湯春球，唐建生，莫易敏

(武漢理工大學 機電工程學院，湖北 武漢 430070)

近年來，我國鐵路交通發(fā)展迅速，為了保障鐵路運輸的安全、高效與可靠，機務部門的現(xiàn)代化建設顯得尤其重要。而隨著信息化的不斷發(fā)展，通過信息化技術實現(xiàn)機務生產效率的提升，已經得到了中國鐵路總公司的大力支持。目前，機務段內雖然已經設計和研發(fā)了很多針對業(yè)務部門實際工作流程的系統(tǒng)，如機車整備管理系統(tǒng)、機車檢修管理系統(tǒng)、機車運用管理系統(tǒng)、機車救援管理系統(tǒng)及乘務員出退勤管理系統(tǒng)等。但由于其各信息系統(tǒng)相互獨立，系統(tǒng)之間的數據不能共享，影響了機務信息化的整體效果。所以科學利用、擴充信息網絡，合理整合信息資源，建立機務信息資源集成平臺是十分必要的?；赟OA的鐵路機務信息集成平臺整合各現(xiàn)有機務系統(tǒng)安全信息資源，形成了機務信息系統(tǒng)統(tǒng)一的信息化基礎平臺。該平臺以面向服務的架構SOA為核心，以Web Service和企業(yè)服務總線等技術為支撐，實現(xiàn)各系統(tǒng)間的數據共享和功能集成。通過該平臺可對機車運用、檢修、整備過程信息進行監(jiān)控、記錄和統(tǒng)計分析，并建立起機車、機車乘務員和機務設備之間信息的動態(tài)聯(lián)系，從而為機務段的生產和決策提供數據支持。

1 相關技術介紹

1.1 SOA概述

面向服務的架構(service-oriented architecture，SOA)是一種構造分布式系統(tǒng)的方法，將應用系統(tǒng)中各功能單元以服務的形式提供給用戶，并通過定義服務接口、服務契約將各功能單元聯(lián)系起來，實現(xiàn)對不同服務的封裝[1]。利用SOA可將功能與業(yè)務分離開來，使得服務能夠重用，并降低各服務間的耦合度，而且其以一種標準語言的形式對外發(fā)布，支持業(yè)務轉換為一組相互鏈接的服務，并在需要時通過網絡進行訪問，從而將分散于各地且采用不同技術的服務進行組合，使整個信息平臺的功能可以快速適應不斷變化的客觀條件和需求，最終達到跨運行平臺、跨操作系統(tǒng)、跨編程語言進行信息共享和資源整合的目的[2]。

SOA體系架構由服務提供者、服務消費者及服務注冊中心3種角色組成，如圖1所示。服務消費者也稱服務請求者，是信息集成平臺需要服務的對象，其在調用服務時，需要向服務注冊中心發(fā)送請求消息；服務提供者的職責主要是將其提供的服務信息發(fā)布到服務注冊中心，并根據服務消費者的需求提供相應服務；服務注冊中心的職責則是對服務和服務請求進行注冊，并對服務進行分類，且可為服務消費者提供查詢服務[3]。

圖1 SOA體系結構

1.2 Web Service概述

Web Service是實現(xiàn)面向服務架構的重要技術手段[4]，借助于XML和Internet技術來表現(xiàn)數據，主要采用了分布式計算技術[5-6]。作為一項用于應用程序之間相互通信的技術，嚴格地說，Web Service是描述一系列標準的、功能化的操作接口。在進行系統(tǒng)功能開發(fā)的過程中，只需要對相應的Web Service模塊進行調用，而無需了解Web Service模塊實現(xiàn)功能的具體過程。另外，Web Service模塊能適用于不同的編程語言或內部協(xié)議，而且對其進行調用時無需額外的軟件或硬件[7]。因此，通過Web Service可以將企業(yè)不同的應用服務有效地聯(lián)系起來，并將這些服務封裝和發(fā)布到網絡上，以供服務消費者調用，從而形成一個基于Web的服務共享平臺，為信息系統(tǒng)的集成提供了一個通用的機制。

1.3 企業(yè)服務總線

企業(yè)服務總線(enterprise service bus, ESB)是SOA架構的主要切入點，提供與SOA原則保持一致的集成基礎架構和比傳統(tǒng)中間件產品更廉價的解決方案。其以“總線”的模式來管理和簡化應用之間的集成拓撲結構，擔當連接應用程序和整個企業(yè)中其他服務的共享消息收發(fā)層，可實現(xiàn)不同信息的準確、高效和安全傳遞，讓不同應用服務器協(xié)作運行，解決應用接口潛在的不兼容性和維護沖突的問題[8]。

