制造系統(tǒng)中異構(gòu)數(shù)據(jù)源信息集成技術(shù)研究分析

羅紫倩 田華明 喬晨曦

（揚(yáng)州制匯互聯(lián)信息技術(shù)有限公司，江蘇 揚(yáng)州225127）

目前，傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程再造（BPR）、客戶關(guān)系模式（CRM）以及供應(yīng)鏈管理（SCM）已經(jīng)與現(xiàn)代企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化集成制造逐漸形成差距，并且已經(jīng)越來越不能適應(yīng)信息化建設(shè)的基本要求。尤其是對(duì)于大型的制造企業(yè)而言，所造成的重復(fù)建設(shè)的人力物力的浪費(fèi)及損失是不可估量的，造成這些現(xiàn)象的原因除了企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)效能提出了更高的要求，更重要的就是在各個(gè)企業(yè)之間以及科研等其他組織活動(dòng)的運(yùn)營方式都產(chǎn)生了極大地改變，從而致使原本的技術(shù)手段已不再滿足企業(yè)的需要[1]。目前，大多數(shù)的產(chǎn)品開發(fā)都已走進(jìn)了新的模式，早已脫離了最初的設(shè)計(jì)、制造以及實(shí)驗(yàn)分析，進(jìn)入到設(shè)計(jì)、模擬仿真以及樣機(jī)的新型模式。而樣機(jī)在數(shù)字仿真時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，網(wǎng)格能夠充分的解決這一問題，同時(shí)還能做到收集樣機(jī)內(nèi)的離散數(shù)據(jù)。網(wǎng)格其實(shí)是一種計(jì)算機(jī)模型，能夠消除信息的孤島并發(fā)掘其對(duì)閑置信息的處理能力[2-3]。

國內(nèi)多所高校都已開展了以網(wǎng)格為基礎(chǔ)的虛擬企業(yè)的項(xiàng)目研究，并相繼提出了快速制造網(wǎng)格的理念。為了解決制造網(wǎng)格時(shí)所遇到的各種問題，需要將P2P 技術(shù)與網(wǎng)格相互融合，以加強(qiáng)對(duì)離散的各個(gè)子網(wǎng)中異構(gòu)零件的CAD 數(shù)據(jù)的采集和輸入輸出等問題，以確保能夠相對(duì)完善的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的目標(biāo)。

1 面向服務(wù)的制造網(wǎng)格關(guān)鍵技術(shù)

Web 是一種松散耦合的分布式的計(jì)算技術(shù)，這種服務(wù)技術(shù)是通過對(duì)SOAP，UDDI，WSDI，XML 的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的集成實(shí)現(xiàn)的。

以Web 的服務(wù)技術(shù)思維為基礎(chǔ)，將計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源等網(wǎng)格都抽象成網(wǎng)格服務(wù) OGSA （Open Grid Service Architecture）。網(wǎng)格服務(wù)是具有周期性和自我屬性的，其可以對(duì)任何服務(wù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建和銷毀，并且能夠自行描述自身屬性和歸納的數(shù)據(jù)[4]。這些屬性都是基于Web 的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行服務(wù)發(fā)展的。

伴隨著Web 服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，工業(yè)上逐漸發(fā)覺了OGSA 的局限性，就是OGSA 廣義的將各種資源以及相應(yīng)的代碼都抽象的概括為網(wǎng)格服務(wù)。這樣就將網(wǎng)格服務(wù)的信息訪問功能單一化，從而失去了資源訪問的快速性及靈活，同時(shí)也失去了現(xiàn)有的Web 開發(fā)技術(shù)的支撐，從而限制了OGSA 本身的發(fā)展。Web 服務(wù)的發(fā)展包括WSAddressing 與WSNotification 兩方面。而WSRF（Web Service Resource Framework）則對(duì)OGSA 服務(wù)進(jìn)行了一定程度的升級(jí)，將原本的OGSA 的結(jié)構(gòu)重新整合，從而在功能上將資源分成狀態(tài)資源和無狀態(tài)資源明確了Web 的顯性服務(wù)的隱藏模式，通過這種隱式的輸入，狀態(tài)資源可以被視作通過Web的服務(wù)完成的信息的交換。為了讓W(xué)eb 服務(wù)能夠與狀態(tài)數(shù)據(jù)有機(jī)的融合到一起，可以為服務(wù)代碼尋找一個(gè)宿主，而能夠承擔(dān)這個(gè)宿主的就是狀態(tài)資源。這樣操作能夠使OGSA 和Web 相互結(jié)合，使網(wǎng)格技術(shù)能夠在Web 的基礎(chǔ)上汲取數(shù)據(jù)，順著同向不斷發(fā)展。

