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        P2P網(wǎng)絡(luò)模式下測量設(shè)備溯源系統(tǒng)設(shè)計

        2020-05-16 09:15:20鄭曉健鄭曉蘭
        軟件 2020年4期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)維護(hù)消息節(jié)點(diǎn)

        鄭曉健,鄭曉蘭,李 彤

        (1. 昆明理工大學(xué)津橋?qū)W院 電信與信息工程學(xué)院,云南 昆明 650106;2. 云南省計量測試技術(shù)研究院,云南 昆明 650228;3. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 大數(shù)據(jù)學(xué)院,云南 昆明 650201)

        0 引言

        企業(yè)控制產(chǎn)品質(zhì)量離不開測量設(shè)備,計量法規(guī)定企事業(yè)單位使用測量設(shè)備進(jìn)行測量檢定,出具的檢定數(shù)據(jù)必須通過溯源評定,并達(dá)到國家或國際的量值統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。為了確保測量設(shè)備給出的數(shù)值準(zhǔn)確可靠,國家嚴(yán)格要求測量設(shè)備要進(jìn)行定期檢定和校準(zhǔn)。由于計量法有強(qiáng)制規(guī)定,企業(yè)、計量檢定和質(zhì)量監(jiān)測機(jī)構(gòu)對質(zhì)量有管控需求,使得企事業(yè)單位必須對大量測量設(shè)備進(jìn)行定期檢定、校準(zhǔn)和溯源追蹤。

        目前,測量設(shè)備溯源追蹤主要還是由各單位計量檢定人員手工完成,工作量較大,經(jīng)常會由于人為疏忽,造成測量設(shè)備不能按時溯源、檢測周期脫節(jié)、設(shè)備的狀況評估不完整,影響了設(shè)備的正常使用。因此研制測量設(shè)備量值檢定與校準(zhǔn)溯源管理軟件,改善工作現(xiàn)狀,提高檢定及管理的工作效率,對于各企事業(yè)單位有積極的意義。

        通過需求分析發(fā)現(xiàn),除了用戶提出的操作頻度不是很高的溯源設(shè)備綜合聯(lián)查和系統(tǒng)基礎(chǔ)信息要求共享以外,系統(tǒng)各部分的功能相對獨(dú)立。另外,用戶對系統(tǒng)擴(kuò)展性有一定要求,提出要能夠比較方便地添加檢定點(diǎn),經(jīng)過綜合考慮決定采用對等網(wǎng)絡(luò)(peer to peer,P2P)架構(gòu)[1],帶來的好處是可以提高系統(tǒng)的健壯性[2]、擴(kuò)展性、平衡工作負(fù)荷[3-4]。

        1 P2P架構(gòu)的分布式應(yīng)用

        分布式應(yīng)用系統(tǒng)可以采用P2P架構(gòu)來設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。P2P網(wǎng)絡(luò)是一種局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式[5]。P2P網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)處于對等的地位,每個P2P節(jié)點(diǎn)既向其他節(jié)點(diǎn)提供服務(wù),也請求其他節(jié)點(diǎn)的服務(wù)[6],而CS架構(gòu)主要依靠服務(wù)器作為關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)提供系統(tǒng)服務(wù)[7]。P2P的網(wǎng)絡(luò)資源和服務(wù)分布在各 P2P節(jié)點(diǎn)上,P2P節(jié)點(diǎn)間以點(diǎn)對點(diǎn)方式直接互訪,通過相互交換各種消息來提供資源和服務(wù),協(xié)同完成分布式任務(wù)[6],P2P網(wǎng)絡(luò)減少了對特定的關(guān)鍵性的節(jié)點(diǎn)的依賴,因此具有較高的可擴(kuò)展性、健壯性、負(fù)載平衡能力。所以,可以將相應(yīng)的應(yīng)用模塊部署到P2P節(jié)點(diǎn)中,實(shí)現(xiàn)以信息資源共享為基礎(chǔ)的分布式應(yīng)用系統(tǒng)。

        采用P2P架構(gòu)設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)時須保持P2P網(wǎng)絡(luò)的特征[4-8]:

        (1)可擴(kuò)展性。隨著新 P2P節(jié)點(diǎn)的加入,P2P網(wǎng)絡(luò)的共享資源數(shù)量和服務(wù)能力可能會提升,節(jié)點(diǎn)間的通信路徑會增加,通信能力也會加強(qiáng),系統(tǒng)性能一般不會降低[3]。

