劉云漢

摘要：為解決信息系統(tǒng)的信息孤存問題，通過研究數(shù)據(jù)集成的相關(guān)技術(shù)，采用基于Web Service的技術(shù)構(gòu)建了異構(gòu)數(shù)據(jù)集成平臺，包括數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和應(yīng)用層三層，重點對數(shù)據(jù)庫訪問接口、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、web服務(wù)封裝和元數(shù)據(jù)庫設(shè)計4個模塊的設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)描述。數(shù)據(jù)層采用通用的數(shù)據(jù)訪問接口，業(yè)務(wù)邏輯層以web 服務(wù)的形式發(fā)布，降低了層間耦合，實現(xiàn)了局部數(shù)據(jù)源的自治性、業(yè)務(wù)邏輯接口的通用性、響應(yīng)的實時性和平臺的易維護(hù)性。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)集成；Web服務(wù)；全局?jǐn)?shù)據(jù)模式

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）30-0019-04

信息化體系作戰(zhàn)，是依托信息化武器裝備和綜合電子信息平臺的新型作戰(zhàn)形式。體系作戰(zhàn)涉及多軍兵種、多作戰(zhàn)形式和多維空間，僅通過手工操作和人腦，指揮員難以從海量的戰(zhàn)場信息中迅速、準(zhǔn)確地獲取有用的戰(zhàn)場知識。因此，必須借助信息系統(tǒng)的計算優(yōu)勢，提高決策的效能和效率，才能充分發(fā)揮體系作戰(zhàn)的效能。

由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，無論是數(shù)據(jù)庫種類的選擇，還是數(shù)據(jù)字段的定義，體系作戰(zhàn)依賴的信息系統(tǒng)之間都沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，“煙囪”式發(fā)展現(xiàn)象十分普遍。與“數(shù)據(jù)集中化、業(yè)務(wù)綜合化、管理扁平化、決策科學(xué)化”的信息化發(fā)展趨勢不相適應(yīng)[1]。為給基于信息系統(tǒng)體系作戰(zhàn)指揮提供強(qiáng)有力的決策數(shù)據(jù)支持，指揮信息系統(tǒng)必須統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，對各信息系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在各級指揮平臺上的縱向流動。

1 數(shù)據(jù)集成設(shè)計需求

1） 裝備數(shù)據(jù)集成的目標(biāo)

信息戰(zhàn)中涉及的裝備數(shù)據(jù)主要包括裝備實體數(shù)據(jù)（裝備編號、型號、戰(zhàn)技指標(biāo)等）和裝備業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（裝備日常工作中運行、訓(xùn)練、維護(hù)等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及裝備仿真試驗、靶場實戰(zhàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)等）兩大類，為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量和高可用性，關(guān)鍵是要將多源異構(gòu)的裝備數(shù)據(jù)集成為具有統(tǒng)一全局視圖的有機(jī)整體，為數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用提供支撐。裝備數(shù)據(jù)集成的目標(biāo)是構(gòu)建相對獨立的裝備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲格式，形成裝備數(shù)據(jù)管理規(guī)范，將數(shù)據(jù)與具體的應(yīng)用環(huán)境解耦，提高數(shù)據(jù)的可用性和共享水平。

2） 數(shù)據(jù)集成的難點

由于裝備數(shù)據(jù)多源異構(gòu)的特點，裝備數(shù)據(jù)集成的難點主要可以歸結(jié)為異構(gòu)性問題、分布性問題和自治性問題。異構(gòu)性問題主要是指各數(shù)據(jù)源的存儲管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)表達(dá)方式和數(shù)據(jù)語義的異構(gòu)。分布性問題主要是指局部數(shù)據(jù)源是不是集中管理的，需要解決數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問問題。自治性問題是指局部數(shù)據(jù)源由各分系統(tǒng)單獨維護(hù)，這種管理的獨立性為數(shù)據(jù)集成提出了挑戰(zhàn)。

2 基于Web Service的數(shù)據(jù)集成技術(shù)

