基于SOA的氣象水文保障數(shù)據(jù)共享與交換平臺設(shè)計

摘要：為適應(yīng)氣象水文保障數(shù)據(jù)頻繁交互的需要，基于部隊內(nèi)部傳輸網(wǎng)絡(luò)，采用Web Service和企業(yè)服務(wù)總線技術(shù)，構(gòu)建一個面向服務(wù)架構(gòu)的數(shù)據(jù)共享與交換平臺，通過該平臺實現(xiàn)跨軍區(qū)軍兵種多級應(yīng)用間的數(shù)據(jù)交換和信息共享。

關(guān)鍵詞：面向服務(wù)架構(gòu)；Web Service；松散耦合

中圖分類號：P4 文獻標識碼：A

1引言

信息的高度共享和實時交換是氣象水文保障能力提高的必然要求，但目前，我軍氣象水文信息的共享和交換還存在嚴重不足，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是由于信息系統(tǒng)建設(shè)時期不同，不同軍兵種氣象水文部門之間缺乏統(tǒng)一接口，存在嚴重的“煙囪效應(yīng)”；二是各個部門在部分信息系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)上沒有協(xié)調(diào)一致，都在上功能類似的信息系統(tǒng)，建信息“孤島”；三是有的部門在信息系統(tǒng)的集成建設(shè)中簡單疊加和合并，造成“積木效應(yīng)”。這些獨立、異構(gòu)、封閉的系統(tǒng)制約了氣象水文信息的效率優(yōu)勢，諸軍兵種間、各級氣象水文部門之間的信息溝通和數(shù)據(jù)共享問題亟待解決。理想的氣象水文信息共享系統(tǒng)應(yīng)當集信息采集、錄入、質(zhì)量控制、傳輸、存儲、服務(wù)于一體，這其中有大量數(shù)據(jù)需要處理和交換，因此，構(gòu)建一個數(shù)據(jù)共享與交換平臺具有重要意義。傳統(tǒng)的信息集成技術(shù)通過專用的點對點接口程序?qū)崿F(xiàn)信息共享和交換[2]，雖然能解決集成中信息的分布性和異構(gòu)問題，卻忽略了與業(yè)務(wù)邏輯的關(guān)聯(lián)，無法適應(yīng)軍隊多級氣象水文業(yè)務(wù)單位之間數(shù)據(jù)交互的需要。面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA）是一種業(yè)務(wù)驅(qū)動的、粗粒度、松耦合的服務(wù)結(jié)構(gòu)，支持對業(yè)務(wù)進行整合，使其成為一種相互聯(lián)系、可重用的業(yè)務(wù)任務(wù)或服務(wù)[3]。本文基于SOA的技術(shù)理念，提出采用Web Service和企業(yè)服務(wù)總線技術(shù)的面向服務(wù)架構(gòu)思想的解決方案，將整合、分層架構(gòu)思想引入氣象水文保障數(shù)據(jù)的共享與交換平臺設(shè)計中，從而提高了氣象水文信息共享的靈活性、方便性。

2基于SOA的氣象水文保障數(shù)據(jù)共享與交換平臺

各層具體描述如下：

1）數(shù)據(jù)服務(wù)層

主要包括歷史、實況、預(yù)警預(yù)報等專業(yè)保障數(shù)據(jù)，由各級氣象水文臺站負責獲取和管理，并為應(yīng)用系統(tǒng)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，也可根據(jù)需要為專業(yè)用戶直接提供數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)互操作性體現(xiàn)在與任何平臺、編程語言相關(guān)的私有數(shù)據(jù)格式都可映射為標準的、文本格式的XML表示，從而超越平臺、語言相關(guān)的具體實現(xiàn)。因此，該層在WSDL接口與實體數(shù)據(jù)庫間引進XMLSQL引擎作為數(shù)據(jù)服務(wù)代理。WSDL接口描述了服務(wù)名稱、服務(wù)地點和如何與服務(wù)通信等內(nèi)容，可以實現(xiàn)廣泛的數(shù)據(jù)存儲訪問。XMLSQL引擎提供了一個開放的、標準的數(shù)據(jù)存儲方法，它既可以把XML的請求轉(zhuǎn)換成SQL命令來操縱數(shù)據(jù)庫，也可將現(xiàn)有數(shù)據(jù)生成XML文檔供業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用。數(shù)據(jù)服務(wù)層通過數(shù)據(jù)集成消除數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)分布數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一管理。

