《面向服务的分布式系统体系结构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《面向服务的分布式系统体系结构设计（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、面向服务的分布式监控系统体系结构设计李伟 2010-12-23目录面向服务的分布式监控系统体系结构设计 .11 摘要 .12 关键词 .23 引言 .24 分布式监测系统通用模型 .35 面向服务架构 .56 分布式监测系统体系结构设计 .76.1 体系结构组成 .86.2 功能模块的基本结构 .96.3 系统支撑服务 .116.4 数据传输 .127 实际应用 .138 结束语 .151 摘要针对分布式监测系统传统体系结构开放性、灵活性较差的问题，在归纳分布式监测系统通用模型的基础上，引入面向服务架构的思想，提出了一种面向服务的分布式监测系统体系结构。该体系结构将分布式监测系统分为数据采集、
2、数据处理、状态监测、信息融合和决策支持5个功能模块，以Web Services作为支撑平台实现系统内部各个功能模块的集成以及监测系统与管理信息系统的集成。实际应用表明，该体系结构降低了系统各部分的耦合程度，提高了系统的实施效率。2 关键词 分布式监测系统; 分布式体系结构; 面向服务; Web 服务; 系统集成3 引言近年来，随着传感器技术、网络通信技术及计算机技术的 发展，分布式监测系统已在设备监测诊断、环境监测、医疗监 控、工程健康监测等多个领域获得广泛应用。分布式监测 系统的设计开发是一项复杂的系统工程。一方面，分布式监测系统通常需要集成不同的软、硬件系统，是一个典型的异构 环境；另一方
3、面，分布式监测系统通常具有较高的复杂度，其 实施过程往往存在着 较多的需求变更；此外，分布式监测系统 一旦建成，一般 还需要与其它信息系统集成，充分利用其采集的宝贵数据。这导致分布式监测系统的集成过程受系统异构性和需求变更的影响较大，因此，系统在设计时采用何种体 系结构，将直接决定系统的集成难度和实施效率。分布式监测系统的体系结构设计对于分布式监测系统的集成难度和实施效率至关重要。对分布式监测系统的体系结构进行研究，有助于总结分布式监测系统的共有特性，为各个应用领域的分布式监测系统的设计开发提供参考。已有学者对分布式监测系统的体系结构进行了研究，如杨叔子等，针对大型关键设备的监测与诊断，提出了
4、一种分布式监测与诊断系统的分层体系结构，从宏观上定义分布式监测诊断系统的层次结构及各层功能。然而，分布式监测系统本质上是一种分布式系统，这些研究并未从分布式系统的角度对分布式监测系统的体系结构进行分析，到目前为止，也尚未发现从分布式系统的角度对分布式监测系统的体系结构进行系统性研究的相关文献。分布式监测系统的体系结构设计还停留在仅仅满足某个特定系统的功能性和非功能性需求的层次上，通常采用传统的两层或三层 Client/Server 结构，系统 各部分的耦合程度较高，开放性、灵活性较差，这增加了系统的集成难度，已成为影响系统实施效率的一个重要因素。本文从分布式系统的角度归纳了分布式监测系统的一种
5、通用模型，在此基础上，引入面向服务架构的思想，提出了一种面向服务的分布式监测系统体系结构(service-oriented architecture of distributed monitoring system，SOA-DMS)。该体系结构降低了系统各部分的耦合程度，可以为多个应用领域的分布式监测系统的快速设计开发提供参考。4 分布式监测系统通用模型分布式监测系统已经在多个领域得到广泛应用。尽管这些分布式监测系统的监测对象不同，所采用的计算机系统、数据库系统、网络系统也有差异，但是从系统结构上讲，它们依然具有许多共同的特性。我们把分布式监测系统抽象为如图 1 所示的通用模型，该模型是一种分
6、层结构，由网络基础设施层、分布式架构层和功能层组成。网络基础设施层是指分布式监测系统传输数据所采用的各种基础通信网络，如 Internet、 Ethernet、GPRS、CDMA 等。分布式架构层是指分布式监测系统所采用的分布式体系结构，如 Client/Server 结构、三层 Client/Server 结构、分布式 对象结构等。功能 层是指分布式监测系统的功能模型，它描述了一个典型分布式监测系统通常 应具备的各种功能。结合 设备监测诊断、环境监测、医 疗监 控、工程健康监测等多个领域的分布式监测系统的应用 情况，参考 设备监测与维护领域的相关研究成果，我们将功能层划分为数据采集、数据处理