ESB位于SOA的中心，能夠提供事件驅動、文檔導向的處理模式及分布式的運行管理機制。同時，ESB還支持基于內容的路由和過濾，具備復雜數據的傳輸能力，并通過Web Service、JMS和HTTP等傳輸協(xié)議提供更強的系統(tǒng)互連接口，讓各應用系統(tǒng)在ESB上進行數據交換，從而減少了接口的數量、大小和復雜度，使得SOA更加強大。ESB主要完成工作包括消息路由、傳輸協(xié)議轉換、消息格式轉換及處理來自不同業(yè)務的事件[9]。基于SOA的ESB系統(tǒng)架構如圖2所示。

圖2 基于SOA的ESB模式的系統(tǒng)架構

2 系統(tǒng)分析

機務信息集成平臺承擔著機務運用安全、機車整備、機車檢修及機車乘務員管理等應用系統(tǒng)的數據交換和共享，并支持機務段綜合統(tǒng)計查詢功能。其主要目標是滿足機務段對信息共享的需求，解決“信息孤島”，實現(xiàn)對機車、機車乘務員和機務設備的實時動態(tài)監(jiān)控及相關數據的統(tǒng)計分析。目前，機務段各部門結合自身業(yè)務需求，已經開發(fā)和投用了一批應用系統(tǒng)，但各系統(tǒng)互不聯(lián)通、名稱各異、標準不一。機務信息集成平臺是以機車和機車乘務員信息為主要集成對象，全方位整合機務信息資源并與其他相關信息系統(tǒng)有效銜接，為此需要實現(xiàn)以下4個主要目標：①對重要信息進行集中存儲、分析、轉換和處理；②統(tǒng)一基礎編碼，建立機車電子檔案數據庫、機車及動車組司機數據庫；③規(guī)范接口標準，保證其他系統(tǒng)能順利接入信息集成平臺；④保證信息共享的安全性和可靠性。

為能夠與其他系統(tǒng)進行連接和數據共享，該信息平臺的數據交互設計需滿足以下幾個要求：①能夠對包括Oracle、SQL Server、MySQL在內的各類型數據庫及Excel、XML、Text類型的文件進行數據轉換。②為了保證數據的實時性，能夠即時或定時與各系統(tǒng)進行數據交換。對于首次接入的系統(tǒng)或實時性要求較高且更新時間難以固定的數據，需要采用即時觸發(fā)的數據交換方式；對于數據采集時間固定或實時性要求較低的數據，則采用定時觸發(fā)的方式交換數據。③能夠進行同步及異步數據交換。對于數據量不大或實時性要求較高的數據，數據需求方在發(fā)送請求后，將一直等待至接收到數據為止；若數據量較大或網絡速度不理想時，由于需要較長的傳輸時間，則需要采用異步數據交換方式，如將數據存儲在數據緩存池后再轉發(fā)或采用消息隊列等傳輸方式。

3 系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)架構設計

機務信息集成平臺的主要任務是實現(xiàn)不同業(yè)務系統(tǒng)之間的數據集成和共享。基于SOA的機務信息集成平臺架構如圖3所示，采用Web Service定義服務接口，通過ESB總線將機務段各業(yè)務系統(tǒng)有效地整合起來。

圖3 基于SOA的機務信息集成平臺架構

(1)表示層。表示層是方便用戶與系統(tǒng)進行交互的門戶，其將機務段的生產綜合信息和人員管理信息通過Web瀏覽器呈現(xiàn)在用戶面前，用戶通過表示層便可調用服務組合并進行數據交換。

(2)服務管理層。服務管理層將來自服務封裝層的數據接口和服務接口按照需求組合成不同的服務組合，然后提供給表示層。ESB是服務管理層的服務注冊中心，其主要功能是將系統(tǒng)的參與者連接起來，并根據所需要實現(xiàn)的功能，以及機務段不同科室、車間和鐵路局相關部門的業(yè)務關聯(lián)性，確立服務之間的相互調用關系，從而管理和監(jiān)控各應用程序間的數據和服務交互，以實現(xiàn)有效管理機務生產作業(yè)流程目的。

(3)服務封裝層。在服務封裝層，對機務信息系統(tǒng)功能以組件的方式進行封裝，然后描述、包裝成具有WSDL接口的服務并提供給服務管理層，從而實現(xiàn)信息的整合。

