（计算机应用技术专业论文）利用网格技术实现网络化制造中的资源管理.pdf

沈阳工业大学硕士学位论文 摘要 近年来，信息革命促使制造业向全球方向发展，使现代企业呈现集团化、多元化的 发展趋势。这些企业需要及时了解各地分公司的生产经营状况，同一企业不同部门、不 同地区的员工之间也需要及时共享大量企业信息。企业和用户之间以及企业与其合作伙 伴之间也存在着大量的信息交流。这就促使企业把分布在世界各地的制造工厂和销售点 连接成一整体，以加快产品开发，提高产品质量和企业对市场的响应能力，网络化制造 便由此产生。 网格被称为第三代因特网，它的目标是实现互联网上所有资源的全面连通，如计算 资源、存储资源、信息资源、知识资源等。网格中的资源和网络化制造中的企业资源都 具有分布性、多样性和动态性，因此可以利用网格技术来实现网络化制造中企业资源的 管理和共享。 本文介绍了网格技术，并着重叙述了本系统所利用的网格技术中o g s a - d a i ( 开放 网格服务体系结构一数据集成和访问) 的相关知识，o g s a - d a i 是最新的网格服务体系 结构，它采用了w e b 服务的框架，并突出了以服务为中心的特点。本文还阐述了w e b 服务、i p l a n e t 和x i n d i c e 数据库等基本知识，并在此基础上，给出了解决企业资源管理 和共享的方案，即：利用x m l 语言对企业资源进行描述，x i n d i p , e 数据库来存储企业资 源，i p l a n e t 设景客户端访问的安全性和个性化，利用o g s a - d a i 实现企业资源的管理 和共享，并以网格服务的形式提供给客户。 在给出解决方案的同时，本文给出了企业资源的详细设计和具体实现，并就在系统 设计和实现中遇到的几个问题，给出了具体的解决方案。 本文在网格技术的基础之上，提出了对企业资源的管理和共享的解决方案，可以给 当前不断发展的网络化制造提供一种新的借鉴和参考。 关键词：网络化制造，网格技术，开放网格服务体系结构 沈阳工业大学硕士学位论文 t h er e a l i z a t i o no fn e t w o r k e d v a n u f a c t u r er e s o u r c e m a n a g e m e n tu s i n gg r i dc o m p u t i n gt e c h n o l o g y a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ei n f o r m a t i o nr e v o l u t i o ni m p l e st h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yt od e v e l o pi n t h eg l o b a ld i r e c t i o n ，m a k em o d e me n t e r p r i s e sp r e s e n tc o l l e c t i v i z e d ，d i v e r s i f i e dd e v e l o p m e n t t r e n d t h e s ee n t e r p r i s e sn e e dt ou n d e r s t a n dt h ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n ts t a t eo fe a c hf i l i a l ei n t i m e ，a n dd i f f e r e n td e p a r t m e n ti nt h es a n l ee n t e r p r i s e ，e m p l o y e e si nd i f f e r e n ta r e aa l s od e m a n d s h a r i n gam a s so ft h ee n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ni nt i m e b e t w e e ne n t e r p r i s ea n dc u s t o m e r s ， b e t w e e ne n t e r p r i s ea n dc o l l a b o r a t o r sa l s oe x i s taf l o o do fi n f o r m a t i o ne x c h a n g e t h i su r g e st h e e n t e r p r i s ei n t e g r a t et h ew o r l d - w i d e l ym a n u f a c t u r ea n ds e l l s ，i no r d e rt oq u i c k e nt h ep r o d u c t d e v e l o p m e n t , i n c r e a s et h ep r o d u c tq u a n t i t ya n dt h ee n t