面向特征的物流信息自律集成

趙庶旭，王小龍

（1.蘭州理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州730050；2.蘭州交通大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

0 引 言

隨著我國(guó)物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，因產(chǎn)業(yè)范圍跨度大，地域影響明顯等因素影響，引起的技術(shù)成熟度、資金投入等差異，造成物流系統(tǒng)中數(shù)據(jù)表述各異，集成難度較大，同時(shí)物流概念繁雜，目前采用的Web服務(wù)集成機(jī)制，主要實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用層面的集成［1－2］，及采用面向服務(wù)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈集成［3］，系統(tǒng)中子模塊缺乏成長(zhǎng)性，且服務(wù)質(zhì)量難以保證。近年來(lái)關(guān)于通過web服務(wù)組合提升服務(wù)效率的研究［4－7］，基于語(yǔ)義本體化的 web服 務(wù) 研 究［8］，對(duì) 物 流 信 息Web服務(wù)應(yīng)用提供了新的思路，但對(duì)于物流系統(tǒng)而言，龐雜的概念造成領(lǐng)域本體的構(gòu)建困難且耗時(shí)較長(zhǎng)，系統(tǒng)在線服務(wù)質(zhì)量難以得到保證，同時(shí)，已經(jīng)形成的大量小的個(gè)體系統(tǒng)長(zhǎng)期累積了大量有用數(shù)據(jù)資源，如何盡快實(shí)現(xiàn)基于其本地?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)特征的集成模式，形成對(duì)此類信息系統(tǒng)的有效利用，是對(duì)物流活動(dòng)具有極大現(xiàn)實(shí)意義的。自律分散系統(tǒng)以平等、相對(duì)獨(dú)立原則實(shí)現(xiàn)自律本地化子系統(tǒng)及網(wǎng)關(guān)的在線擴(kuò)展能力［9－10］，為異構(gòu)集成接入提供了一種快速、易實(shí)現(xiàn)思路。

基于以上問題，本文融合自律分散系統(tǒng)理論及技術(shù)方法，在兼顧既有系統(tǒng)的在線能力的基礎(chǔ)上，提出基于本地特征的物流信息web服務(wù)集成模式，研究在提升原有系統(tǒng)擴(kuò)展性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)較高服務(wù)質(zhì)量的web集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

1 自律分散系統(tǒng)與Web服務(wù)

自律分散系統(tǒng)是向生物學(xué)習(xí)的結(jié)果，自律分散系統(tǒng)（autonomous decentralized system，ADS）圍繞系統(tǒng)的在線可擴(kuò)展性、在線可維護(hù)性和容錯(cuò)性來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)［10－11］。ADS通過數(shù)據(jù)域 （data field，DF）和網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所有異構(gòu)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)通信。

它具有如下兩個(gè)基本屬性［9］：

（1）自律可控性 任何一個(gè)子系統(tǒng)模塊處于非工作狀態(tài)時(shí)，其它子系統(tǒng)依然能夠?qū)崿F(xiàn)其職責(zé)范圍內(nèi)的任意控制；

（2）自律可調(diào)性 任何一個(gè)子系統(tǒng)模塊處于非工作狀態(tài)時(shí)，其它子系統(tǒng)依然能夠根據(jù)不同的目的進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)責(zé)任目標(biāo)最大化。

在web技術(shù)下對(duì)自律分散系統(tǒng)進(jìn)行討論，其具有以下可實(shí)現(xiàn)性：

（1）ADS域內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)在邏輯獨(dú)立的、關(guān)系平等，確保了系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)對(duì)各類遺留系統(tǒng)的接入集成；

（2）ADS網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)承擔(dān)集成作用，在確保實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間集成的同時(shí)，也提供了對(duì)所能夠提供的信息進(jìn)行復(fù)用和共享的方法；

（3）網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)形成的集成節(jié)點(diǎn)中涵蓋有集成域內(nèi)子系統(tǒng)的有用信息內(nèi)容碼，方便用戶形成服務(wù)信息的契約描述；

（4）只有經(jīng)服務(wù)契約提供的服務(wù)內(nèi)容對(duì)外可見，而其底層邏輯是域內(nèi)界定，與服務(wù)對(duì)象無(wú)關(guān)；