數(shù)據(jù)集成技術(shù)主要針對異構(gòu)數(shù)據(jù)源實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中，Web Service是一種SOA服務(wù)規(guī)范，以服務(wù)形式重新規(guī)劃系統(tǒng)業(yè)務(wù)過程的方法，將面向服務(wù)思想與數(shù)據(jù)集成技術(shù)相結(jié)合，忽略異構(gòu)數(shù)據(jù)源的平臺、技術(shù)和結(jié)構(gòu)區(qū)別，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的邏輯統(tǒng)一，實現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)單元，形成抽象統(tǒng)計數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，特別是針對 Web 上非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)具有很好集成效果[2]。面向服務(wù)的數(shù)據(jù)集成是在數(shù)據(jù)集成基本抽象上，針對不同信息資源的高異構(gòu)化，構(gòu)建跨信息平臺和應(yīng)用集成的具有低耦合、標(biāo)準(zhǔn)化的良好集成方案。

常規(guī)的集成方法可以按照數(shù)據(jù)的集成方式分為兩種：基于模式的數(shù)據(jù)集成和基于復(fù)制的數(shù)據(jù)集成[3]。

2.1 基于模式的數(shù)據(jù)集成

基于模式的數(shù)據(jù)集成需要在應(yīng)用終端與源系統(tǒng)之間引入中間層 [4]， 搭建數(shù)據(jù)集成平臺，建立獨立的全局?jǐn)?shù)邏輯視圖，集成各數(shù)據(jù)源需要共享的數(shù)據(jù)，全局模式描述了集成數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、語義和與局部數(shù)據(jù)源的映射關(guān)系等。在全局模式上創(chuàng)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，用戶在終端可以把集成數(shù)據(jù)源視為一個統(tǒng)一的整體，不必考慮數(shù)據(jù)來自何處或以何種方式存儲。

基于模式的數(shù)據(jù)集成方法既不改變分系統(tǒng)的運行架構(gòu)，也不影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行，完美實現(xiàn)對底層數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)的屏蔽。由于每次響應(yīng)用戶請求都需要數(shù)據(jù)映射計算，隨著數(shù)據(jù)量的增大，訪問效率降低。

2.2 基于復(fù)制的數(shù)據(jù)集成

基于復(fù)制的數(shù)據(jù)集成需要建立數(shù)據(jù)倉庫[4]，數(shù)據(jù)倉庫是面向主題的、集成的、穩(wěn)定的、不同時間的數(shù)據(jù)集合。將局部數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)經(jīng)過抽取、 轉(zhuǎn)換、清洗和裝載等步驟復(fù)制到數(shù)據(jù)倉庫中，并對數(shù)據(jù)源進(jìn)行整體一致性維護(hù)，減少了用戶對于多個異構(gòu)數(shù)據(jù)源的訪問代價，提高了數(shù)據(jù)的共享和利用效率。

基于復(fù)制的數(shù)據(jù)集成為用戶提供了高效穩(wěn)定的查詢服務(wù)，便于進(jìn)行聯(lián)機(jī)分析處理和數(shù)據(jù)挖掘，用以支持經(jīng)營、管理中的決策制定過程。但是數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)是分時段進(jìn)行更新的，無法滿足實時分析的需求。

2.3 Web Service 技術(shù)規(guī)范

Web Service 是一種支持跨網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器間相互操作的軟件系統(tǒng)，它能夠通過規(guī)范的服務(wù)描述、 標(biāo)準(zhǔn)的消息通信協(xié)議和開放的服務(wù)發(fā)布策略，完成各數(shù)據(jù)來源節(jié)點的直接交互。基于 Web Service 的數(shù)據(jù)集成是將數(shù)據(jù)來源包裝成Web服務(wù)，并使用 WSDL（Web Service Description Language，Web 服務(wù)描述語言）進(jìn)行規(guī)范化描述，然后將其注冊到 UDDI（Universal Discovery Description Integration，統(tǒng)一描述發(fā)現(xiàn)集成中心）的服務(wù)目錄中，以供中心服務(wù)器和用戶的集成和調(diào)用[5]。

