使用，其將直接面對最終輸出的業(yè)務系統(tǒng)。

3.2 基于柔性重構技術的系統(tǒng)體系架構

基于柔性重構技術的系統(tǒng)體系架構有別于傳統(tǒng)的系統(tǒng)體系架構，其以構件的規(guī)劃設計為核心。在工程規(guī)范的牽引下，結合具體的業(yè)務需求和技術實現(xiàn)方案，規(guī)劃并設計出相對獨立的構件集，這些構件具備相對獨立的業(yè)務功能，各構件之間可以按照編排規(guī)則進行組裝和重構，進而實現(xiàn)更加復雜的業(yè)務應用場景。

基于柔性重構技術的系統(tǒng)體系架構將傳統(tǒng)的定制化軟件研制過程轉換為工廠化的構件生產和場景裝配過程，其具備以下幾方面的優(yōu)點：

l 便于代碼復用

以構件規(guī)劃和研發(fā)為核心的架構模式，能夠不斷的積累業(yè)務功能相對固化的構件，這些構件模塊相對獨立，并且具備相互組裝重構的特性，是一種高效的代碼復用模式。

l 能快速響應需求變更

以構件為核心的研發(fā)模式，縮小了模塊的功能范圍，降低了需求誤差的可能性，此外應用系統(tǒng)的輸出是基于場景編排，這種模式具備動態(tài)適配新需求的能力，能夠快速的響應需求變更。

l 便于提高系統(tǒng)質量

每個獨立構件的開發(fā)都經過完整的功能和性能測試，在場景裝配前就已經具備較高的可靠性，這就確保了最終輸出系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠， 提高了系統(tǒng)的整體質量。

4 情報系統(tǒng)構建模式

經過近20年的業(yè)務發(fā)展，情報系統(tǒng)已經由傳統(tǒng)的業(yè)務流程操作型信息系統(tǒng)轉換為集業(yè)務流程操作型和數(shù)據(jù)分析型于一體的信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析在情報系統(tǒng)中的地位從某種程度上看已經逐漸超越了流程操作，未來情報系統(tǒng)的構建必須以數(shù)據(jù)為核心，整個系統(tǒng)的架構需要建立在數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)的分析上面。

另一方面，隨著大數(shù)據(jù)技術的日趨成熟，其在醫(yī)療、教育、經濟、工業(yè)、科技、軍事等各領域已經具備了大量的應用案例。當前情報系統(tǒng)又正面臨著海量數(shù)據(jù)處理和分析的應用訴求和技術瓶頸，以數(shù)據(jù)為核心，基于大數(shù)據(jù)云計算技術進行情報系統(tǒng)構建已經成為大勢所趨。在此宏觀指導思想之上，給出情報系統(tǒng)以數(shù)據(jù)為中心的宏觀邏輯視圖如下：

由上圖可以看出，將整個系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)平面、業(yè)務平面和第三方應用平面。數(shù)據(jù)平面為系統(tǒng)的核心平面，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)應用支撐，可分為第一數(shù)據(jù)平面和第二數(shù)據(jù)平面。第一數(shù)據(jù)平面主要是提供前端數(shù)據(jù)的OLTP支撐，滿足操作型業(yè)務訴求，第二數(shù)據(jù)平面主要是作為后端的數(shù)據(jù)分析倉庫，提供特診提取、復雜模型構建、數(shù)據(jù)挖掘、關聯(lián)預測、統(tǒng)計分析、聯(lián)邦查詢等功能，一般是基于大數(shù)據(jù)和云計算技術進行構建。業(yè)務平面是系統(tǒng)的業(yè)務應用構建平面，包括前端的強事務型業(yè)務應用和后端的分析挖掘型應用。前端的強事務型應用主要架構在第一數(shù)據(jù)平面上，負責數(shù)據(jù)生成型業(yè)務和數(shù)據(jù)操作型業(yè)務處理，后端的分析挖掘型業(yè)務主要架構在第二數(shù)據(jù)平面上，負責后端基于大數(shù)據(jù)的分析挖掘應用。第三方應用平面主要是負責為第三方應用提供數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)標準、應用交互接口等支撐，滿足第三方應用的數(shù)據(jù)和接口交互要求。

