基于消息的系統(tǒng)異步集成框架設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

柳吉慶，石 磊，張 軍

（中國(guó)電子科技集團(tuán)第38研究所，合肥 230088）

基于消息的系統(tǒng)異步集成框架設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

柳吉慶，石 磊，張 軍

（中國(guó)電子科技集團(tuán)第38研究所，合肥 230088）

為實(shí)現(xiàn)異步方式下的應(yīng)用信息系統(tǒng)集成，建立了一個(gè)基于消息的系統(tǒng)集成框架，設(shè)計(jì)了該框架下的信息結(jié)構(gòu)和分類體系，闡述了基于消息實(shí)現(xiàn)異步集成的消息產(chǎn)生和消費(fèi)過(guò)程，最后介紹了一個(gè)基于該框架實(shí)現(xiàn)的外購(gòu)件器材信息同步應(yīng)用實(shí)例。

系統(tǒng)集成；消息服務(wù)；集成規(guī)范；企業(yè)服務(wù)總線

0　引言

隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，企業(yè)信息系統(tǒng)的數(shù)量和規(guī)模都在不斷增長(zhǎng)，各個(gè)信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)同步和共享需求日益強(qiáng)烈，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)之間的互連互通，需實(shí)現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用之間的系統(tǒng)集成［1］。目前企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)信息交互主要可分為兩種方式（圖1）：同步交互方式（Synchronous）以及異步交互方式（Asynchronous），二者具有不同的適用業(yè)務(wù)場(chǎng)景［2］。同步交互方式下，通常是一個(gè)請(qǐng)求（request）/應(yīng)答（response）的過(guò)程，交互請(qǐng)求方在發(fā)出請(qǐng)求后會(huì)等待返回相應(yīng)的結(jié)果（不管請(qǐng)求成功還是失敗）后才會(huì)執(zhí)行后續(xù)的業(yè)務(wù)操作，例如Web服務(wù)調(diào)用屬于典型的同步交互方式。與同步交互方式不同的是，異步交互方式下的交互發(fā)起方只需要負(fù)責(zé)將相關(guān)信息發(fā)送至特定“消息容器”中，并不需要等待接收方接收或處理該消息，消息的發(fā)送方和消費(fèi)方并不直接進(jìn)行通信，每一個(gè)消息包含了處理它的業(yè)務(wù)邏輯所需要的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)狀態(tài)。

針對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)集成方式，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者從不同角度展開了相關(guān)的研究。Web服務(wù)是一種使用較為普遍的系統(tǒng)集成方式，相關(guān)學(xué)者就Web服務(wù)的語(yǔ)義表達(dá)、發(fā)現(xiàn)方法、權(quán)限控制等問(wèn)題展開了大量的研究，但Web服務(wù)通常僅適用于同步交互方式。在消息集成的研究方面，目前對(duì)具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程的完整表述還比較少。異步交互方式下應(yīng)用系統(tǒng)之間是一種松散耦合關(guān)聯(lián)，當(dāng)涉及到多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)同步共享時(shí)，采用基于消息的異步交互方式更加合理，本文將主要就企業(yè)應(yīng)用集成中基于消息的異步交互方式相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行具體闡述。

圖1　信息同步交互方式與異步方式

1　消息集成總體框架

圖2為基于消息的企業(yè)信息系統(tǒng)集成總體框架。首先為保證不同信息系統(tǒng)對(duì)消息都能夠正確進(jìn)行發(fā)送和解析，需要針對(duì)消息的分類、消息主體結(jié)構(gòu)、消息身份標(biāo)識(shí)等內(nèi)容制定一系列統(tǒng)一的消息集成規(guī)范，各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)都應(yīng)該按照相關(guān)規(guī)范的約定產(chǎn)生或消費(fèi)消息；消息服務(wù)器是消息的載體，提供了消息管理的一系列功能，包括消息的分發(fā)、分類、存儲(chǔ)、監(jiān)控、安全控制等，根據(jù)消息的使用用途可將消息分為隊(duì)列（Queue）和主題（Topic）兩大類，另外因?yàn)橄a(chǎn)生和使用的異步性，還需要考慮消息的持久化存儲(chǔ)問(wèn)題，可通過(guò)文件服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行消息的物理存儲(chǔ)。

