基于SOA思想的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)架構(gòu)

摘要：分析了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程與功能模塊，介紹了面向服務(wù)體系架構(gòu)及其特點(diǎn)，構(gòu)建了基于SOA（Sevice—oriented Architecture）思想的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)中的服務(wù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了描述。

關(guān)鍵詞：面向服務(wù)架構(gòu)（Sevice—oriented Architecture，SOA）；農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)；業(yè)務(wù)流程；服務(wù)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439—8114（2012）19—4369—05

隨著生活水平的提高和安全意識(shí)的加強(qiáng)，農(nóng)產(chǎn)品的安全性越來越得到人們的關(guān)心和重視，特別是近年來發(fā)生的食品安全事件，嚴(yán)重影響了消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的消費(fèi)信任和農(nóng)產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力[1]。近幾年各級(jí)政府為建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯體系做了大量工作并頒布了相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，很多研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者也開展了食品可追溯系統(tǒng)的研究[2—4]。但是，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈具有參與方眾多，結(jié)構(gòu)松散，不確定因素多，業(yè)務(wù)流程和核心數(shù)據(jù)不穩(wěn)定等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的信息追溯系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足要求，建立可通過服務(wù)調(diào)用滿足不同種類農(nóng)產(chǎn)品追溯的信息管理系統(tǒng)，提高追溯性能非常重要。該文通過對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出了基于SOA（Sevice—oriented Architecture）思想的系統(tǒng)架構(gòu)，將農(nóng)產(chǎn)品種植、加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)分解成相對(duì)獨(dú)立的服務(wù)，使追溯流程變得更加彈性和靈活，能夠快速響應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品多變的需求，建立“從農(nóng)田到餐桌”的全程信息追溯技術(shù)體系。

1 系統(tǒng)研究

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的建立是為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的規(guī)范性和質(zhì)量安全的可追溯性。根據(jù)系統(tǒng)記錄的信息可追溯農(nóng)產(chǎn)品在不同生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)所處的空間位置、農(nóng)產(chǎn)品狀態(tài)、投入品信息及相關(guān)責(zé)任者。系統(tǒng)以條碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為支撐，以各項(xiàng)目建設(shè)單位采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，圍繞“企業(yè)生產(chǎn)、質(zhì)量檢測(cè)、政府監(jiān)管、消費(fèi)者查詢”四條主線，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品種植、加工、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)進(jìn)行剖析，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的種植環(huán)境、農(nóng)事活動(dòng)、銷售狀況等實(shí)施電子化管理，構(gòu)建適用于不同種類農(nóng)產(chǎn)品、能根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)流程靈活定制的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)上市農(nóng)產(chǎn)品“源頭可追溯、流向可跟蹤、原因可查明、信息能查詢”的總體目標(biāo)，從而達(dá)到提高農(nóng)產(chǎn)品安全和質(zhì)量的目的。

1.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以具有一定規(guī)模的農(nóng)場(chǎng)或生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售所采用的供應(yīng)鏈模式為基礎(chǔ)。企業(yè)在實(shí)施追溯系統(tǒng)前，系統(tǒng)實(shí)施人員通過對(duì)企業(yè)的種植、管理、收獲、運(yùn)輸、包裝及銷售等生產(chǎn)流程進(jìn)行剖析，根據(jù)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求，為企業(yè)量身定制追溯系統(tǒng)；企業(yè)通過條碼、RFID等技術(shù)采集追溯鏈的底層信息，將種植、收購(gòu)、加工、包裝、物流等環(huán)節(jié)采集的生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，形成追溯鏈并向農(nóng)墾數(shù)據(jù)中心上報(bào)可追溯數(shù)據(jù)；農(nóng)墾數(shù)據(jù)中心在企業(yè)上報(bào)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性檢驗(yàn)，政府監(jiān)管部門可通過農(nóng)墾數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行投入品使用、問題產(chǎn)品等指標(biāo)分析并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，消費(fèi)者通過網(wǎng)站、語音、短信等方式查詢。系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)如圖1。

1.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)為生產(chǎn)者、消費(fèi)者和監(jiān)管者提供了一個(gè)信息交互平臺(tái)。系統(tǒng)提供農(nóng)產(chǎn)品追溯、預(yù)警分析、認(rèn)證監(jiān)管和產(chǎn)品真?zhèn)舞b定等功能。信息服務(wù)以子系統(tǒng)形式依次在各實(shí)體間傳遞，設(shè)計(jì)開發(fā)了6個(gè)子系統(tǒng)：企業(yè)定制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、企業(yè)數(shù)據(jù)匯總子系統(tǒng)、企業(yè)追溯數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、消費(fèi)者查詢子系統(tǒng)和政府監(jiān)管子系統(tǒng)（圖2）。