3 基于服務(wù)的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成平臺設(shè)計

數(shù)據(jù)集成平臺體系架構(gòu)的核心是數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和應(yīng)用層，還包括數(shù)據(jù)接口層和應(yīng)用接口層兩個銜接層。

3.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包括各種在存儲方式和組織結(jié)構(gòu)上各不相同的數(shù)據(jù)源。為了屏蔽數(shù)據(jù)的異構(gòu)性，從局部數(shù)據(jù)源中抽取公共部分建立全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖，通過在局部數(shù)據(jù)源和全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖之間建立映射關(guān)系，用戶對全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖的操作都可以解析為對相應(yīng)局部數(shù)據(jù)源的操作。不同于常規(guī)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)對每個數(shù)據(jù)源分別建立訪問接口，圖 1 的架構(gòu)中采用基于QtSql的通用數(shù)據(jù)訪問架構(gòu)來實現(xiàn)對所有局部數(shù)據(jù)源的操作。endprint

3.2 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層分為數(shù)據(jù)服務(wù)、業(yè)務(wù)服務(wù)和用戶服務(wù)3大類，各類服務(wù)以 Web Service 的形式發(fā)布，可忽略數(shù)據(jù)層的具體數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)選型和應(yīng)用層的具體業(yè)務(wù)實現(xiàn)編程語言等技術(shù)問題。

1） 數(shù)據(jù)服務(wù)

主要是指與數(shù)據(jù)包密切相關(guān)的數(shù)據(jù)服務(wù)，根據(jù)各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理的流程和規(guī)范特點，可分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)服務(wù) 2個大類。其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)主要是指對局部數(shù)據(jù)源和元數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)集合執(zhí)行連接、增、刪、改、查等基本操作封裝的服務(wù)。應(yīng)用數(shù)據(jù)服務(wù)主要是對具體業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)相關(guān)操作的組合，其中既有數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)基本操作也有具體業(yè)務(wù)操作。

2） 業(yè)務(wù)服務(wù)

主要是指不包括數(shù)據(jù)基本操作的，具有普遍性、通用性和原子性，并在其他具體業(yè)務(wù)中可重用的具體業(yè)務(wù)功能處理流程，將該流程封裝成服務(wù)，實現(xiàn)提供者與使用者的解耦，使得應(yīng)用系統(tǒng)易于維護(hù)。

3） 用戶服務(wù)

用戶服務(wù)本身不具備具體的服務(wù)功能，主要是數(shù)據(jù)服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)的聚合，通過一系列數(shù)據(jù)服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)的組合形成針對某具體應(yīng)用業(yè)務(wù)的服務(wù)。在用戶服務(wù)基礎(chǔ)上建立模式概念，結(jié)合具體應(yīng)用環(huán)境中同一業(yè)務(wù)的不同應(yīng)用差別，形成服務(wù)模式，一種服務(wù)模式對應(yīng)一個具體應(yīng)用，一個用戶服務(wù)對應(yīng)一類具體應(yīng)用業(yè)務(wù)。

3.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層直接面向用戶，調(diào)用邏輯層的服務(wù)，將服務(wù)響應(yīng)結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。由于邏輯層接口采用Web Service服務(wù)的方式發(fā)布，所有可以調(diào)用 Web Service 服務(wù)的客戶端都可以訪問邏輯層接口。因此，應(yīng)用層可以采用多種語言，適用于不同的操作系統(tǒng)。

該架構(gòu)通過在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層設(shè)計統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范，在業(yè)務(wù)邏輯層構(gòu)建相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)，通過提供具有標(biāo)準(zhǔn)程序接口和協(xié)議規(guī)范的通用服務(wù)，使得業(yè)務(wù)應(yīng)用層可以脫離數(shù)據(jù)層的具體物理實現(xiàn)形式，同時，也可以隔離具體應(yīng)用實現(xiàn)，在規(guī)范數(shù)據(jù)包不變環(huán)境下，同一應(yīng)用可以進(jìn)行環(huán)境和平臺轉(zhuǎn)換。同時采用3層架構(gòu)的設(shè)計，降低了層間耦合。