圖2　消息集成總體框架示意圖

2　消息集成關(guān)鍵技術(shù)

2.1消息的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

消息一般由消息頭（Message Header）、消息屬性（Message Property）以及消息體（Message Body）三部分組成［4］，如圖3所示。

1）消息頭

符合JMS消息規(guī)范的若干屬性，例如消息優(yōu)先級(jí)、消息分組信息、消息過(guò)期標(biāo)示、消息產(chǎn)生日期等，通常為固有屬性，和具體的業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)。

2）消息屬性

消息頭所包含的屬性字段往往不能滿足實(shí)際的業(yè)務(wù)需求，如果需要除消息頭字段以外的值，就可以使用消息屬性，消息屬性包含屬性名和屬性值兩部分。

3）消息體

消息體是消息的核心部分，主要的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息包含在消息體內(nèi)，一般來(lái)說(shuō)，消息體的類型可以為文本、集合、流或?qū)ο蟮榷喾N類型。

圖3　消息結(jié)構(gòu)示意圖

本文設(shè)計(jì)了四個(gè)自定義消息屬性，以滿足消息產(chǎn)生和消費(fèi)的匹配要求，如表1所示。

其中，Sender為消息的產(chǎn)生者標(biāo)識(shí)，可以是為不同應(yīng)用系統(tǒng)指定的唯一標(biāo)識(shí)（例如對(duì)應(yīng)域名或系統(tǒng)英文縮寫簡(jiǎn)稱）；Level為消息的描述內(nèi)容等級(jí)，可分為錯(cuò)誤（ERROR）、信息（INFO）和警告（WARN）等；TypeName為消息的分類關(guān)鍵詞，主要是為了方便消息使用方根據(jù)該屬性進(jìn)行消息過(guò)濾；Receiver為消息指定接收者，其取值規(guī)則與Sender類似，可以為單值、集合或空（廣播類消息）。

消息體是消息的主體內(nèi)容，雖然各類消息的具體內(nèi)容和樣式不盡相同，但從通用性和規(guī)范性的角度考慮，對(duì)消息體采用的描述格式以及結(jié)構(gòu)應(yīng)作統(tǒng)一要求，本文將消息體內(nèi)容設(shè)計(jì)為JSON文本格式，并對(duì)消息體包含的要素進(jìn)行定義，如表2所示。

表1　消息自定義屬性列表

表2　消息體組成結(jié)構(gòu)要素

2.2消息的分類

按照消息數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)范疇對(duì)消息進(jìn)行分類，每一類消息又可根據(jù)描述的粒度不同進(jìn)行層層細(xì)分，從而形成一個(gè)樹形的層次劃分體系。

圖4　消息層次分類結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于消息的發(fā)送方來(lái)說(shuō)，其所發(fā)送的消息有且只歸屬一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的消息分類（消息分類樹的末端節(jié)點(diǎn)），消息的分類務(wù)目隨著參與集成的應(yīng)用系統(tǒng)增多或業(yè)務(wù)集成點(diǎn)的拓展而不斷更新增加，根據(jù)消息集成的領(lǐng)域特點(diǎn)，制定科學(xué)合理的分類體系，是實(shí)現(xiàn)消息發(fā)送與消費(fèi)順利銜接的重要前提務(wù)件。

2.3消息的發(fā)布/訂閱

消息從產(chǎn)生到被消費(fèi)主要分為以下五個(gè)步驟：

1）消息的創(chuàng)建，消息發(fā)送方確定相關(guān)的消息屬性，消息類型（隊(duì)列還是主題）以及消息的發(fā)送模式（持久還是非持久）。

2）提供消息發(fā)送方的身份認(rèn)證信息，從而與消息服務(wù)器進(jìn)行連接，并指定消息發(fā)送的目的地。

3）消息消費(fèi)者同樣需要提供身份認(rèn)證信息，與消息服務(wù)器進(jìn)行連接，指定消息過(guò)濾務(wù)件（針對(duì)topic類型消息而言）并成功實(shí)現(xiàn)對(duì)指定消息目的地的消息訂閱，并實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)該消息目的地，從而保障能夠及時(shí)獲取從該目的地傳輸過(guò)來(lái)的消息。

