撰文/中國(guó)電子科技集團(tuán)第38研究所 柳吉慶 徐禮祥 張軍

基于服務(wù)總線的應(yīng)用集成平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)

撰文/中國(guó)電子科技集團(tuán)第38研究所 柳吉慶 徐禮祥 張軍

一、引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，制造型企業(yè)面臨的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，為實(shí)現(xiàn)有效整合產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段產(chǎn)生的各類信息和流程，上線并實(shí)施了越來(lái)越多的企業(yè)信息系統(tǒng)（Enterprise Information System，EIS），然而各個(gè)EIS之間存在著編程語(yǔ)言差異、平臺(tái)差異、通信協(xié)議差異和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異等諸多系統(tǒng)異構(gòu)問(wèn)題，如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)相關(guān)的EIS系統(tǒng)間的高效互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源的共享，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部乃至企業(yè)之間的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)集成，成為企業(yè)相關(guān)信息技術(shù)部門迫切需要解決的重要問(wèn)題。

面向服務(wù)的架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）正逐漸成為企業(yè)應(yīng)用集成的發(fā)展主導(dǎo)方向。SOA是一種定義集成基于服務(wù)的軟件應(yīng)用方法，通過(guò)服務(wù)調(diào)用和組合實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)流程。服務(wù)是離散的功能單元，封裝了可重用的業(yè)務(wù)邏輯，平臺(tái)獨(dú)立、位置透明且可互操作，具有基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、松散耦合、與協(xié)議無(wú)關(guān)性和業(yè)務(wù)敏捷性等優(yōu)勢(shì)。

在企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用整合問(wèn)題的解決方案上，較早采用的是企業(yè)應(yīng)用集成（Enterprise Application Integration，EAI）方式，使用如CORBA和COM等消息中間件進(jìn)行分布式、跨平臺(tái)的程序交互，使用中間件、XML等技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分配。EAI這種基于部件的架構(gòu)并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，解決方案往往比較笨重，不利于規(guī)則的重新整合和修改，因而EAI并不是實(shí)現(xiàn)SOA的理想架構(gòu)。在此背景下，企業(yè)服務(wù)總線（Enterprises Service Bus，ESB）被提出作為取代EAI的位置，成為實(shí)現(xiàn)SOA的一種理想集成工具。

企業(yè)服務(wù)總線是面向服務(wù)架構(gòu)SOA的基礎(chǔ)設(shè)施，ESB是SOA參考架構(gòu)的中心構(gòu)件，通過(guò)ESB平臺(tái)實(shí)現(xiàn)各種服務(wù)注冊(cè)、管控以及服務(wù)之間的協(xié)調(diào)交互，集成基于不同硬件、不同操作系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù)庫(kù)和不同傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)的異構(gòu)系統(tǒng)之間的應(yīng)用，為SOA架構(gòu)模型提供基于網(wǎng)絡(luò)的底層分布式總線功能，例如服務(wù)通信、協(xié)作和服務(wù)組合流程等。

基于上述分析，本文將設(shè)計(jì)一個(gè)基于ESB的企業(yè)應(yīng)用統(tǒng)一集成平臺(tái)，并對(duì)集成平臺(tái)中的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行具體闡述。

二、集成平臺(tái)總體框架

圖1所示為基于服務(wù)總線的企業(yè)應(yīng)用集成平臺(tái)總體框架示意圖。應(yīng)用集成平臺(tái)的運(yùn)行需要一系列外圍環(huán)境的支撐：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)或文件服務(wù)器用做數(shù)據(jù)信息的持久化存儲(chǔ)容器，消息服務(wù)器（Message Queue，MQ）則充當(dāng)消息產(chǎn)生和消費(fèi)的中轉(zhuǎn)代理，應(yīng)用服務(wù)器則提供了基于Web頁(yè)面的服務(wù)管理控制或調(diào)用的支持。

企業(yè)應(yīng)用集成平臺(tái)底層需要ESB基礎(chǔ)平臺(tái)的支撐，ESB基礎(chǔ)平臺(tái)提供了一系列的底層基礎(chǔ)功能組件，例如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、協(xié)議適配、消息路由、安全控制和日志記錄等。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能可實(shí)現(xiàn)不同格式數(shù)據(jù)的自定義轉(zhuǎn)化，例如將xml格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Json格式數(shù)據(jù)；協(xié)議適配可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多接口類型的兼容介入，例如常見的HTTP、FTP和JMS等協(xié)議；消息路由可實(shí)現(xiàn)對(duì)接口消息數(shù)據(jù)傳遞流向的自定義控制。