2）應(yīng)用系統(tǒng)層

根據(jù)作戰(zhàn)需求和武器裝備的特性、對氣象水文環(huán)境的承載能力，以及部隊在作戰(zhàn)行動中擔負任務(wù)的差異，構(gòu)建氣象水文環(huán)境的影響評估模型，得到面向指揮決策的態(tài)勢信息。為使各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)能以一種松散耦合的方式進行集成，需要將業(yè)務(wù)系統(tǒng)封裝成Web Service，將原來以各種API形式暴露的接口用WSDL重新描述，用統(tǒng)一的方式暴露接口，并使用HTTP+SOAP的消息傳輸方式作為與外界交互的橋梁。這樣，服務(wù)的內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)被封裝在通過SOAP/WSDL傳遞的信息流之中，從而使原有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)以一種松散耦合的方式集成。

3）服務(wù)提供層

是數(shù)據(jù)共享與交換平臺的核心部分，是業(yè)務(wù)系統(tǒng)單個功能和任務(wù)的抽象與封裝。其功能的實現(xiàn)主要依賴適配器和企業(yè)服務(wù)總線。當需要增加新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)時，由于開發(fā)語言或運行系統(tǒng)的限制，這些應(yīng)用無法直接跨越所有平臺實現(xiàn)應(yīng)用集成訪問，因此在服務(wù)提供層中提供了對各種異構(gòu)構(gòu)件的適配器，適配器通過接口接收和發(fā)送消息，實現(xiàn)與被連接構(gòu)件之間的交互[5]。適配器機制提供了靈活動態(tài)的連接方式和路由機制，可與各種環(huán)境下的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行無縫連接，這些適配器通過WSDL接口連接在企業(yè)服務(wù)總線上。ESB提供了服務(wù)之間靈活、基于內(nèi)容、位置透明的可靠消息傳送。

4）用戶表示層

主要提供友好的用戶界面，它將底層提供的單一應(yīng)用服務(wù)、復合業(yè)務(wù)服務(wù)和整合數(shù)據(jù)服務(wù)通過統(tǒng)一的門戶顯示到最終用戶前，包括提供門戶、單點登錄、界面定制、身份認證等功能。與各節(jié)點應(yīng)用接口的適配器運行于節(jié)點服務(wù)器上。節(jié)點服務(wù)器提供可靠事件的傳輸管理機制等事件管理功能。該平臺使得數(shù)據(jù)以XML格式在各單位節(jié)點之間采用端對端對等的方式直接交換，充分保證了平臺的可擴展性，其節(jié)點數(shù)的增加不會產(chǎn)生中央服務(wù)器的效率瓶頸，并可以避免單點故障[5]。該平臺支持與多種數(shù)據(jù)庫（Oracle、Sybase 等）無縫對接，也支持多種通信傳輸方式，如HTTPs、異步可靠事件方式（Web 服務(wù)、JMS 等）。總之，數(shù)據(jù)共享與交換平臺實現(xiàn)了大量不同格式、不同位置數(shù)據(jù)的共享和相互訪問，形成協(xié)同辦公、一站式服務(wù)的基礎(chǔ)平臺。

2.2數(shù)據(jù)交換方式

平臺提供了與異構(gòu)系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)的能力。系統(tǒng)管理員利用數(shù)據(jù)交換模塊的建模工具為數(shù)據(jù)文件建模，利用映射定義工具為不同數(shù)據(jù)格式的文件定義轉(zhuǎn)換形式。目前平臺主要采用兩種數(shù)據(jù)交換方式，即數(shù)據(jù)驅(qū)動的同步方式和客戶端數(shù)據(jù)訪問方式。