自律分散系統(tǒng)本身具備的以上特征，可以從各方面滿足web服務(wù)實(shí)現(xiàn)，而兼顧系統(tǒng)原有特性。

2 面向特征的服務(wù)集成

2.1 信息特征

對(duì)于信息系統(tǒng)中的信息，其在不同層面的系統(tǒng)應(yīng)用中有其不同的表征意義，這些不同的表征實(shí)際是因?yàn)橛脩魧?duì)象不同、用戶的審視角度不同等原因引起的，因而形成了對(duì)同一信息的不同行為描述，提出如下關(guān)于信息表征的定義描述：

信息的描述特征，任一信息都可描述為單個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)的組合形式，這些數(shù)據(jù)項(xiàng)表征了該信息在某個(gè)屬性方向上的意義，簡(jiǎn)稱信息特征。

信息作用域，任一信息由產(chǎn)生、處理到最終消亡，其作用存在于整個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)，并根據(jù)應(yīng)用形成不同作用影響。

信息特征作用域：信息的某一特征隨著信息作用不同，在作用域的不同時(shí)期或?qū)哟蝺?nèi)表現(xiàn)不同。

信息基本特征：指點(diǎn)式或簡(jiǎn)單組合形成的數(shù)據(jù)項(xiàng)。

信息因用戶對(duì)象、審視角度等不同，使信息具備了管理特征 （MC）、功能特征 （FC），同時(shí)由于信息可以是通過單個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)通過過程、組合等形成，對(duì)信息的描述特征可以在形式上分成兩種：主特征 （pc）描述項(xiàng)和輔助特征 （ac）描述項(xiàng)，主特征對(duì)上述特征完成的主要描述，主特征具有單一的點(diǎn)式、組合與宏等表現(xiàn)形式；而輔助特征通過定義、修飾等方式完成對(duì)主特征具體描述，可以以簡(jiǎn)單的點(diǎn)式、組合或其他方式來(lái)完成，由于輔助特征有可能是根據(jù)需求而產(chǎn)生的添加特征，在一定情況下完成了信息表現(xiàn)形式的外延擴(kuò)展。圖1是信息特征的描述分類。

圖1 信息特征分類表示

2.2 基于特征的信息描述模型

以特征描述的信息提供服務(wù)的方式，是以組合方式實(shí)現(xiàn)的。在類－類、特征－類、特征－特征定義置換、鄰接、繼承、從屬關(guān)系。組合的實(shí)現(xiàn)依賴關(guān)系。

選擇關(guān)系：描述因請(qǐng)求行為不同而產(chǎn)生的信息特征間的可選關(guān)系，用 ‘∪’表示；

鄰接關(guān)系：描述服務(wù)組合中多個(gè)主特征的語(yǔ)義位置關(guān)系，可以用 ‘∩’簡(jiǎn)化表示；

繼承關(guān)系：表明在該層次化結(jié)構(gòu)中，子層信息特征對(duì)其父特征在屬性上的繼承或覆蓋，用 ‘∪’；

從屬關(guān)系：描述輔助特征和主特征間的描述和被描述關(guān)系，可簡(jiǎn)化為“∩”表示。

通過對(duì)各個(gè)特征及其關(guān)系的拓?fù)溥M(jìn)行服務(wù)信息組合，就可以形成完整的基于特征的信息描述。

信息描述可以分成三層：信息模型層、特征層和信息源層，信息特性與復(fù)合特征，復(fù)合特征與基本特征都是1：n的關(guān)系，其中R∈ ｛∪、∩、∪｝，基本描述如圖2所示。

圖2 信息特征描述模型

（1）信息模型層：信息特性及關(guān)系集 ｛R｝；

（2）特征層：組成信息的特征和各個(gè)特征之間的關(guān)系｛R｝；

（3）信息源層：信息的原始形態(tài)，即存在于各個(gè)邏輯或物理上獨(dú)立的數(shù)據(jù)源中信息的形態(tài)及拓?fù)潢P(guān)系 ｛R｝。

以物流中 “易燃液體”為例進(jìn)行說明，“易燃液體”服務(wù)請(qǐng)求，對(duì)管理行為對(duì)象，則產(chǎn)生管理特征－“存放”、“運(yùn)輸”、“防護(hù)”等，并依次產(chǎn)生各個(gè)特征的主／輔描述，對(duì)功能行為則產(chǎn)生物流運(yùn)輸功能特征－“車輛”、“運(yùn)費(fèi)”等，并依次產(chǎn)生主／輔描述。其轉(zhuǎn)換過程如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)換示例