4）消息發(fā)送方的消息若滿足消息消費(fèi)方的消息過(guò)濾務(wù)件，則消息消費(fèi)方可對(duì)該消息的消息體進(jìn)行進(jìn)一步解析，從中獲取關(guān)鍵信息，執(zhí)行后續(xù)的業(yè)務(wù)操作（例如調(diào)用ESB［5，6］服務(wù)，更新本系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等）。

5）消息消費(fèi)方確認(rèn)該消息已被收到，消息傳輸結(jié)束，若在消息消費(fèi)過(guò)程中出現(xiàn)異常，則該消息將不被確認(rèn)，待相關(guān)故障消除后，消費(fèi)方仍然能獲取該消息的內(nèi)容。

圖5、圖6分別描述了消息的發(fā)送和消費(fèi)過(guò)程。

圖5　發(fā)送消息流程

3　集成實(shí)例

某制造型企業(yè)先后上線了PDM和ERP系統(tǒng)，考慮到外購(gòu)件與庫(kù)存、采購(gòu)、財(cái)務(wù)等多個(gè)業(yè)務(wù)有著緊密聯(lián)系，因此將外購(gòu)件的基礎(chǔ)信息在ERP系統(tǒng)中進(jìn)行維護(hù)。與此同時(shí)，產(chǎn)品零部件中一般都會(huì)包含若干外購(gòu)件，零部件的設(shè)計(jì)成果保存在PDM系統(tǒng)中，因此在PDM系統(tǒng)中同樣需要存儲(chǔ)外購(gòu)件與設(shè)計(jì)相關(guān)的屬性信息。原先的系統(tǒng)集成方式為：PDM系統(tǒng)通過(guò)定期篩選新增或發(fā)生變更的外購(gòu)件信息，從而保持與ERP系統(tǒng)中外購(gòu)件信息的同步。這種信息集成方式存在的主要問(wèn)題是實(shí)時(shí)性差，在兩次數(shù)據(jù)同步的時(shí)間間隔內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)新增的外購(gòu)件在PDM系統(tǒng)中找不到、更新的外購(gòu)件信息在PDM系統(tǒng)中無(wú)法體現(xiàn)等問(wèn)題，通過(guò)縮小同步時(shí)間間隔雖然可以降低此類問(wèn)題發(fā)生的概率，但如果同步時(shí)間間隔設(shè)置過(guò)小，則頻繁的信息服務(wù)調(diào)用又會(huì)給雙方系統(tǒng)造成較大的負(fù)擔(dān)，基于消息的系統(tǒng)集成方式則可以有效解決此問(wèn)題。

針對(duì)該企業(yè)的主要業(yè)務(wù)進(jìn)行分析，采用二級(jí)消息層次分類體系，將消息數(shù)據(jù)劃分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類、公共數(shù)據(jù)類三個(gè)大類，每一大類下進(jìn)一步劃分為若干個(gè)子類，如表3所示。