        (2)健壯性。設(shè)計時要考慮到P2P節(jié)點(diǎn)在加入和退出時的自由性,即保證節(jié)點(diǎn)加入后可以快速發(fā)揮新節(jié)點(diǎn)的資源的效能,退出后不影響系統(tǒng)性能,避免P2P 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)失效帶來的風(fēng)險。

        (3)負(fù)載均衡。當(dāng)P2P網(wǎng)絡(luò)負(fù)載發(fā)生變化時每個節(jié)點(diǎn)都可以分擔(dān)任務(wù)[8]。參與任務(wù)分擔(dān)的節(jié)點(diǎn)通過點(diǎn)對點(diǎn)直接通信,按照資源狀況協(xié)同提供服務(wù)能力,使網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載得到平衡。

        2 對等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

        2.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

        根據(jù)用戶提出的功能需求,系統(tǒng)主要包括設(shè)備管理、設(shè)備檢定管理、設(shè)備溯源審批管理、系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)等功能模塊。由計量規(guī)程知道,測量設(shè)備的生命周期呈現(xiàn)為5種狀態(tài):新購、待審、溯源監(jiān)控、停用和退出,并構(gòu)成循環(huán)檢定周期,如圖1所示。因此按照規(guī)程設(shè)計的本系統(tǒng)的功能體系,涵蓋了測量設(shè)備溯源管理的全部需求。

        圖1 測量設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換Fig.1 Measuring equipment state conversion

        (1)設(shè)備管理

        設(shè)備管理負(fù)責(zé)將新購設(shè)備納入溯源管理和所有設(shè)備的信息維護(hù)。主要完成設(shè)備信息的建立、查詢、修改等管理。建立設(shè)備信息模塊完成設(shè)備基本信息檔案的建立,設(shè)備基本信息包括設(shè)備號、設(shè)備名稱、出廠編號、購入日期、設(shè)備狀態(tài)等。查詢設(shè)備信息模塊提供對系統(tǒng)中所有設(shè)備的基本信息的單項(xiàng)或組合模式查詢。設(shè)備信息修改模塊完成設(shè)備檔案信息的內(nèi)容維護(hù)。用戶要求可以在多個檢定點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備溯源管理,整體上達(dá)到數(shù)據(jù)一致要求。

        (2)設(shè)備檢定管理

        設(shè)備檢定管理貫穿在設(shè)備的整個生命周期中是溯源管理工作的主要部分,包括四項(xiàng)功能:檢定設(shè)備、審批新設(shè)備、查看到期設(shè)備、查詢檢定歷史。檢定設(shè)備時,通過簡捷的查詢方法快速查到要檢定的設(shè)備,顯示該設(shè)備的所有基本信息,然后查看設(shè)備的所有歷史檢定記錄或停用記錄,根據(jù)檢定結(jié)果給出設(shè)備檢定結(jié)論,建立設(shè)備檢定記錄。新設(shè)備審批時,同樣先要查詢到待審批的設(shè)備,然后根據(jù)檢定結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)給出檢定結(jié)論,建立審批設(shè)備記錄。查看到期設(shè)備時,可以查看到溯源提前期內(nèi)所有設(shè)備,查看設(shè)備待檢情況和具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)。查詢檢定歷史時,可以輸入不同條件查詢設(shè)備檢定記錄,查看該設(shè)備的檢定歷史信息。

        (3)設(shè)備溯源審批管理

        設(shè)備溯源審批管理包括:溯源審批、設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備停用、設(shè)備退出、溯源記錄等模塊。溯源審批時,先查看設(shè)備基本信息和檢定數(shù)據(jù),給出審批結(jié)論,然后登記審批和溯源信息。設(shè)備監(jiān)控管理目的是建立設(shè)備監(jiān)控記錄,記錄設(shè)備監(jiān)控信息。設(shè)備停用管理和設(shè)備退出要求可以查看系統(tǒng)中設(shè)備停用和退出記錄,進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。

        (4)系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)