(4)數據層。數據層對分布式數據源進行統(tǒng)一管理，為服務封裝層提供數據信息和數據邏輯，其數據主要分為機車檢修數據、機車整備數據、機車乘務員數據、機車運用數據、機務設備數據、機車救援指揮數據及系統(tǒng)用戶數據等。這些數據來自各異構信息系統(tǒng)及信息集成平臺的本地數據庫。數據源的形式也多種多樣，如數據庫形式、文件形式、FTP應用、HTTP應用、JMS等。

3.2 數據共享流程設計

圖4 數據共享流程

由于XML數據儲存文件具有格式規(guī)范、互操作性強、可擴展等優(yōu)點，因此筆者系統(tǒng)數據交換所采用的數據格式為XML。數據共享流程如圖4所示。首先，機務信息提供系統(tǒng)將數據的共享功能封裝為服務，并將從數據庫獲得的共享數據轉換為XML格式，再通過Web服務接口接入到機務信息數據交換總線。從數據總線獲得數據后，系統(tǒng)會根據數據傳輸速度等要求，選擇將數據暫存于數據緩存池或直接返回到Web服務接口，以達到提高數據交換效率的目的。然后，服務使用者可通過服務訪問接口來獲得所需數據，并且為了方便數據調用和實現(xiàn)數據的集成，該數據也可以存儲在機務信息集成平臺的中心數據庫中。

3.3 系統(tǒng)執(zhí)行機制

將SOA與ESB相關理論與方法應用于系統(tǒng)集成，不僅能起到降低被集成系統(tǒng)之間耦合度的作用，而且可以很好地提高系統(tǒng)的可擴展性、可復用性及可維護性[10]?；赟OA與ESB的集成系統(tǒng)執(zhí)行過程如圖5所示。①服務注冊。對服務消費者及服務提供者進行注冊，并為服務消費者申請ESB數據適配器、定義服務路由及建立數據映射的關系。②請求消息發(fā)送。服務消費者將服務請求消息通過XML編碼成SOAP，隨后服務請求消息將被解析、發(fā)送給服務提供者。服務消費者與服務提供者可以通過請求/響應、異步消息、會話交換、發(fā)布/訂閱4種模式進行交互。③消息解析。服務請求消息被ESB接收之后，由消息處理器對其進行解析，從而得到服務消費者申請的數據適配器標識等信息，然后ESB在服務注冊中心查詢與該標識對應的數據適配器，最后將服務處理請求傳達給相應的服務提供者。④數據轉換。數據適配器根據數據映射關系，把由服務提供者提供并被解析后的數據進行轉換，使之符合Web Service接口的標準。⑤Web服務處理。數據經適配器轉換后，通過Web服務對其進行相關業(yè)務邏輯的處理，最后提供給服務消費者。

圖5 基于SOA與ESB的集成系統(tǒng)執(zhí)行機制

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 服務的封裝和調用

以鐵路局機車調度指揮管理系統(tǒng)用戶獲取機車狀態(tài)信息為例，具體說明服務的封裝過程。在此過程中，機務信息集成平臺從機車檢修信息管理系統(tǒng)、機車整備信息管理系統(tǒng)和機車運用安全管理系統(tǒng)中獲取各系統(tǒng)中最新機車狀態(tài)數據，然后對這3條數據的建立時間進行對比分析，以時間最晚的一條作為機車的最新狀態(tài)，再將最新狀態(tài)數據封裝到服務接口中，并提供給鐵路局機車調度指揮管理系統(tǒng)。服務封裝如圖6所示，可知機車狀態(tài)查詢服務被封裝到ITrainService接口中，其中查詢條件JCtype表示機型，JCNO表示機車號。TrainService_JX、TrainService_ZB、TrainService_YY均為具體的服務。服務的實施過程則是通過TrainService類完成的，在此過程中通過對比分析機車數據，判斷出機車的當前狀態(tài)。

圖6 服務封裝

4.2 設計效果

圖7所示為基于SOA的鐵路機務信息集成平臺中機車狀態(tài)信息管理界面(部分)，其可對全段配屬機車狀態(tài)進行跟蹤顯示及調度指揮管理，從而方便機車調度人員合理安排機務段的生產作業(yè)。

圖7 機車狀態(tài)信息管理界面

5 結論

基于SOA的機務信息集成平臺不僅實現(xiàn)了對機務信息的集成與共享，還解決了信息孤島的問題，為機務生產活動及鐵路局進行機車調度指揮提供了數據和決策支持。通過將ESB應用于SOA系統(tǒng)構建，提高了系統(tǒng)的可擴展性和可維護性，使機務信息集成系統(tǒng)的柔性大大提高，從而論證了將SOA架構應用于機務信息集成平臺的合理性與有效性。

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