2.3 基于特征碼的匹配機(jī)制

基于所提出的的信息特征描述模型，在自律分散關(guān)于內(nèi)容碼［12］設(shè)計(jì)原理上，本文設(shè)計(jì)采用消息驅(qū)動(dòng)模式的特征匹配機(jī)制 （Characteristic Matching Mechanism，CMM）來(lái)完成服務(wù)查詢。對(duì)于含有特征的消息一般化格式如圖4所示。

圖4 消息一般化格式

以原始系統(tǒng)和各級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)為基礎(chǔ)單元定義本地特征碼表，特征碼表由特征碼及邏輯關(guān)系組成，特征碼是指信息的各類特征描述，其生成根據(jù)信息特征定義完成；邏輯關(guān)系是指特征－特征定義置換、鄰接、繼承、從屬關(guān)系等。特征碼和邏輯關(guān)系共同完成在各個(gè)節(jié)點(diǎn)注冊(cè)形成關(guān)于本地化服務(wù)的特征碼表。在滿足服務(wù)合約下通過服務(wù)總線，對(duì)外服務(wù)訪問發(fā)布，服務(wù)業(yè)務(wù)通過消息觸發(fā)，服務(wù)內(nèi)容匹配以特征形成的主題特征碼和從屬特征為基準(zhǔn)；特征碼映射的實(shí)現(xiàn)模型通過圖5進(jìn)行描述。

3 基于ADS集成模式

在關(guān)于服務(wù)信息特征描述模型的基礎(chǔ)上，本文提出面向特征的自律集成實(shí)現(xiàn)模式，根據(jù)自律分散模式中節(jié)點(diǎn)間的平等性和獨(dú)立性，設(shè)計(jì)集成模式如圖6所示。

圖6描述了集成框架的邏輯結(jié)構(gòu)，其中，定義如下：

定義1 集成節(jié)點(diǎn)，指集成系統(tǒng)中通過服務(wù)總線形成的，在邏輯上彼此獨(dú)立平等的邏輯互聯(lián)的獨(dú)立系統(tǒng)或服務(wù)單元。

定義2 自律子系統(tǒng)，指由自律集成節(jié)點(diǎn)上由服務(wù)提供單元依據(jù)特定規(guī)則的形成的子系統(tǒng)，對(duì)于既有系統(tǒng)而言，其原有模式不改變。

集成框架中的節(jié)點(diǎn)，是指根據(jù)邏輯或物理區(qū)域相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)或信息管理單位，節(jié)點(diǎn)間通過服務(wù)總線形成邏輯上互聯(lián)互通，各種集入的原始獨(dú)立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)屬于獨(dú)立節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)CMM機(jī)制在各個(gè)集成節(jié)點(diǎn)上兩層映射，包括面向全局的特征映射表 （Global CMM，G－CMM）和面向本地的特征映射表 （Local CMM，L－CMM）。G－CMM 用于完成請(qǐng)求信息的特征化，實(shí)施在集成總域內(nèi)的服務(wù)請(qǐng)求匹配；L－CMM實(shí)現(xiàn)本域內(nèi)服務(wù)查詢。G－CMM和L－CMM通過本地匹配及處理模塊完成對(duì)接和更新，集成模型的節(jié)點(diǎn)功能如圖7所示。節(jié)點(diǎn)i的外部請(qǐng)求經(jīng)G－CMM完成請(qǐng)求處理以進(jìn)行路徑和資源發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)一步依據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行后繼的服務(wù)請(qǐng)求，內(nèi)部服務(wù)過程依賴L－CMM完成，并基于服務(wù)評(píng)價(jià)模塊完成新資源的服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)，以進(jìn)行G－CMM和LCMM更新。

該模式下，任意節(jié)點(diǎn) （i），節(jié)點(diǎn) （j）（j≠i）間存在對(duì)等的服務(wù)提供和服務(wù)請(qǐng)求關(guān)系，節(jié)點(diǎn)間發(fā)生即時(shí)的互聯(lián)關(guān)系形成的節(jié)點(diǎn)集合描述如下

圖7 節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)

式中：V ——全局節(jié)點(diǎn)集合，link（x，y）——節(jié)點(diǎn) （x）和節(jié)點(diǎn) （y）（x≠y）間直接連接的邏輯函數(shù)，函數(shù)f（·）——節(jié)點(diǎn) （x）和節(jié)點(diǎn) （y）間的前承和后繼，各個(gè)節(jié)點(diǎn)間通過服務(wù)總線形成了邏輯平等的服務(wù)節(jié)點(diǎn)的集成框架。