定制子系統(tǒng)用于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)個(gè)性化信息（如生產(chǎn)流程、采集內(nèi)容等）的定制，使追溯系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的生產(chǎn)流程，進(jìn)行信息的采集、處理、查詢和統(tǒng)計(jì)。個(gè)性化定制主要包含農(nóng)產(chǎn)品種植、生產(chǎn)、加工、銷售等過程的定制；投入品、加工設(shè)備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、銷售等過程采集信息的定制；字典結(jié)構(gòu)定制；查詢信息、監(jiān)管信息定制；用戶特殊處理的定制。

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)用于整個(gè)追溯鏈底層信息的采集和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。信息采集主要包含字典維護(hù)、信息采集、數(shù)據(jù)上傳至企業(yè)中心服務(wù)器等模塊。

企業(yè)數(shù)據(jù)匯總子系統(tǒng)用于將種植、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、銷售等各個(gè)采集點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，產(chǎn)生追溯鏈，并將數(shù)據(jù)打包上報(bào)，是企業(yè)向農(nóng)墾數(shù)據(jù)中心上報(bào)數(shù)據(jù)的惟一出口。主要包含接收采集點(diǎn)數(shù)據(jù)并匯總，數(shù)據(jù)校驗(yàn)、產(chǎn)生追溯鏈及消費(fèi)者查詢信息，數(shù)據(jù)打包上報(bào)、歸檔等模塊。

企業(yè)追溯數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)是自動(dòng)等候程序，運(yùn)行在農(nóng)墾數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。將企業(yè)上報(bào)的追溯數(shù)據(jù)進(jìn)行解包、校驗(yàn)并更新數(shù)據(jù)庫(kù)，便于消費(fèi)者和監(jiān)管者使用。

消費(fèi)者查詢子系統(tǒng)為農(nóng)產(chǎn)品終端消費(fèi)者提供網(wǎng)站、短信、電話語音查詢，了解農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地、加工日期等信息，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量追溯的基本需求。

政府監(jiān)管子系統(tǒng)提供問題農(nóng)產(chǎn)品、投入品的追溯與跟蹤，確定問題產(chǎn)品的流向；對(duì)問題產(chǎn)品的影響范圍作出評(píng)估，包括對(duì)不合格投入品、生產(chǎn)環(huán)境等可能影響到其他農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量作出預(yù)警；對(duì)投入品使用進(jìn)行監(jiān)管，包括投入品使用情況分析、統(tǒng)計(jì)及投入品生產(chǎn)商、銷售商的信息管理。

企業(yè)定制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和企業(yè)數(shù)據(jù)匯總子系統(tǒng)主要面向生產(chǎn)企業(yè)，采集追溯數(shù)據(jù)形成追溯鏈。監(jiān)管子系統(tǒng)面向政府及職能部門，提供檢測(cè)、管理數(shù)據(jù)。消費(fèi)者可以通過網(wǎng)站、語音、短信等方式對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行全方位追溯。根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品追溯碼將生產(chǎn)、監(jiān)管、檢測(cè)和消費(fèi)等環(huán)節(jié)連接在一起，一旦發(fā)現(xiàn)問題，能夠通過溯源技術(shù)進(jìn)行有效控制，保障了消費(fèi)者的合法權(quán)益，同時(shí)系統(tǒng)實(shí)施提高了生產(chǎn)企業(yè)管理的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化水平，有利于企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)規(guī)模，提高生產(chǎn)效率。

2 基于SOA思想的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 面向服務(wù)架構(gòu)

面向服務(wù)架構(gòu)（Service—oriented Architecture， SOA）并不是一種專門的技術(shù)或開發(fā)方法，它只是一種系統(tǒng)開發(fā)和動(dòng)作的指導(dǎo)思想[5]。基于SOA架構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)可以根據(jù)需求通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用。它屏蔽了不同平臺(tái)、編程語言、操作系統(tǒng)和硬件架構(gòu)之間的差異。在這種模式下，一個(gè)應(yīng)用或部分應(yīng)用是一種服務(wù)，可以被重用和共享[6]。服務(wù)之間通過簡(jiǎn)單、精確定義接口進(jìn)行通訊，不涉及底層編程接口和通訊。

SOA結(jié)構(gòu)模型一般由服務(wù)提供者、服務(wù)使用者和服務(wù)注冊(cè)中心三部分構(gòu)成（圖3）。服務(wù)提供者將自己的服務(wù)和接口合約發(fā)布到服務(wù)注冊(cè)中心，以便服務(wù)使用者發(fā)現(xiàn)和訪問。服務(wù)注冊(cè)中心包含了可用服務(wù)的存儲(chǔ)庫(kù)，提供一種讓服務(wù)提供者與服務(wù)使用者交流的方法；服務(wù)使用者通過服務(wù)注冊(cè)中心查詢服務(wù)，通過傳輸綁定服務(wù)，并執(zhí)行服務(wù)功能。