1） 數(shù)據(jù)驅(qū)動的同步方式。運行于氣象水文臺站A節(jié)點上的數(shù)據(jù)庫接口適配器DBOutAdapter 檢測出所監(jiān)控的數(shù)據(jù)表格發(fā)生了數(shù)據(jù)增量（ 插入新的數(shù)據(jù)） ，增量數(shù)據(jù)被抽取出來并轉(zhuǎn)化成XML 格式文件，經(jīng)路由組件分發(fā)到不同部門，由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化組件（ XSLT Transformer）轉(zhuǎn)化成不同格式的XML文件，并插入位于氣象水文臺站B或C中的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫。發(fā)生數(shù)據(jù)更改或刪除時，數(shù)據(jù)驅(qū)動的同步原理同上，如圖2 所示。

2.3與異構(gòu)系統(tǒng)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫的連接

由于各軍區(qū)軍兵種信息系統(tǒng)的建設(shè)時間和用途不同，其采用的技術(shù)也差別很大，老系統(tǒng)一般是C/S 架構(gòu)，新系統(tǒng)可能會采用Java技術(shù)或.Net技術(shù)。

針對此情況，筆者提出兩種方案來進行各臺站系統(tǒng)接入的數(shù)據(jù)共享與交換平臺配置：

1） 采用C/S 結(jié)構(gòu)技術(shù)。可以采用數(shù)據(jù)交換適配器，采用中間件為老系統(tǒng)創(chuàng)建可重用的服務(wù)，或?qū)/S 系統(tǒng)中可向外發(fā)布的功能通過適配器實現(xiàn)。為各部門已有系統(tǒng)配置具有數(shù)據(jù)交換功能的適配器，可以實現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)交換的功能。

2） 采用B/S結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。近期新構(gòu)建的系統(tǒng)，大多采用J2EE架構(gòu)或. NET架構(gòu)，多為三層或多層體系，可以為SOAP或HTTP技術(shù)提供較好的支持。因此，既可以采用數(shù)據(jù)交換適配器抽取和配置交換數(shù)據(jù)，也可以直接通過開發(fā)接口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換平臺功能。當前主流的應(yīng)用服務(wù)器都具有部署和運行Web Services 的能力，平臺通過相關(guān)應(yīng)用提供相關(guān)的Web Services，可以很方便地與其他平臺和系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)和服務(wù)。

3氣象水文預(yù)警預(yù)報數(shù)據(jù)共享與交換設(shè)計實例

全軍各軍區(qū)軍兵種氣象水文部門的預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)分別獨立運作，尚未實現(xiàn)集成和共享，可能導致在同一聯(lián)合保障體系內(nèi)，特定時間、特定區(qū)域、特定高度、特定要素的預(yù)警預(yù)報信息不一致。基于SOA的氣象水文保障數(shù)據(jù)共享與交換平臺可有效解決上述問題。

整個開發(fā)部署環(huán)境選擇J2EE技術(shù)平臺和Web服務(wù)技術(shù)，并使用JDK1.5、集成開發(fā)環(huán)境Eclipse 3.1.2、Web容器ApacheTomcat。采用J2EE平臺中Apache的Axis作為Web服務(wù)引擎，選擇ServiceMix作為企業(yè)服務(wù)總線。

3.1服務(wù)封裝

對原有應(yīng)用如預(yù)警預(yù)報信息的采集和質(zhì)量控制等進行Web服務(wù)封裝，以便Web服務(wù)進一步以組件的形式嵌入到ESB中供系統(tǒng)間的調(diào)用。復雜應(yīng)用需要將服務(wù)模塊分成一些小的運行單元（Service Unit， SU），SU集中在服務(wù)集成模塊（Service Assembly， SA）下一起運行[6]。配置文件jbi.xml負責配置運行在ServiceMix運行環(huán)境中的SA，即Broker業(yè)務(wù)流程控制模塊。servicemix.xml負責配置SU的運行單元。根據(jù)預(yù)警預(yù)報信息共享實際業(yè)務(wù)需求，進行相應(yīng)的服務(wù)抽取以滿足新的業(yè)務(wù)流程。主要的服務(wù)組件描述如下：