4 基于服務(wù)的裝備數(shù)據(jù)集成平臺的實現(xiàn)

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)實現(xiàn)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)由查詢處理和元數(shù)據(jù)管理兩大模塊組成。其中，查詢處理模塊將應(yīng)用層對全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖的查詢轉(zhuǎn)換為對各局部數(shù)據(jù)源的查詢，并將數(shù)據(jù)層返回的結(jié)果按照全局視圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)整合后發(fā)送給應(yīng)用層。元數(shù)據(jù)管理器負(fù)責(zé)操作元數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，包括全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖管理、局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理和映射關(guān)系管理[6]。

圖2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)實現(xiàn)架構(gòu)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)的工作流程為：

1） 應(yīng)用層根據(jù)系統(tǒng)提供的全局?jǐn)?shù)據(jù)源，編寫標(biāo)準(zhǔn)sql查詢語句，調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)接口，發(fā)出查詢請求。

2） 查詢處理器中的校驗?zāi)K收到查詢請求后，驗證查詢語句的合法性。如果合法，將查詢語句傳到查詢解析器，否則返回錯誤日志。

3） 查詢解析器調(diào)用元數(shù)據(jù)處理器查詢元數(shù)據(jù)庫中的全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖與局部數(shù)據(jù)源的映射關(guān)系，將全局查詢請求分解為局部查詢指令。

4） 查詢分發(fā)器調(diào)用通用數(shù)據(jù)庫訪問接口執(zhí)行局部查詢，并將查詢結(jié)果反饋給整合器。

5） 整合器收到所有局部查詢結(jié)果后，根據(jù)映射關(guān)系封裝返回全局視圖。

4.2 通用數(shù)據(jù)庫訪問接口實現(xiàn)

通用數(shù)據(jù)庫訪問接口是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)與局部數(shù)據(jù)源聯(lián)系的橋梁，用來屏蔽局部數(shù)據(jù)源的系統(tǒng)差異，為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)提供統(tǒng)一的查詢接口。本文的通用數(shù)據(jù)庫訪問接口采用基于QtSql的數(shù)據(jù)庫訪問模塊實現(xiàn)。

Qt為數(shù)據(jù)訪問提供的QtSql模塊實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫與Qt應(yīng)用程序的無縫集成，同時為開發(fā)人員提供了一套和具體所用數(shù)據(jù)庫均無關(guān)的調(diào)用接口，主要由通用接口層、SQL接口層和驅(qū)動層組成。其中，通用接口層為用戶提供了對數(shù)據(jù)庫的SELECT、INSERT、UPDATE和DELETE 操作的接口；SQL 接口層提供了數(shù)據(jù)庫訪問類，QSqlDatabase類提供了數(shù)據(jù)庫連接操作，QSqlQuery類提供了數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查操作；驅(qū)動層實現(xiàn)了特定數(shù)據(jù)庫與SQL接口的底層橋接[7]。

通用數(shù)據(jù)庫訪問接口需要從元數(shù)據(jù)庫中獲取局部數(shù)據(jù)源的連接信息，包括驅(qū)動類型、數(shù)據(jù)源的IP、端口、數(shù)據(jù)庫實例名、用戶名和密碼等。實現(xiàn)與各數(shù)據(jù)源的無縫連接，并可根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)的調(diào)用返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)集合。

4.3 WEB服務(wù)封裝

gSOAP是一種跨平臺的C和 C++軟件開發(fā)工具包，能夠自動地將用戶定義的本地化的C或C++數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)變?yōu)榉蟈ML語法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于本文的底層數(shù)據(jù)訪問基于Qt開發(fā)框架，因此，Web服務(wù)封裝引入Gsoap。