7、、状态监测、信息融合和决策支持 5 个功能模块。虽然各种分布式监测系统的具体功能有较大差异，但经过归纳之后，它们大都可以采用这 5 个功能模 块近似表示。分布式架构层是功能层各功能模块之间进行数据交换、信息共享和互操作的基础。因此，需要采用一种开放性、灵活性良好，且具有松散耦合特性的分布式架构，以减弱系统各功能模块异构性和需求变更带来的影响，增强系统的快速集成能力。图表 1 分布式监测系统通用模型5 面向服务架构面向服务架构(service-oriented architecture，SOA)是近年来 IT 界备受关注的主题，也是未来的发展趋势。SOA 本质上是服务的集合，服务间 彼此通信，这
8、种通信可能是简单的数据传送，也可能是两个或更多的服务协调进行某些活动。服务间 需要某些方法进行连接。所谓服务就是精确定义、封装完善、 独立于其它服务所处环境和状态的函数。 SOA 是一种粗粒度、松耦合服务 架构，服务之间通过简单、精确定义的接口进行通信，不涉及底层编程接口和通信模型。面向服务架构并不是一个新的概念，它可以采用多种中间件技术来实现，如 DCOM、CORBA、EJB、Web Services 等。 Web Services 本身具有松散耦合特性，这使其成为创建和部署 面向服务架构的首选技术。Web Services 支撑的面向服务架 构的概念模型如图 2 所示，该模型基于服务提供者
9、、服务注册 中心和服务请求者这 3 种角色之间的交互，涉及服务的发布、 查找、绑定和 调用等操作，它采用 Web Services 协议 和标准 实现相关的功能。Web Services 协议覆盖了面向服务架构的所有方面：从基本的服务信息交换机制(SOAP)到编程语言标 准 (WS-BPEL)。Web Services 一般使用 HTTP/HTTPS 作为其 网络通信协议，它的数据交 换格式和相关协议标准都是基于可扩展标记语言(extensible markup language，XML) 的。Web Services 以简单对象访问协议(simple object access protoc
10、ol，SOAP) 作为其消息传递的标准，采用 Web 服务描述语言(web services description language，WSDL)定义 服务交互的接口和结 构，使用通用描述、发现和集成协议(universal description, discovery and integration，UDDI)来发布和查找 Web 服务，采用 Web 服务业务流程执行语言(web services business process execution language，WS-BPEL) 进行 Web 服务组合，以支持基于 Web 服务的自动业务流程。由于 Web Services 一般采用
11、HTTP/HTTPS 作为其网络通信协议，因此与DCOM、CORBA、EJB 等分布式 对象技术相比，Web Services 能方便的穿越企业防火墙，更适合于机构间的分布式应用。图表 2 Web Services 支撑的面向服务架构的概念模型6 分布式监测系统体系结构设计随着分布式监测系统规模的不断增大，以及跨机构、跨地域的基于 Internet 的远程分布式 监测系统的不断涌 现，分布式监测系统越来越复杂，系 统异构性和需求变更带来的影响越 来越大。若分布式监测系统依然采用传统的分布式架构，如两层 Client/Server 结构或三层 Client/Server 结构，由于系统各模块间耦
12、合紧密，开放性、灵活性较差，系统 集成难度较大，将难以满足分布式监测系统快速集成的需要。因此，本文依据 图 1 所示的分布式监测 系统通用模型，结合面向服务架构的 思想，以 Web Services 为支撑技术，提出了一种面向服务的分布式监测系统体系结构，为设备监测诊断、环境监测、医疗监控、工程健康监测等多个应用领域的分布式监测系统的设计 开发提供了参考。6.1 体系结构组成面向服务的分布式监测系统体系结构的各个组成模块以 及它们之间的关系如图 3 所示。该体系结构以前文提到的分布式监测系统通用模型为基础，其中分布式架构层采用了面向服务的架构，以 Web Services 作 为系统各功能模块
13、之间进行 数据交换、信息共享和互操作的支撑平台。监测对象的各种信息通过传感器/变送器采集并传送到数据采集模块，数据采集模块向其它相关功能模块提供关于监测对象的原始数据。分布式监测系统的各个功能模块可以通过 Web Services 平台与管理信息系统等其它相关外部系统实现集成。 该体系结构的数据采集、数据处理、状态监测、信息融合、决策支持等功能模块同前文提到的分布式监测系统通用模型 相一致，它们的具体功能如下： 1. 数据采集模块(data acquisition，DA)其功能是通过各种传感器从监测对象上采集数据，并进行相应的预处理，为监测系统其它功能模块提供原始数据。 2. 数据处理模块(data processing，DP) 用于