與傳統(tǒng)架構(gòu)相比，SOA讓整個(gè)IT環(huán)境變得更富有彈性，通過借助現(xiàn)有的應(yīng)用來組合和產(chǎn)生新服務(wù)，提供給企業(yè)更好的靈活性來構(gòu)建應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)流程，最大程度地減少系統(tǒng)的耦合，提高可重用性，實(shí)現(xiàn)了和其他外部系統(tǒng)的信息溝通，達(dá)到了無縫集成的效果。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于SOA思想的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)將農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的業(yè)務(wù)流程和功能以服務(wù)的形式存在，和數(shù)據(jù)采集層的信息處理交互，并向追溯信息匯聚、查詢層提供服務(wù)，通過數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。目標(biāo)是不能讓流程邏輯硬編碼至下層應(yīng)用中，使各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)分開維護(hù)，通過調(diào)用對(duì)方的服務(wù)，有利于針對(duì)業(yè)務(wù)需要與需求的變化快速修改業(yè)務(wù)流程和功能。這樣能夠使業(yè)務(wù)流程更加流暢，系統(tǒng)功能更加強(qiáng)大，并且提供一個(gè)靈活、方便的流程集成機(jī)制。系統(tǒng)的總體架構(gòu)分4層：用戶交互層、業(yè)務(wù)邏輯層、服務(wù)提供層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層[7]（圖4）。

用戶交互層將根據(jù)不同的用戶需求和權(quán)限提供不同的客戶端界面，這些界面可以以桌面應(yīng)用程序或網(wǎng)頁(yè)的形式存在，通過HTTP和SOAP協(xié)議訪問。客戶端界面為用戶提供調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層服務(wù)的接口和輸入調(diào)用參數(shù)的接口。通過對(duì)客戶的需求進(jìn)行分析，為不同類別的用戶提供相應(yīng)服務(wù)的調(diào)用接口界面。服務(wù)調(diào)用對(duì)用戶來說是完全透明的，用戶只需根據(jù)界面提供的接口和功能說明提供相應(yīng)的參數(shù)即可，服務(wù)執(zhí)行結(jié)束后結(jié)果將自動(dòng)返回。

業(yè)務(wù)邏輯層包含了系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，是整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)中最重要也是最復(fù)雜的一層。追溯系統(tǒng)的健壯性、靈活性和可維護(hù)性很大程度取決于該層的設(shè)計(jì)。業(yè)務(wù)邏輯層通過響應(yīng)用戶交互層的請(qǐng)求，將復(fù)雜的功能和流程簡(jiǎn)化為服務(wù)和服務(wù)的組合，通過不同粒度服務(wù)之間的相互調(diào)用和交互，構(gòu)造出復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯和功能，并通過組合、編排將服務(wù)綁定成一個(gè)流程，作為單獨(dú)的功能和接口來應(yīng)用。

服務(wù)提供層是體系架構(gòu)的重要部分，它將系統(tǒng)的流程和功能分割為具體的服務(wù)，該層的服務(wù)有不同的粒度，服務(wù)通過一定的標(biāo)準(zhǔn)來發(fā)布，服務(wù)可以被發(fā)現(xiàn)或者直接靜態(tài)綁定，然后被調(diào)用，或者可能的話，編排到組合服務(wù)中。它集中了數(shù)據(jù)提供層提供的數(shù)據(jù)信息和服務(wù)提供者提供的服務(wù)信息，并將用戶提出的服務(wù)請(qǐng)求分解成不同的子服務(wù)，總的來說，可以被映射成具體系統(tǒng)中的任何功能模塊。

數(shù)據(jù)應(yīng)用層中存放了與應(yīng)用程序相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)存放在一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。各采集點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)往企業(yè)數(shù)據(jù)中心上報(bào)，通過企業(yè)中心處理模塊對(duì)上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，然后對(duì)數(shù)據(jù)匯總，形成產(chǎn)品追溯數(shù)據(jù)，再往農(nóng)墾數(shù)據(jù)中心上報(bào)可追溯數(shù)據(jù)，供用戶查詢使用。

3 服務(wù)設(shè)計(jì)