e r p r i s e sr e s p o n s ea b i l i t yt ot h em a r k e t s ot h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r ep r o d u c e s t h e 酣dw a sc a l l e dt h et h i r dg e n e r a t i o ni n t e m e t i t sg o a li st or e a l i z et h ea c r o s s - t h e - b o a r d c o n n e c t i o no f a l lr e s o u r c e si ni n t e r a c t , s u c ha sc o m p u t er e s o u r c e s ，s a v i n gr e s o u r c e s ，i n f o r m a t i o n i _ e s o u r c c s ，k n o w l e d g er e s o u r c e se t c t h er e s o u r c e si nt h e 西da n d t h eb u s i n e s sr e s o i , l e si nt h e n e t g e o r k e dm a n u f a c t u r eh a v ed i s t r i b u t e ，v a r i e t ya n dd y n a m i c ，t h e r e f o r ew ec a nu t i l i z et h eg r i d t e c h n i q u et oi m p l e m e n tt h es h a r i n ga n dm a n a g e m e n to ft h ee n t e r p r i s er e s o u r c e si nt h e n e t w o r k e dm a n u f a c t u r e t h i st h e s i si n t r o d u c e dt h eg r i dt e c h n i q u e ，t og i v ee m p h a s i st od e p i c t t h er e l a t e dk n o w l e d g eo ft h i ss y s t e m - o g s a - d a i ( o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e d a t a a c c e s sa n di n t e g r a t e ) ，o g s a d a ii st h el a t e s tg r i ds e r v i c es y s t e mc o n s t r u c t i o n , a n di ta d o p t e d t h ew e bs e r v i c ef r a m e t h ec e n t r a lc h a r a c t e r i s t i co f t h e0 g s a d a ii ss e r v i c e t l l i st h e s i ss t i l l e x p a t i a t e dt h er e l a t e dk n o w l e d g es u c ha sw e bs e r v i c e i p l a n e ta n dx i n d i c ed a t a b a s ee r e o n t h e b a s e ，w ed e f i n i t e l yg i v eo u tt h es e t t l es c h e m ao ft h ee n t e q m s er e s o u r c e s - m a k i n gu s eo ft h e x m ll a n g u a g ed e s c r i b e st h ee n t e r p r i s er e s o u r e c s ，s a v i r 培e n t e r p r i s er e s o u r c e si nx i n d i c e d a t a b a s e ，s e tt h ec u s t o m e r ss e c u r i t ya c c e s si nt h ei p l a n e t m a k i n gu s eo ft h eo g s a d a i r e a l i z e st h er e m o t ei n v o k i n ga n dt h ee n t e r p r i s er e s o u r c e sm a n a g e m e n t ，a n dp m v i d e sc u s t o m e r s i nt h ef o r mo f t h eg r i ds e r v i c e 一2 沈阳工业大学硕士学位论文 a tt h es