WEB服務(wù)封裝的步驟：

1） 定義數(shù)據(jù)交互接口頭文件；

2） 通過頭文件生成WSDL文件及C++服務(wù)端和客戶端文件；

3） 編寫實現(xiàn)接口處理函數(shù)。

若業(yè)務(wù)應(yīng)用需要通過Java編程語言實現(xiàn)，可通過WSDL文件生成Java服務(wù)端和客戶端代碼。

4.4 元數(shù)據(jù)庫設(shè)計

元數(shù)據(jù)庫位于邏輯層，用于存儲全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖、局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及它們之間的映射。本文采用 XML 文件存儲元數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)源連接配置與映射關(guān)系XML結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4所示。元數(shù)據(jù)庫向下層的數(shù)據(jù)庫訪問接口提供局部數(shù)據(jù)源的連接信息，并向同層的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)提供全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的映射信息。

4.5 全局?jǐn)?shù)據(jù)模式

服務(wù)分解后的子請求除了要避免重復(fù)訪問同一數(shù)據(jù)源外， 還要保證分解后的查詢結(jié)果的正確性， 即分解后語義與分解前應(yīng)是一致的。但在不同的數(shù)據(jù)源中往往存在著命名沖突、 內(nèi)容交織等語義的異構(gòu)。為了解決這種語義異構(gòu)的問題，系統(tǒng)建立了映射關(guān)系。映射規(guī)則的建立需要充分考慮到異構(gòu)數(shù)據(jù)源間的語義異構(gòu)問題[8]。

1） 如果局部模式中存在名稱沖突，在全局模式中則要進(jìn)行統(tǒng)一命名，如和，在全局模式中統(tǒng)一命名為 ；

2） 如果局部模式中存在內(nèi)容包含和交織， 全局模式則要進(jìn)行擴(kuò)展，含局部視圖的全部元素。

5 數(shù)據(jù)集成平臺的特點

數(shù)據(jù)集成平臺包括數(shù)據(jù)層、邏輯服務(wù)層和應(yīng)用層三層架構(gòu)，以及數(shù)據(jù)接口層和應(yīng)用接口層兩個銜接層。其主要特征有：

1） 自治性：

數(shù)據(jù)集成平臺通過在元數(shù)據(jù)庫中存儲全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖、局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及它們的映射關(guān)系，使得對全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖的操作轉(zhuǎn)化為對局部數(shù)據(jù)源的操作，因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)集成的同時不影響原有系統(tǒng)的正常運行。

2） 通用性：

引入基于QtSql的通用數(shù)據(jù)訪問接口，屏蔽了局部數(shù)據(jù)源操作系統(tǒng)級和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)級的異構(gòu)；將業(yè)務(wù)邏輯接口封裝成服務(wù)，利用soap協(xié)議的跨平臺特點，可供部署在不同開發(fā)環(huán)境下的應(yīng)用調(diào)用。

3） 實時性：

數(shù)據(jù)集成平臺執(zhí)行的數(shù)據(jù)操作針對的是子業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)，相對于基于復(fù)制的數(shù)據(jù)集成操作，實時性高，得到的數(shù)據(jù)也是最新的。

4） 易更新：

通過數(shù)據(jù)映射將應(yīng)用與局部數(shù)據(jù)源解耦，如果局部數(shù)據(jù)源發(fā)生變動，只需在集成平臺的元數(shù)據(jù)庫中重新建立對應(yīng)關(guān)系。

6 結(jié)束語

數(shù)據(jù)集成平臺設(shè)計了數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和應(yīng)用層 3 層總體架構(gòu)，通過通用數(shù)據(jù)庫訪問接口屏蔽了數(shù)據(jù)源的異構(gòu)，引入元數(shù)據(jù)庫，管理全局模式與局部數(shù)據(jù)源的映射，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)形成面向服務(wù)的業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)源異構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)異構(gòu)的數(shù)據(jù)集成，改變信息孤存現(xiàn)象，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息共享和業(yè)務(wù)互通，為指揮決策提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

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