圖1 集成平臺(tái)總體框架

企業(yè)應(yīng)用集成平臺(tái)對(duì)外提供的功能體現(xiàn)在對(duì)消息和服務(wù)的管控上，在遵循相關(guān)集成標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行消息和服務(wù)的設(shè)計(jì)開發(fā)，其中消息一般用于異步信息交互，服務(wù)則用于同步信息交互。

運(yùn)行在企業(yè)內(nèi)部的各個(gè)EIS通過(guò)企業(yè)應(yīng)用集成平臺(tái)統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互，交互的方式可分為兩大類：一類是通過(guò)部署在集成平臺(tái)的服務(wù)進(jìn)行請(qǐng)求/響應(yīng)的實(shí)時(shí)同步方式調(diào)用，另一類是通過(guò)部署在集成平臺(tái)的消息端點(diǎn)將關(guān)鍵信息以消息的方式進(jìn)行發(fā)送或消費(fèi)，消息和服務(wù)的元數(shù)據(jù)信息及使用過(guò)程信息可通過(guò)管理監(jiān)控平臺(tái)獲取。

三、集成平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

1.集成規(guī)范設(shè)計(jì)

系統(tǒng)集成接口成功應(yīng)用的關(guān)鍵因素是參與集成開發(fā)的相關(guān)系統(tǒng)就接口實(shí)現(xiàn)達(dá)成一致，制定詳細(xì)的接口規(guī)范，接口提供方和使用方在各自開發(fā)過(guò)程中嚴(yán)格遵守此接口規(guī)范，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Point to Point）集成方式下，應(yīng)用系統(tǒng)的接口開發(fā)是兩兩進(jìn)行的，制定的接口規(guī)范通常缺乏全局考慮，僅對(duì)特定接口有效。當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用集成場(chǎng)景變得日益復(fù)雜后，一個(gè)系統(tǒng)往往需要對(duì)接多個(gè)其他系統(tǒng)，因此往往需同時(shí)遵循多個(gè)不同的接口規(guī)范，而這些接口規(guī)范存在著不一致甚至相悖的可能，造成系統(tǒng)集成開發(fā)無(wú)章可循的現(xiàn)象。在采用企業(yè)應(yīng)用集成平臺(tái)后，由于對(duì)服務(wù)和消息實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理發(fā)布，因此需要就集成開發(fā)中的一些共性問(wèn)題制定相關(guān)的集成規(guī)范，對(duì)企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)接口的開發(fā)方和使用方開發(fā)的交付物提出明確的要求，并依據(jù)相應(yīng)的規(guī)范作為集成工作評(píng)估的依據(jù)。從集成實(shí)現(xiàn)的方式上可將集成規(guī)范大致分為服務(wù)集成規(guī)范和消息集成規(guī)范，如圖2所示，集成規(guī)范可進(jìn)一步進(jìn)行逐級(jí)細(xì)化，例如服務(wù)集成規(guī)范可包含服務(wù)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范，服務(wù)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范可細(xì)分為服務(wù)命名規(guī)范、服務(wù)結(jié)構(gòu)規(guī)范、服務(wù)異常處理規(guī)范等。制定集成規(guī)范是實(shí)現(xiàn)集成平臺(tái)有效開發(fā)管理的基礎(chǔ)條件，應(yīng)予以充分重視。

圖2 系統(tǒng)集成規(guī)范體系

2.服務(wù)集成設(shè)計(jì)

服務(wù)集成是整個(gè)企業(yè)集成平臺(tái)提供的最為重要的功能之一，Web服務(wù)是實(shí)現(xiàn)服務(wù)集成最常見的方法，運(yùn)用集成平臺(tái)的ESB技術(shù)解決集成問(wèn)題的一個(gè)重要出發(fā)點(diǎn)是：通過(guò)服務(wù)集成功能盡量降低應(yīng)用系統(tǒng)之間的耦合度和減少已有接口的開發(fā)調(diào)整工作，可通過(guò)服務(wù)代理、服務(wù)建模以及服務(wù)編排分別實(shí)現(xiàn)了服務(wù)的繼承、拓展與協(xié)同。

（1）服務(wù)代理。

采用ESB技術(shù)后，對(duì)外服務(wù)的接口將進(jìn)行統(tǒng)一，由ESB基礎(chǔ)平臺(tái)暴露相關(guān)的一系列服務(wù)代理接口供服務(wù)請(qǐng)求方進(jìn)行調(diào)用，如圖3所示，服務(wù)請(qǐng)求方通過(guò)ESB平臺(tái)上開放的服務(wù)地址對(duì)服務(wù)提供方的Web服務(wù)進(jìn)行間接調(diào)用，ESB平臺(tái)只起到代理轉(zhuǎn)發(fā)的作用，不對(duì)服務(wù)業(yè)務(wù)邏輯本身做任何處理，因此調(diào)用ESB上的代理服務(wù)與直接調(diào)用服務(wù)提供方提供的原始服務(wù)效果是完全一樣的。