a m et i m et h i sp a p e rg i v e su sad e t a i l e dd e s i g na n di m p l e m e n l a f i o n , c o m b m gt h e s y s t e md e s i g ng a v et h ec o n c r e t es o l u t i o ns c h e m a 0 nt h eb a s eo fg r i dt e c h n i c a l t h i st h e s i sp u tf o r w a r dt h es o l u t i o no fm a n a g e m e n ta n d s h a r i n go ft h eb u s i n e s sr e s o i l r c e s ，i tc a np r o v i d en e wr e f e r e n c ea n dc o n s u l t st ot h en e t w o r k e d m a n u f a c t u r e k e yw o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r e , g r i dc o m p u t i n gt e 血0 1 0 9 y ，o g s a 3 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名： 堡垒皇 日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名： 蔓三塾笙导师签名：蠢! 往诬 日期：星型垒：主：1 6 沈阳工业大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题提出的背景 当前制造业正面临着一个不确定性的、急剧变化的、竞争日趋激烈的国际化市场。 生产过程已经不再局限于一国范围内，而是形成“无国界的经济实体”。在企业集团之 间，竞争与合作、交流与限制并存，从而形成错综复杂的局面，引起世界经济结构与组 织结构的重大变化。譬如，某种先进的计算机的设计工作可能在美国硅谷进行，芯片在 韩i 雪生产，软件在印度编制，整机在泰国组装，营销在香港进行。 这些跨地域企业需要及时了解各地分公司的生产经营状况，同一企业不同部门、不 同地区的员工之间也需要及时共享大量企业信息。企业和用户之间以及企业与其合作伙 伴之间也存在着大量的信息交流。这就需要通过计算机网络的协调和操作，把分布在世 界各地的制造工厂和销售点连接成一整体，以加快产品开发，提高产品质量和企业对市 场的响应能力。 网络化制造指的是：面对市场机遇，针对某一市场需要，利用以因特网为标志的信 息高速公路，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分散在不同地区的生产设备资源、智 力资源和各种核心能力，按资源优势互补的原则，迅速地组合成一种没有围墙的、超越 空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体网络联盟企业，以便快速推 出高质量、低成本的新产品【1 o 网络化制造的研究内容：制造业内部的信息交流和共享，以及制造业间的网络应用 服务。这些企业信息涉及有关产品设计、计划、生产资源、组织等类型的数据，不仅数 据量大，数据类型和结构复杂，而且数据间存在复杂的语义联系，数据载体也是多介质 的。 1 2 网络化制造的国内外发展状况 国内有关网络化制造的研究，起步于9 0 年代初。在工业界，由于经济发展的共同 规律，在我国高新技术的新兴产业群中，有不少企业自发地运用了这些基本规律，并取 得了很大的成功，如深圳华为公司、北大方正公司等。 沈阳工业大学硕士学位论文 由吴澄院士主持的清华大学9 8 5 网络化敏捷制造项目，将围绕网络化敏捷制造，对 它涉及的关键技术进行攻关研究，建立网络化敏捷制造体系，在敏捷制造和平台技术上 取得重大突破，建立一个架构于4 大网络上的，以清华大学为中心的可以支持异地设 计、异地制造的虚拟制造网络，现代集成制造系统网络( c i m s n e t ) 已成为全国企业 实施敏捷设计与制造的主要网络【2 】。 在国外对网络化制造的研究和起步比较早，其中较为著名的有两个项目n i i i p 和 n i i i p ( n a t i o n a li n d u s w i a li n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r ep r o t o c o l s ) 项目从事关于虚拟 企业方面的工作，目的是通过研究企业间合作的方案，使得合作者之间消除由于不同 的数据结构、不同的过程和不同的计算环境所造成的障碍。该项研究认为，虚拟企业 的组成单位就如同属于同一个组织一样，协同工作、资源共享、完成任务，而实质上 这些组成单位是彼此独立的公司删。 