1）HTTP 綁定組件。負責接收外部服務(wù)請求，并將服務(wù)請求通過NMR傳送給Broker服務(wù)引擎組件。

2）Broker 服務(wù)引擎組件。它接收外部服務(wù)請求者的請求消息后，首先調(diào)用ForcastQuery服務(wù)，通過預(yù)警預(yù)報ID和用戶ID得到預(yù)警預(yù)報的最新更新和用戶會員級別，然后調(diào)用LenderGateway服務(wù)。

3）ForcastQuery 服務(wù)引擎組件。從Broker得到服務(wù)請求，完成根據(jù)用戶ID和預(yù)警預(yù)報ID得到會員級別和最新預(yù)警預(yù)報信息的服務(wù)。

4）LenderGateway服務(wù)引擎組件。根據(jù)用戶會員級別的不同分別調(diào)用Rule0、Rule1、Rule2、Rule3 的服務(wù)。

5）Rule0服務(wù)引擎組件。針對公共用戶，提供最新預(yù)警預(yù)報信息服務(wù)。

6）Rule1服務(wù)引擎組件。針對特定武器平臺，提供最新預(yù)警預(yù)報信息服務(wù)。

7）Rule2服務(wù)引擎組件。針對查閱型專業(yè)用戶，提供要素級的最新預(yù)警預(yù)報信息服務(wù)。

8）Rule3服務(wù)引擎組件。針對研究型專業(yè)用戶，提供差別式、多要素、多階段預(yù)警預(yù)報信息服務(wù)。

9）運行基本流程。ServiceMix通過HTTP接收用戶服務(wù)請求，以用戶ID和預(yù)警預(yù)報ID作為輸入變量，調(diào)用ForcastQuery服務(wù)，得到用戶級別和最新預(yù)警預(yù)報信息。ForcastQuery服務(wù)進一步將用戶級別和最新預(yù)警預(yù)報信息發(fā)送到LenderGateway服務(wù)。LenderGateway服務(wù)根據(jù)用戶級別的不同，調(diào)用不同的Rule服務(wù)。對非專業(yè)普通用戶，則調(diào)用Rule0__服務(wù)，武器平臺，則調(diào)用Rule1 服務(wù)；對查閱型專業(yè)用戶，則調(diào)用Rule2服務(wù)；對研究性專業(yè)用戶，則調(diào)用Rule3服務(wù)。最后，F(xiàn)orcastQuery服務(wù)將從Rule返回的對應(yīng)目前用戶級別的最新預(yù)警預(yù)報信息結(jié)果返回給服務(wù)請求者。該模塊采用的是異步調(diào)用方式，在Broker收到綁定組件通過NMR送來的消息交互MessageExchange后，并不是馬上返回響應(yīng)消息，而是將MessageExchange通過其唯一編號保存于ConcurrentHashMap，在最終得到了Rule的服務(wù)響應(yīng)后，才從ConcurrentHashMap取出MessageExchange，返回相應(yīng)消息。

3.2基于JBI 的消息交互

4結(jié)束語

本文以SOA理念設(shè)計氣象水文保障數(shù)據(jù)共享與交換平臺，將SOA運用于氣象水文信息集成的優(yōu)勢應(yīng)用于該平臺，從而實現(xiàn)跨軍區(qū)軍兵種氣象水文部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)的互通互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享，為各用戶在分布、異構(gòu)、動態(tài)的環(huán)境下提供透明、一致的信息訪問和交互手段。通過該平臺的設(shè)計實例，解決了各氣象部門在特定時間、特定區(qū)域、特定高度、特定要素等條件下，預(yù)警預(yù)報信息不一致問題，從而保持了氣象水文信息的效率優(yōu)勢。SOA 處于不斷發(fā)展中，而本平臺仍然存在一些問題和不足，有待進一步深入研究。

圖6天氣預(yù)報單顯示頁面

參考文獻

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