根據(jù)此消息分類系統(tǒng)，外購(gòu)件信息集成相關(guān)設(shè)置的消息關(guān)鍵參數(shù)如表4所示。

圖6　消費(fèi)消息流程

表3　消息層次分類體系實(shí)例

表4　外購(gòu)件消息關(guān)鍵參數(shù)清單

圖7　外購(gòu)件消息產(chǎn)生消費(fèi)示意圖

考慮到未來(lái)可能會(huì)有多個(gè)信息系統(tǒng)需要使用到外購(gòu)件信息，因此將外購(gòu)件消息對(duì)應(yīng)的消息模式定義為發(fā)布/訂閱模式，從而使得一務(wù)消息可以被多個(gè)消費(fèi)者同時(shí)獲取；將消息持久化參數(shù)設(shè)置為True以確保不會(huì)發(fā)生消息丟失引起系統(tǒng)間外購(gòu)件信息不同步的情況；消息屬性中的TypeName屬性采用了消息分類名（Material）+消息子類（MaterialChange）的格式，包含了外購(gòu)件增、改、刪的幾種情況；對(duì)于新增或更新外購(gòu)件的情形，PDM系統(tǒng)需要調(diào)用企業(yè)服務(wù)總線上發(fā)布的Web服務(wù)來(lái)獲取對(duì)應(yīng)的外購(gòu)件的詳細(xì)信息再做系統(tǒng)內(nèi)外購(gòu)件數(shù)據(jù)變更，而對(duì)于刪除外購(gòu)件則無(wú)需調(diào)用Web服務(wù)，故其消息體內(nèi)容的ServiceUrl可以為空。

圖7為基于消息的外購(gòu)件信息集成示意圖。首先，PDM系統(tǒng)需要對(duì)消息服務(wù)器上外購(gòu)件相關(guān)的消息主題進(jìn)行訂閱并啟動(dòng)消息監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)在ERP系統(tǒng)發(fā)生外購(gòu)件信息變更時(shí)，ERP系統(tǒng)通過(guò)消息組件發(fā)送消息至消息服務(wù)器，PDM系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間收到該消息，對(duì)消息體進(jìn)行內(nèi)容解析，獲取其中的Action、ID以及ServiceUrl參數(shù)，當(dāng)Action為Add或Update，通過(guò)ServiceUrl尋找并調(diào)用部署在ESB平臺(tái)上的Web服務(wù)接口，ID為外購(gòu)件的唯一標(biāo)識(shí)值，作為該Web服務(wù)的請(qǐng)求參數(shù)，ESB在此充當(dāng)?shù)氖欠?wù)代理的角色，實(shí)際的服務(wù)由ERP系統(tǒng)提供，通過(guò)Web服務(wù)調(diào)用獲取外購(gòu)件的詳細(xì)信息，在PDM系統(tǒng)中處理對(duì)應(yīng)的外購(gòu)件信息，至此整個(gè)消息的發(fā)送與消費(fèi)過(guò)程結(jié)束。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)介紹了一種基于消息的企業(yè)信息系統(tǒng)集成框架，針對(duì)消息集成中的消息參數(shù)、消息體、消息分類體系等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了設(shè)計(jì)，闡述了基于該集成框架設(shè)計(jì)下的消息產(chǎn)生、消費(fèi)過(guò)程，給出了一個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例。該集成框架在企業(yè)內(nèi)部已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果。

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圖9 α1-α2仿真結(jié)果曲線

圖9中曲線1和2分別為α1-α2與轉(zhuǎn)向角δ的關(guān)系曲線。與轉(zhuǎn)速曲線相同，α1超前于α2且在輸入轉(zhuǎn)向角δ接近π/2.5時(shí)，α1率先發(fā)生躍變。

4　結(jié)論

本文分析了四輪全向移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式，基于電子差速技術(shù)和阿克曼轉(zhuǎn)向原理推算出不同運(yùn)動(dòng)模式下轉(zhuǎn)角、速度與輸入轉(zhuǎn)角關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；在MATLAB的Simulink模塊中建立上述模型并仿真，由仿真的結(jié)果可以得到：1）四輪全向移動(dòng)時(shí)，輸入角為某些特殊值時(shí)，速度或轉(zhuǎn)角會(huì)發(fā)生躍變；2）當(dāng)輸入轉(zhuǎn)角δ大于60°時(shí)，v1與v2偏差較大。因此，為保證四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性與各輪的協(xié)同性，δ需小于60°；當(dāng)δ大于60°工況下，選擇直線運(yùn)動(dòng)和原地轉(zhuǎn)向相配合的模式來(lái)完成目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。

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Design and implementation of synchronous system integration framework based on message

LIU Ji-qing， SHI Lei， ZHANG Jun

TP311

A

1009-0134（2016）10-0117-05

2016-06-17

柳吉慶（1982 -），男，安徽合肥人，工程師，博士研究生，主要從事企業(yè)管理信息系統(tǒng)集成工作。