        系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的共享信息包括測量設(shè)備基本信息、設(shè)置預(yù)報提前期、檢定人員維護(hù)、設(shè)置單位名稱等系統(tǒng)基礎(chǔ)信息,要求保證數(shù)據(jù)一致性。因此,系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)的主要功能包括:系統(tǒng)基礎(chǔ)信息管理、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息同步、網(wǎng)絡(luò)用戶訪問權(quán)限管理、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接信息的同步和狀態(tài)監(jiān)控。

        2.2 P2P集中式架構(gòu)設(shè)計

        本系統(tǒng)采用如圖2所示的P2P集中式架構(gòu)。用戶單位的設(shè)備檢定工作分布在多個場所,并已通過局域網(wǎng)連接。設(shè)備溯源管理的功能模塊布置到 P2P節(jié)點(diǎn)中,每個節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要安排多個功能模塊。P2P集中式架構(gòu)設(shè)計詳情如下。

        圖2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖Fig.2 System composition structure diagram

        (1)由于各節(jié)點(diǎn)的所有檢定環(huán)節(jié)均涉及到系統(tǒng)基礎(chǔ)信息,形成一對多關(guān)系,要求保證數(shù)據(jù)一致性。如果各節(jié)點(diǎn)都存放系統(tǒng)基礎(chǔ)信息的備份,發(fā)生數(shù)據(jù)變動時要隨時保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性就比較困難,所以宜采用集中式存放和維護(hù),即建立網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一的系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)節(jié)點(diǎn),通過網(wǎng)絡(luò)信息的刷新和同步,保證各子系統(tǒng)之間連接的暢通和信息交換,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)功能。

        系統(tǒng)基礎(chǔ)信息包括測量設(shè)備表、單位名稱表、預(yù)報提前期表、用戶表、P2P節(jié)點(diǎn)信息表。測量設(shè)備表、P2P節(jié)點(diǎn)信息表的信息由P2P節(jié)點(diǎn)收集,并提交系統(tǒng)維護(hù)與信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)更新。單位名稱表、預(yù)報提前期表、用戶表由系統(tǒng)維護(hù)與信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一建立和管理。P2P節(jié)點(diǎn)信息表保存所有P2P節(jié)點(diǎn)的連接信息,包括:編號、節(jié)點(diǎn)IP地址、業(yè)務(wù)類型、活動狀態(tài)。P2P節(jié)點(diǎn)信息表是為了維系P2P節(jié)點(diǎn)的連接。各P2P節(jié)點(diǎn)對系統(tǒng)基本信息有需求時,可以向系統(tǒng)信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求消息,系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)完成請求的處理后向P2P節(jié)點(diǎn)返回結(jié)果。

        (2)各子系統(tǒng)功能相對獨(dú)立,檢定業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分布在P2P節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫中便于處理。盡管系統(tǒng)維護(hù)與信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)與各P2P節(jié)點(diǎn)上的子系統(tǒng)有信息交換,溯源管理節(jié)點(diǎn)間有聯(lián)合查詢等需求,但它們彼此間的操作頻度不高。如果采用CS或BS的集中式數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器架構(gòu),使各子系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間的依賴關(guān)系增大,系統(tǒng)可靠性會降低,服務(wù)器的工作負(fù)荷加大,擴(kuò)展性不好。

        (3)設(shè)備檢定數(shù)據(jù)分散保存在P2P節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫中,由子系統(tǒng)維護(hù),包括:設(shè)備檢定表、設(shè)備檢定證書表、設(shè)備啟用表、設(shè)備溯源表、設(shè)備停用表、設(shè)備退出表、設(shè)備狀態(tài)表、系統(tǒng)日志。

        2.3 P2P節(jié)點(diǎn)通信設(shè)計

        P2P信息通信架構(gòu)[8]如圖3所示,包括:P2P消息收發(fā)、消息解析與任務(wù)調(diào)度、P2P節(jié)點(diǎn)注冊管理、P2P節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測、各種業(yè)務(wù)功能等模塊。

        (1)P2P節(jié)點(diǎn)消息收發(fā)與解析。P2P節(jié)點(diǎn)之間的通信采用TCP協(xié)議,通過TCP協(xié)議提供的機(jī)制保證消息及資源傳輸?shù)目煽啃?。P2P節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽連接請求端口,有連接請求時創(chuàng)建消息接收線程,建立socket通信連接并接收消息,通過應(yīng)用層通信協(xié)議解析消息,任務(wù)調(diào)度發(fā)送消息給業(yè)務(wù)處理模塊完成相應(yīng)的處理。