網(wǎng)格雖然具有強(qiáng)大的功能，可以對(duì)非中心化的計(jì)算環(huán)境提供專業(yè)的服務(wù)，不過這是通過對(duì)小粒度的匯集而實(shí)現(xiàn)的，而對(duì)于大粒度的資源進(jìn)行服務(wù)就不是那么流暢了。這時(shí)就需要對(duì)P2P對(duì)其進(jìn)行功能上的補(bǔ)足，因?yàn)镻2P 是能夠?qū)Υ罅６荣Y源進(jìn)行高效靈活的訪問的，進(jìn)而能夠?yàn)榉?wù)提供可靠的計(jì)算。當(dāng)然，單就服務(wù)品質(zhì)來說網(wǎng)格的精確度肯定更高，不過如果我們能夠充分利用P2P 低層網(wǎng)絡(luò)，以此為基礎(chǔ)融合網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備的計(jì)算功能以強(qiáng)化網(wǎng)格的核心處理能力。

2 面向服務(wù)的制造網(wǎng)格框架設(shè)計(jì)

在制造網(wǎng)格的環(huán)境下應(yīng)該運(yùn)用分散式的管理模式，這是由于零部件的設(shè)計(jì)本身就很分散，是由不同的人在不同的終端上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這樣設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)零部件時(shí)所處于的網(wǎng)絡(luò)時(shí)段，操作系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生一定程度的差異。針對(duì)這一問題就需要解決異構(gòu)環(huán)境中數(shù)據(jù)的輸入與輸出的問題。并且由于設(shè)計(jì)方案不同版本的改進(jìn)，數(shù)字化樣本也會(huì)隨之發(fā)生變化，所以在制造網(wǎng)格的環(huán)境中是不能夠集中管理的。

為了隱藏物理網(wǎng)絡(luò)的低層結(jié)構(gòu)所具有的復(fù)雜性，使用JXTA項(xiàng)目搭建一種虛擬網(wǎng)絡(luò)，從而使其覆蓋在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)層上起到隱藏的作用。這樣就能對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)心統(tǒng)一尋址，便于組建虛擬網(wǎng)絡(luò)。通過對(duì)JXTA 標(biāo)志的身份的綁定進(jìn)行了演示處理，IP 地址的識(shí)別就會(huì)有相應(yīng)的延遲，這樣就能夠使JXTA 具備了網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換以及防火墻訪問的功能，從而可以便于網(wǎng)絡(luò)邊緣資源的訪問。針對(duì)大型的網(wǎng)格資源可以使用GASS API 和Grid FTP 的數(shù)據(jù)輸入輸出的服務(wù)，這是由Globus Tookl it 作為技術(shù)支撐的。而共享平臺(tái)的形成則需要JXTA 的介入以對(duì)廣泛分布的異構(gòu)數(shù)據(jù)的輸入輸出問題加以解決。

根據(jù)以上敘述，面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)框架分別由以下幾個(gè)方面構(gòu)成：物理資源層；中間件層；核心服務(wù)層；應(yīng)用服務(wù)層；網(wǎng)格用戶層。

3 制造網(wǎng)格中的異構(gòu)數(shù)據(jù)共享服務(wù)的構(gòu)建

根據(jù)對(duì)以上Web 結(jié)構(gòu)框架的全面闡述，該技術(shù)利用JXTA J2SE Platform 的功能特性對(duì)低層的網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性進(jìn)行了一定程度的屏蔽操作。本平臺(tái)能夠有效解決在網(wǎng)格環(huán)境中所存在的數(shù)據(jù)信息共享問題，從而使Web 的服務(wù)資源的數(shù)據(jù)傳輸管道能夠流暢的被應(yīng)用層訪問，解決了該平臺(tái)在數(shù)據(jù)傳輸與節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)格自己的融合性問題。