圖3 服務(wù)代理模式示意圖

此種模式下，只需服務(wù)請(qǐng)求方將原有的Web服務(wù)請(qǐng)求地址改為ESB發(fā)布的服務(wù)地址，其他不需做任何改動(dòng)，若已有的系統(tǒng)集成Web服務(wù)接口已能滿足業(yè)務(wù)需求，則可以使用此功能實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)的透明訪問(wèn)。

（2）服務(wù)建模。

在企業(yè)集成平臺(tái)上發(fā)布獨(dú)立的Web 原子服務(wù)（非代理服務(wù)），與服務(wù)代理模式中ESB平臺(tái)不做任何業(yè)務(wù)處理不同的是，服務(wù)建模中的業(yè)務(wù)邏輯在ESB平臺(tái)中單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，不依賴于其他應(yīng)用信息系統(tǒng)。在服務(wù)建模中，主要完成兩部分的工作內(nèi)容：服務(wù)接口和服務(wù)實(shí)現(xiàn)的定義,如圖4所示，服務(wù)接口主要描述了服務(wù)對(duì)外的方法、參數(shù)等信息，是生成的服務(wù)描述（WSDL）的數(shù)據(jù)來(lái)源；服務(wù)實(shí)現(xiàn)則負(fù)責(zé)執(zhí)行具體的業(yè)務(wù)邏輯，將接口定義和實(shí)現(xiàn)分離也有利于保持Web服務(wù)的穩(wěn)定性。

圖4 Web服務(wù)調(diào)用過(guò)程示意圖

（3）服務(wù)編排。

服務(wù)編排可被視為服務(wù)代理與服務(wù)建模功能結(jié)合的產(chǎn)物。ESB在內(nèi)部將若干個(gè)相關(guān)聯(lián)的信息系統(tǒng)提供的Web服務(wù)按一定順序進(jìn)行排列和組合，完成中間環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化工作，最終實(shí)現(xiàn)多個(gè)服務(wù)的組合，組合成具有新功能的服務(wù)，發(fā)布部署在ESB平臺(tái)上供使用，使用此方式可以類似“搭積木”的方式從有限數(shù)量的基礎(chǔ)服務(wù)中衍生出大量的新服務(wù)，從而滿足企業(yè)內(nèi)業(yè)務(wù)需求的新增和變更。

3.消息集成設(shè)計(jì)

消息的發(fā)送和消費(fèi)需要消息服務(wù)器的支持，消息服務(wù)器專門用于存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)以及管理產(chǎn)生或消費(fèi)的消息數(shù)據(jù)，具有運(yùn)算速度高、運(yùn)行可靠。數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)等特點(diǎn)。集成平臺(tái)中包含消息服務(wù)器，并與ESB基礎(chǔ)平臺(tái)保持緊密集成。

（1）消息結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

如圖5所示，消息結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是對(duì)消息的消息頭屬性和消息體的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式定義。消息頭屬性定義主要是為了便于進(jìn)行消息的發(fā)送/訂閱相互匹配，消息體是消息的主體內(nèi)容，雖然各類消息的具體內(nèi)容和樣式不盡相同，但從通用性和規(guī)范性的角度考慮，對(duì)消息體采用的描述格式以及結(jié)構(gòu)應(yīng)作統(tǒng)一要求。

圖5 消息結(jié)構(gòu)示意圖

（2）消息分類設(shè)計(jì)。

如圖6所示，按照消息數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)范疇對(duì)消息進(jìn)行分類，每一類消息又可根據(jù)描述的粒度不同進(jìn)行層層細(xì)分，從而形成一個(gè)樹形的層次劃分體系。

圖6 消息分類層次結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于消息的發(fā)送方來(lái)說(shuō)，其所發(fā)送的消息有且只歸屬一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的消息分類（消息分類樹的末端節(jié)點(diǎn)），消息的分類條目隨著參與集成的應(yīng)用系統(tǒng)增多或業(yè)務(wù)集成點(diǎn)的拓展而不斷更新增加，根據(jù)消息集成的領(lǐng)域特點(diǎn)，制定科學(xué)合理的分類體系，是實(shí)現(xiàn)消息發(fā)送與消費(fèi)順利銜接的重要前提條件。

4.管控平臺(tái)設(shè)計(jì)