        (2)P2P節(jié)點(diǎn)注冊和退出。P2P節(jié)點(diǎn)間的通信需要各節(jié)點(diǎn)的IP地址和端口號等信息,在系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)建立節(jié)點(diǎn)目錄表管理節(jié)點(diǎn)信息,它向節(jié)點(diǎn)定期傳送或由節(jié)點(diǎn)請求刷新目錄,保證節(jié)點(diǎn)間的通信。P2P節(jié)點(diǎn)要加入系統(tǒng),需發(fā)送登陸消息到系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)注冊,收到消息后,從消息中獲得登陸節(jié)點(diǎn)的IP地址、端口號、用戶信息、業(yè)務(wù)類型等節(jié)點(diǎn)信息記錄到節(jié)點(diǎn)目錄表。P2P節(jié)點(diǎn)退出時向系統(tǒng)服務(wù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送離線消息,系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)維護(hù)節(jié)點(diǎn)目錄表,記錄節(jié)點(diǎn)的變化。

        (3)P2P節(jié)點(diǎn)狀態(tài)檢測。由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等因素的影響,可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接中斷,因此系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)定時向各節(jié)點(diǎn)發(fā)送“心跳檢測消息”,監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的在線狀態(tài),反映節(jié)點(diǎn)的連接情況。

        (4)P2P信息同步。在系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)節(jié)點(diǎn),當(dāng)系統(tǒng)信息更新時要向所有相關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)刷新消息,通知信息有變需要同步。

        (5)溯源管理業(yè)務(wù)處理。各P2P節(jié)點(diǎn)的溯源管理主要在本地進(jìn)行,處理的信息分散在節(jié)點(diǎn)上。溯源檢定和審批中需要多節(jié)點(diǎn)聯(lián)查,向相關(guān)P2P節(jié)點(diǎn)發(fā)送聯(lián)查消息,節(jié)點(diǎn)收到并處理聯(lián)查消息后返回結(jié)果,再匯總和分析結(jié)果。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

        溯源管理系統(tǒng)的類圖如圖4所示。P2P節(jié)點(diǎn)間的通信由通信類完成,接收消息和解析由消息收發(fā)類完成,通過任務(wù)調(diào)度,由相關(guān)溯源管理模塊完成消息處理。P2P節(jié)點(diǎn)的主控類按用戶訪問權(quán)限為P2P節(jié)點(diǎn)配置業(yè)務(wù)模塊,用戶登陸處理流程為:P2P節(jié)點(diǎn)發(fā)送用戶驗(yàn)證消息給系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)節(jié)點(diǎn),系統(tǒng)維護(hù)和信息服務(wù)節(jié)點(diǎn)按照系統(tǒng)設(shè)定的用戶訪問權(quán)限進(jìn)行驗(yàn)證,返回驗(yàn)證結(jié)果,該P(yáng)2P節(jié)點(diǎn)根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果打開業(yè)務(wù)模塊,如圖5所示。一個P2P節(jié)點(diǎn)可配置多個模塊,從而檢定工作可以在多個的 P2P節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。

        本系統(tǒng)軟件采用 Microsoft Visual C++6.0、Microsoft Visual Basic6.0、Microsoft Access2010編程實(shí)現(xiàn)。

        圖5 設(shè)備檢定界面Fig.5 Equipment verification interface

        4 結(jié)束語

        本文介紹了一種基于 P2P 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的測量設(shè)備溯源管理系統(tǒng),系統(tǒng)能夠滿足企事業(yè)單位管理的測量設(shè)備溯源管理的需求。P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性、擴(kuò)展性和靈活性,工作效率也得到提升。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,可為同類系統(tǒng)在小型分布式應(yīng)用方面的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)提供經(jīng)驗(yàn)。下一步準(zhǔn)備在更大范圍的企事業(yè)單位推廣應(yīng)用,并且利用面向領(lǐng)域主題的智能搜索引擎技術(shù)[9],實(shí)現(xiàn)測量設(shè)備信息的全網(wǎng)絡(luò)智能檢索,獲取更多與設(shè)備相關(guān)的溯源信息,使計量設(shè)備檢定工作擁有更全面的數(shù)據(jù)資料。另外,運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)解決P2P網(wǎng)絡(luò)安全性的問題[10],提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。

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