根據(jù)上文對情報系統(tǒng)宏觀邏輯視圖的分析以及情報業(yè)務的特點可以得出，數(shù)據(jù)平面的數(shù)據(jù)經過規(guī)格化處理后可以保持相對的穩(wěn)定和固化，基于這些數(shù)據(jù)的分析挖掘算法和服務可以按照通用產品化的模式進行構建，并向上層應用提供一整套基礎算法和服務支撐。整個邏輯視圖中存在部署形態(tài)復雜、用戶需求多變的環(huán)節(jié)在于業(yè)務應用平面。業(yè)務應用平面直接同終端用戶交互，各單位用戶對具體的業(yè)務操作流程和業(yè)務功能訴求存在一定程度的差異，基于柔性重構技術來構建業(yè)務應用平面，能夠確保在一套完備的數(shù)據(jù)平面之上構建出靈活多變、適應性強、具備動態(tài)重組特性的業(yè)務應用。

由以上系統(tǒng)架構圖可以看出，整個系統(tǒng)架構由基礎資源、存儲計算域、支撐域、柔性重構框架、構件集、業(yè)務應用域組成，其同傳統(tǒng)系統(tǒng)架構模式最大的區(qū)別在于系統(tǒng)構建時將柔性重構框架作為系統(tǒng)架構中的一個過渡層，業(yè)務應用不直接在數(shù)據(jù)和服務上構建，而是通過柔性重組框架的構件裝配功能動態(tài)編配重組出來，進而實現(xiàn)系統(tǒng)的按需定制，動態(tài)適配的能力。通過對情報系統(tǒng)架構的分析以及對整個情報系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向的研究，從數(shù)據(jù)的視角給出情報系統(tǒng)的構建模式如下圖：

由上圖分析可以看出，情報系統(tǒng)的構建主要包括三大部分，前端情報收集系統(tǒng)、情報處理分析服務中心、情報處理分析用戶端。前端情報收集系統(tǒng)主要負責情報數(shù)據(jù)的收集和預處理，經過預處理的情報信息進入后端的情報處理分析服務中心，情報處理分析服務中心作為情報數(shù)據(jù)的集中處理和分析服務池，其提供了多樣化的數(shù)據(jù)存儲和計算方式，根據(jù)具體的數(shù)據(jù)業(yè)務需求進行相應的數(shù)據(jù)存儲和計算，在整個服務中心內部建立了一層橫向的數(shù)據(jù)集成和調度系統(tǒng)，負責數(shù)據(jù)在各個存儲計算系統(tǒng)之間的調度和協(xié)同。情報處理分析用戶端構建在情報處理分析服務中心之上，其基于柔性重構框架的構件管理和編排能力實現(xiàn)動態(tài)編配和重組，輸出具體的業(yè)務應用程序。

5 結論

本文主要針對情報信息處理領域當前面臨的部署形態(tài)復雜、客戶需求易變等問題，提出了一種柔性重構軟件設計技術，該技術充分利用了軟件設計中面向對象的多態(tài)特性，基于構件的動態(tài)加載技術，將傳統(tǒng)的定制化設計和開發(fā)流程轉變?yōu)橐詷I(yè)務構件開發(fā)為中心的工廠化流水線模式，并通過場景裝配動態(tài)輸出滿足實際應用需求的業(yè)務系統(tǒng)?；谶@種柔性重構技術，結合大數(shù)據(jù)處理的特點，提出了一套全新的情報系統(tǒng)構建模式，這種構建模式能夠在大數(shù)據(jù)環(huán)境中實現(xiàn)情報業(yè)務系統(tǒng)的按需定制和動態(tài)重組，滿足復雜多變的部署形態(tài)，提高需求應變能力。由于本文所涉及的柔性重構技術是C/S架構的一種技術機理，其只適合于胖客戶端的應用系統(tǒng)，對于B/S架構的頁面系統(tǒng)不適用。

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