采用服務(wù)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)集成，各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)都需要通過(guò)應(yīng)用集成平臺(tái)提供的服務(wù)或消息端點(diǎn)進(jìn)行交互，因此需要對(duì)服務(wù)和消息進(jìn)行管控。集成管控平臺(tái)是集成平臺(tái)的必要輔助模塊，通過(guò)此平臺(tái)對(duì)集成平臺(tái)發(fā)布的服務(wù)進(jìn)行查詢、添加、更新和刪除等操作，特定應(yīng)用系統(tǒng)的接口開發(fā)人員可通過(guò)此平臺(tái)方便地了解提供服務(wù)的服務(wù)地址、業(yè)務(wù)功能、接口方法、接口參數(shù)和調(diào)用示例等信息；應(yīng)用系統(tǒng)的維護(hù)人員可通過(guò)此平臺(tái)了解與本系統(tǒng)相關(guān)的消息、服務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行性能等指標(biāo)數(shù)據(jù)。

四、應(yīng)用實(shí)例

本文所設(shè)計(jì)的企業(yè)應(yīng)用集成平臺(tái)已在企業(yè)內(nèi)部得到了良好的應(yīng)用，解決了企業(yè)之前存在的集成架構(gòu)落后、集成缺乏統(tǒng)一管理和規(guī)范以及主數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步難以實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題。服務(wù)集成方面，將原有各個(gè)信息系統(tǒng)提供的Web服務(wù)統(tǒng)一發(fā)布在ESB平臺(tái)上并統(tǒng)一進(jìn)行服務(wù)日志的記錄；消息集成方面，通過(guò)制定消息讀寫技術(shù)規(guī)范，包括人員組織、物料、項(xiàng)目、日志和待辦事項(xiàng)等多種類型的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以消息的形式實(shí)現(xiàn)多應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)同步，圖7所示為開發(fā)的集成平臺(tái)管控模塊實(shí)際應(yīng)用界面。

圖7 集成平臺(tái)管控模塊系統(tǒng)應(yīng)用界面

五、結(jié)語(yǔ)

企業(yè)服務(wù)總線是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)SOA架構(gòu)下的企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)集成的一種理想集成工具，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于企業(yè)服務(wù)總線的企業(yè)應(yīng)用集成總體框架，對(duì)集成框架中的集成規(guī)范制定、服務(wù)與消息的集成內(nèi)容以及管控平臺(tái)設(shè)計(jì)等若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，通過(guò)在企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，證明了該集成平臺(tái)設(shè)計(jì)的可行性和有效性。

《智能制造》雜志征稿通知

一、征文范圍

1.數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造

2.智能設(shè)計(jì)理論、方法及系統(tǒng)

3.自動(dòng)化與現(xiàn)代制造系統(tǒng)

4.機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用

5.虛擬設(shè)計(jì)與虛擬樣機(jī)

6.網(wǎng)絡(luò)化控制與制造技術(shù)

7.綠色設(shè)計(jì)與綠色制造中的智能技術(shù)

8.智能加工、智能檢測(cè)與控制

9.數(shù)字企業(yè)與數(shù)字化工廠

10.制造系統(tǒng)建模、運(yùn)行、控制、優(yōu)化與調(diào)度

11.先進(jìn)制造模式與戰(zhàn)略

12.制造信息與知識(shí)處理

13.數(shù)控技術(shù)與數(shù)字化裝備

14.現(xiàn)場(chǎng)總線與無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)

注：以上內(nèi)容范疇供參考，圍繞智能制造全領(lǐng)域，具體題目請(qǐng)自擬。

二、論文遴選、刊錄出版和基本要求

1.《智能制造》編輯部組織編委會(huì)有關(guān)專家，對(duì)投稿進(jìn)行審查、遴選，擇優(yōu)刊登。審查遴選期限為自編輯部收到稿件后的三個(gè)月。對(duì)于刊登的論文，編輯部提供正式錄用通知。

2.論文內(nèi)容必須是作者未正式發(fā)表過(guò)的研究成果，論文主題與智能制造相關(guān)，投稿作者須恪守學(xué)術(shù)道德規(guī)范，文責(zé)自負(fù)，嚴(yán)禁一稿多投及中途撤稿。論文字?jǐn)?shù)4000～7000字。

3.論文應(yīng)包括以下項(xiàng)目：論文題目；作者簡(jiǎn)介（200字以內(nèi)，包括姓名、工作單位、通信地址、電話、手機(jī)、電子信箱等）；中文摘要、關(guān)鍵詞、標(biāo)題和正文、參考文獻(xiàn)。

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