4 應(yīng)用實(shí)例

本論文基于特征服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵通某公司既有物流管理平臺(tái)改造，該平臺(tái)涉及公司既有貨運(yùn)、人員信息管理系統(tǒng)及新納入的轄下2處地區(qū)的貨場(chǎng)信息系統(tǒng)的集入升級(jí)。

開發(fā)實(shí)現(xiàn)中對(duì)信息特征及描述以類方法完成實(shí)現(xiàn)。考慮原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)用于描述物流信息特征的類，表1是部分主要類描述。

表1 物流信息特征的類描述

對(duì)特征層次化通過建立特征分類樹實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用SCG（standard classification goods）分類法，以類／子類的方式實(shí)現(xiàn)，將貨物按其種類特性分為20大類，并依據(jù)運(yùn)輸特征完成細(xì)化。運(yùn)輸、管理等特征的類描述依據(jù)同樣方法完成設(shè)計(jì)，各個(gè)特征類間依據(jù)關(guān)系形成約束。各個(gè)類間依據(jù)特征關(guān)系形成約束，例如Class ExplosiveCargo和Flammable Cargo的約束為：易爆貨物－Class ExplosiveCargo當(dāng)且僅當(dāng) Cargo且 ∈isExplosive has True；易燃貨物 －Class FlammableCargo當(dāng)且僅當(dāng)Cargo，且∈isFlammable has True。

為防止特征間關(guān)系的冗余及邏輯錯(cuò)誤，要在程序中對(duì)其進(jìn)行解析、推理和應(yīng)用。本文中采用在Eclipse中使用Jena API接口方法對(duì)本體概念進(jìn)行實(shí)現(xiàn)特征關(guān)系邏輯推理。Jena提供RDF推理機(jī)和OWL推理機(jī)，根據(jù)特征間的關(guān)系通過預(yù)定義規(guī)則來(lái)推理出新的特征，其使用到的規(guī)則可以為自帶的規(guī)則，如 （？a rdfs：subClassOf？b）（？b rdfs：subClassOf？c）－＞ （？a rdfs：subClassOf？c），該規(guī)則表示的是父類子類之間的傳遞關(guān)系。同時(shí)，用戶也可以通過自定義的規(guī)則來(lái)推理得到更多特征，Jena推理機(jī)實(shí)現(xiàn)推理的關(guān)鍵代碼如圖8所示。

圖8 推理代碼

在企業(yè)的需求描述下，形成基于特征的企業(yè)物流信息自律集成框架，如圖9所示。該框架底層包括企業(yè)原有管理系統(tǒng)，有貨品系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)及企業(yè)辦公系統(tǒng)，同時(shí)業(yè)務(wù)擴(kuò)展而新增加的地區(qū)貨場(chǎng)管理系統(tǒng)。中間層是結(jié)合本文研究?jī)?nèi)容采用Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)管理及邏輯層，對(duì)系統(tǒng)中的信息在業(yè)務(wù)層面上提供車輛調(diào)度、貨品、人員、效益、統(tǒng)計(jì)分析、客戶服務(wù)及質(zhì)量等方面的管理功能，各類業(yè)務(wù)請(qǐng)求服務(wù)經(jīng)基于特征的服務(wù)模塊，由服務(wù)總線以路由服務(wù)、文件服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、消息服務(wù)郵件服務(wù)、接口服務(wù)等實(shí)現(xiàn)信息傳遞。為企業(yè)邏輯單元實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信。框架的頂層是實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證管理的統(tǒng)一的企業(yè)門戶。