在對(duì)服務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)主要是粒度和耦合兩個(gè)方面的權(quán)衡。粒度說明的是服務(wù)的大小，可簡(jiǎn)單理解為服務(wù)操作的范圍；耦合代表的是服務(wù)之間的關(guān)系。粗粒度的服務(wù)，其操作內(nèi)容廣且雜，而細(xì)粒度的服務(wù)，操作內(nèi)容細(xì)且簡(jiǎn)單。采用粗粒度的服務(wù)設(shè)計(jì)，可以減小服務(wù)之間的耦合性，但會(huì)增加服務(wù)的復(fù)雜性和維護(hù)的難度。采用細(xì)粒度服務(wù)的設(shè)計(jì)，可以簡(jiǎn)化服務(wù)實(shí)現(xiàn)，但增加了服務(wù)數(shù)量。服務(wù)過細(xì)過多，必然有一些服務(wù)需要組合才能實(shí)現(xiàn)一定的功能，那樣會(huì)增加服務(wù)之間的耦合度。只要其中一個(gè)服務(wù)發(fā)生了變動(dòng)，就會(huì)影響到其他與之相關(guān)的服務(wù)。為了降低農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)各個(gè)部分之間的耦合性，提高服務(wù)可重用性，系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)依據(jù)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)特點(diǎn)和追溯信息的采集、監(jiān)管需求，設(shè)計(jì)了3種類型的服務(wù)：基本服務(wù)、組合服務(wù)和綜合服務(wù)（圖5）。

基本服務(wù)是最小粒度的服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最基本的功能。比如數(shù)據(jù)采集服務(wù)提供整個(gè)系統(tǒng)追溯信息采集服務(wù)，它包括鍵盤輸入、條碼讀入、RFID讀入、IC卡讀入以及外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口服務(wù)等，為系統(tǒng)最細(xì)粒度的服務(wù)。

追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本服務(wù)包括：①數(shù)據(jù)采集服務(wù)；②數(shù)據(jù)輸出服務(wù)；③表單處理服務(wù)；④數(shù)據(jù)通信服務(wù)；⑤字典管理服務(wù)；⑥追溯碼服務(wù)；⑦采集點(diǎn)服務(wù)；⑧投入品分析服務(wù)；⑨檢測(cè)指標(biāo)分析服務(wù)；⑩短信服務(wù)；11 電話語音服務(wù)；12 網(wǎng)站服務(wù)；13 追溯鏈服務(wù)；14 數(shù)據(jù)報(bào)送服務(wù)；15 數(shù)據(jù)匯總服務(wù)。

組合服務(wù)由基本服務(wù)組合而成，是由某種特定業(yè)務(wù)進(jìn)行處理的基本服務(wù)組合到一起形成的粗粒度的服務(wù)集合。依據(jù)農(nóng)產(chǎn)品企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)和追溯信息采集需求，將系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)服務(wù)設(shè)計(jì)成組合服務(wù)，每個(gè)組合服務(wù)由若干個(gè)“基本服務(wù)”+“處理邏輯”組合而成。比如投入品使用信息采集服務(wù)可對(duì)農(nóng)產(chǎn)品在整個(gè)生產(chǎn)過程中所使用的投入品情況進(jìn)行采集，它由數(shù)據(jù)采集服務(wù)、表單處理服務(wù)、數(shù)據(jù)輸出服務(wù)、字典管理服務(wù)等基本服務(wù)加上投入品特有的處理邏輯而構(gòu)成。

追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的組合服務(wù)包括投入品使用信息采集服務(wù)、追溯源服務(wù)等，如表1所示。

綜合服務(wù)是最大粒度的服務(wù)，按照一定的業(yè)務(wù)流程順序?qū)⒔M合服務(wù)進(jìn)行合成。對(duì)于養(yǎng)殖類生產(chǎn)企業(yè)一般可分為養(yǎng)殖服務(wù)、收購(gòu)?fù)涝追?wù)、銷售物流服務(wù)。而對(duì)應(yīng)種植類生產(chǎn)企業(yè)一般分為種植服務(wù)、收購(gòu)加工服務(wù)、銷售物流服務(wù)。

4 小結(jié)

食品安全問題不僅直接與公眾健康相關(guān)，而且已成為影響中國(guó)農(nóng)業(yè)和食品產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。建立覆蓋農(nóng)產(chǎn)品從種植到最終消費(fèi)品各階段的信息追溯系統(tǒng)，有利于控制農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。該文分析了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、業(yè)務(wù)流程及功能模塊，就追溯系統(tǒng)與SOA技術(shù)的應(yīng)用集成進(jìn)行了研究分析，并在此基礎(chǔ)上提出了基于SOA思想的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的架構(gòu)及服務(wù)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)體現(xiàn)了各類農(nóng)產(chǎn)品不同供應(yīng)鏈的需求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)谷物、水果、蔬菜、禽肉、茶葉等農(nóng)產(chǎn)品的追溯，既滿足了消息者對(duì)質(zhì)量信息透明的要求，又為企業(yè)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、信息化管理提供了平臺(tái)。

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