JXTA 協(xié)議族可以對(duì)P2P 的環(huán)境進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)互操作協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。這個(gè)項(xiàng)目的發(fā)起公司是SUN M icrosystems，JXTA 協(xié)議族可以解決虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中的索引以及發(fā)布資源的問題，這種協(xié)議族可以引入各項(xiàng)對(duì)等節(jié)點(diǎn)以、對(duì)等節(jié)點(diǎn)組、管道以及端點(diǎn)從而協(xié)助處理虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的問題。這個(gè)協(xié)議族具有多個(gè)協(xié)議，不同的協(xié)議都對(duì)以節(jié)點(diǎn)所形成的動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了定義，并且能夠獨(dú)立在低層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議甚至是操作系統(tǒng)之外，同時(shí)根據(jù)不同的需要進(jìn)行容量的擴(kuò)增與縮減。而這個(gè)協(xié)議族則包括管道綁定協(xié)議、解析協(xié)議、對(duì)等節(jié)點(diǎn)檢索協(xié)議以及端點(diǎn)路由器協(xié)議。

在JXTA 協(xié)議族中是通過JXTA J2SE Platform 來實(shí)現(xiàn)低層的虛擬網(wǎng)絡(luò)的核心功能的。該平臺(tái)可以利用對(duì)節(jié)點(diǎn)間不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的屏蔽而實(shí)現(xiàn)在物理網(wǎng)絡(luò)中分布的節(jié)點(diǎn)不再受網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換設(shè)備以及防火墻的隔離限制，而是能夠進(jìn)一步形成統(tǒng)一的編址即是JXTA 虛擬網(wǎng)絡(luò)。于是應(yīng)用層的信息數(shù)據(jù)便可以通過這個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)的管道資源對(duì)已得到的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)透明的傳輸節(jié)點(diǎn)操作。

3.1 對(duì)等節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅?huì)話

在JXTA 的協(xié)議中可以通過單工管道這一介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)等節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出。而這一管道的類型大致分為兩種分別是單管和雙管，因此可以通過將兩條同樣的單工管道結(jié)合在一起組合成雙工管道進(jìn)而在JXTA 的虛擬網(wǎng)絡(luò)中起到模擬雙工管道的作用[5]。而要精確實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)答過程則統(tǒng)共需要3 個(gè)步驟，分別是：第一，創(chuàng)建輸入管道以使節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以發(fā)布，之后是啟動(dòng)管道監(jiān)聽發(fā)布管道公告；第二，搜索該數(shù)據(jù)發(fā)布的公告，接著建立與監(jiān)聽管道能夠搭配的輸出管道，同時(shí)還要搭建接受信息的輸入管道并發(fā)布公告以對(duì)接數(shù)據(jù)的傳輸；第三，對(duì)接到發(fā)布節(jié)點(diǎn)，整理好所需數(shù)據(jù)后根據(jù)內(nèi)容的需要建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸管道并將數(shù)據(jù)發(fā)布到所需節(jié)點(diǎn)。

3.2 對(duì)等節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸

為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)等節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的輸入輸出，需要Peer 類、Publisher 類以及Requester 類三個(gè)類之間相互協(xié)作配合完成。以Peer 類的Pipe Msg Listener 接口為基礎(chǔ)，衍生出Publisher 類和Requester 類，分別能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)供給和偵查監(jiān)聽管道中的事件函數(shù)。對(duì)等數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)如圖1所示。?

3.3 封裝傳輸服務(wù)與Web 服務(wù)資源管道

Web 的服務(wù)資源部署是多元化的，包括關(guān)聯(lián)極其密切的軟件的的服務(wù)及應(yīng)用還有硬件設(shè)備。為了能夠?qū)?shù)據(jù)共享服務(wù)運(yùn)用于網(wǎng)格環(huán)境中，需要根據(jù)Web 服務(wù)資源的屬性把JXTA 虛擬網(wǎng)絡(luò)對(duì)等節(jié)點(diǎn)的管道資源及數(shù)據(jù)傳輸封裝到Web 服務(wù)資源中，這樣就可以是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及裝配獲得便捷的開發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸管道的Web 服務(wù)如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)傳輸管道構(gòu)建

4 結(jié)論

這次將P2P 運(yùn)用在制造網(wǎng)格中是創(chuàng)新的嘗試，通過對(duì)JXTA J2SE Platform 與Globus Tookl it 技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了在低層進(jìn)行異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享，并能夠完成數(shù)據(jù)共享管道中的Web 服務(wù)資源。根據(jù)這一技術(shù)的應(yīng)用，可以設(shè)定利用JXTA 協(xié)議族支撐XML 以實(shí)現(xiàn)SOAP 的技術(shù)運(yùn)用，并據(jù)此建立服務(wù)共享的網(wǎng)格系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)公用計(jì)算的分布式計(jì)算的理想。