圖9 集成實(shí)現(xiàn)框架示例

基于該平臺(tái)，本文進(jìn)行服務(wù)查詢質(zhì)量分析，通過對(duì)系統(tǒng)中集入的各個(gè)子系統(tǒng)本地?cái)?shù)據(jù)逐項(xiàng)完成服務(wù)主特征、及輔助特征對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)服務(wù)子項(xiàng)的檢索，與通過本文完成的集成框架門戶進(jìn)行檢索對(duì)比。對(duì)服務(wù)主特征使用門戶平臺(tái)與本地化檢索后匯總結(jié)果無(wú)差異；在關(guān)聯(lián)服務(wù)上，使用本文門戶平臺(tái)在保證覆蓋本地檢索匯總的服務(wù)項(xiàng)的同時(shí)，減少了大量冗余反饋。通過集成框架，該物流信息集成平臺(tái)對(duì)外表現(xiàn)為統(tǒng)一的企業(yè)門戶，對(duì)內(nèi)由于基于自律分散的設(shè)計(jì)模式，原有數(shù)據(jù)管理模式不變，保持了系統(tǒng)原有數(shù)據(jù)特性，無(wú)需額外設(shè)備投資，在信息特征集成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了信息服務(wù)的集成。該框架繼承了自律分散系統(tǒng)的在線擴(kuò)展能力，使功能、業(yè)務(wù)擴(kuò)展能力提升，同時(shí)特征的管理實(shí)施可協(xié)助企業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)物流管理規(guī)范化。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出基于特征的信息描述模型及服務(wù)匹配實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用Web服務(wù)技術(shù)，構(gòu)建具備在線擴(kuò)展能力的異構(gòu)系統(tǒng)集成框架。該集成框架通過特征碼映射機(jī)制實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程邏輯與應(yīng)用數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間分離，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能模塊及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊之間的平等性和相對(duì)獨(dú)立性，從而使企業(yè)各級(jí)子系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)功能和規(guī)模上的擴(kuò)展，同時(shí)各類小的、獨(dú)立的業(yè)務(wù)系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)集成。

［1］CHENG Cheng.Research and implementation of integrated logistics service platform based on web service ［D］.Dalian：Dalian Maritime University，2012：20－29 （in Chinese）. ［程澄.基于Web Service的綜合物流服務(wù)平臺(tái)的硏究與實(shí)現(xiàn)［D］.大連：大連海事大學(xué)，2012：20－29.］

［2］XIAO Guirong，NIE Qiao，WU Sheng.Study on integration of logistics oriented spatial information web service ［J］.Journal of Geoinformation Science，2011，13 （2）：630－636 （in Chinese）.［肖桂榮，聶喬，吳升.面向物流的空間信息Web服務(wù)集成研究［J］.地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，13 （2）：630－636.］

［3］ZHANG Qiwen.Heterogeneous system integration of supply chain based on SOA ［D］.Shanghai：Donghua University，2011：63－80.（in Chinese）［張啟文.基于SOA的供應(yīng)鏈異構(gòu)系統(tǒng) ［D］.上海：東華大學(xué)，2011：63－80.］

［4］TAN Wei，F(xiàn)AN Yushun，ZHOU M C.A petri net－based method for compatibility analysis and composition of web services in business process execution language ［J］.IEEE Transactions on Automation Science and Engineering，2010，6 （1）：94－106.

［5］Henning P，Balke W T.Highly scalable web service composition using binary tree－based parallelization ［C］／／Proceedings of IEEE International Conference on Web Services.Washington，D C，USA：IEEE，2010：123－130.

［6］Mello D A，Ananthanarayana V S.Dynamic selectionmechanism for quality of service aware web services［J］.Enterprise Information Systems，2010，4 （1）：23－60.

［7］ZHAO C，MA C，ZHANG J，et al.Hyperservice：Linking and exploring services on the web［C］／／IEEE International Conference on Web Services，F(xiàn)lorida，USA 2010：17－24.

［8］LI Xiaohong，NIE Xufei，F(xiàn)ENG Zhiyong.Knowledge representation and reasoning of logistic system based on ontology and rule ［J］.Journal of Tianjin University，2010，41 （3）：305－310.（in Chinese）［李曉紅，聶旭飛，馮志勇.基于本體和規(guī)則的物流知識(shí)表示與推理 ［J］.天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，41（3）：305－310.］

［9］Kinji Mori.Trend of autonomous decentralized systems ［C］／／Florida，USA：Proceedings of the 10th IEEE International Workshop on Future Trends of Distributed Computing Systems，2004：213－216.

［10］Mori K，Shiibashi A.Trend of autonomous decentralized system technologies and their application in IC card ticket system［J］.IEICE Trans.on Comm，2009，E92－B （2）：445－460.

［11］Mahmood K，LU X，Horikoshi Y，et al.Autonomous pull－push community construction technology for high－assurance ［J］.IEICE Trans on Info and Sys，2009，E92－D （10）：1836－1846.

［12］ZHAO Shuxu，DANG Jianwu.Research of China railway heterogeneous information system integration based on flexible service［C］／／World Congress on Computer Science and Information Engineering，Los Angeles，USA，2009：6－9.