c y b e r c u t 项目开发了网上设计系统( w e b c a d ) 、网上工艺设计指导系统 ( w e b c a p p ) 和访问机床的开放式控制器，以对零件进行加工；c a m n e t 项目提供材 料选择、生产性能分析等一系列服务：m t a m r i 项目在加工过程建模与仿真、敏捷夹 具、“混合3 n q - 系统等方面，开展网上合作研究1 3 】。 1 3 网格介绍 1 3 1 网格的定义 网格实际上是一个新出现的概念，代表了一种先进的技术和基础设施，是继因特网 之后又一次重大的科技进步。中国科学院计算所所长李国杰院士认为，网格实际上是继 传统因特网、w e b 之后的第三个大浪潮，可以称之为第三代因特网。 简单地讲，传统因特网实现了计算机硬件的连通，w e b 实现了网页的连通，而网格 试图把整个因特网整合成一台巨大的、超级的虚拟计算机，实现互联网上所有资源的全 面连通，包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等。 具体说，网格就是一个集成的计算和资源环境，或者说是一个计算资源池。网格能 充分吸纳各种计算资源，并将它们转化成一种随处可得的、可靠的、标准的同时还是经 2 沈阳工业大学硕士学位论文 济的计算能力【4 】。除了各种类型的计算机，这里的计算资源还包括网络通信能力、数据 资料、仪器设备、甚至是人等各种相关的资源。 1 3 2 网格的特点 分布性是网格一个最主要的特点 5 】。网格的分布性是指网格的资源是分布的，组成 网格的计算能力不同的计算机、各种类型的数据库乃至电子图书馆，以及其它的各种设 备和资源，是分布在地理位置互不相同的多个地方，而不是集中在一起的。分布的网格 一般涉及的资源类型复杂，规模较大，跨越的地理范围较广。 网格中动态性与多样性口】。对于网格来说，决不能假设它是一成不变的。原来拥有 的资源或者功能，在下一时刻可能就会出现故障或者不可用；而原来没有的资源，可能 随着时间的推移不断的加入进来。网格的动态性包括动态增加和动态减少两方面含义。 网格资源的动态变化特点要求网格管理必须充分考虑并解决好这一问题，对于网格 资源的动态减少或者资源出现故障的情况，要求网格能及时采取措施，实现任务的自动 迁移，做到对高层用户透明或者尽可能减少用户的损失。 网格资源的动态增加需要提高网格的扩展性问题，也就是说，在网格的设计与实现 时，必须考虑到新资源能否很自然的加入到网格中来，并且可以和原来的资源融合在一 起，。共同发挥作用。网格扩展要求体现在规模、能力、兼容性等几个方面。 网格资源是异构和多样的口】。在网格环境中可以有不同体系结构的计算机系统和类 别不同的资源，因此网格系统必须能够解决这些不同结构、不同类别资源之间的通信和 互操作问题。 1 4 为什么选择网格技术 网格是从计算科学与工程领域逐渐发展起来的，网格具有增强协作的能力和作用， 协会之间通过网格可以共享分布的信息和资源。对于全球性的大公司，通过网格技术可 以使公司方便地对全球各个部分的子公司统一管理，共享资源与信息，高效地运转。 网格概念的核心是“资源”以及对“资源的使用”，这里的“资源”包括计算机、 数据库、仪器设备、信息服务等极其广泛的内容。网格概念的实质，就是打破传统的强 加在“资源”上的种种限制，为用户提供一种前所未有的“高级服务”。所谓打破对资 源的限制，包括几方面的含义： 3 沈阳工业大学硕士学位论文 ( 1 ) 资源的网格化 即将资源从特定的地理位置束缚中解放出来， 角落，达到网格资源完全与地理位置无关的目的。 ( 2 ) 网格资源的协调 即对任何网格资源，在一定的规则和管理下， 之间在广泛共享与协作方面的障碍。 ( 3 ) 网格资源的融合 使得该资源可以通过网格输送到任何 都可以实现相互协作，破除不同资源 即打破原来加在资源能力和资源类型方面的限制。网络化制造中最关键的部分之一 就是对资源的管理与共享，制造业中尤其跨地域的大型制造企业，生产设备资源、数据 资源、智力资源和其它各种企业资源等大都分布在不同的地理位置，如何把这种企业资 源迅速有效地结合在一起，是很关键的。而这一点正和网格中资源分布是相同的，可以 采用网格技术把分散的资源结合在一起。另外企业资源也是动态的和多样性的，这一点 和网格资源的动态性和多样性也极为相似。 通过以上的分析，可以利用网格技术来实现网络化制造中的资源管理。 4 沈阳工业大学硕士学位论文 2 网格体系结构 网格体系结构就是关于如何建造网格的技术。它给出网格的基本组成与功能，描述 了网格各组成部分的关系以及它们集成的方式或方法，刻画了支持网格有效运转的机 制。 到目前为止，比较重要的网格体系结构有两个，一个就是f o s t e r 等在早些时候提出 的五层沙漏结构，然后就是在以m m 为代表的工业界的影响下，在考虑到w e b 技术的 发展与影响后，f o s t e r 等结合w e bs e r v i c e 提出的开放网格服务结构o g s a ( o w ng r i d s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 6 1 。 2 。l 五层沙漏结构 五层沙漏结构是一种影响十分广泛的结构，它的主要特点就是简单，主要侧重于定 性的描述而不是具体的协议定义，因此很容易从整体上进行理解。 五层沙漏结构并不提供严格的规范，它不是对全部所需协议的完整罗列，而是对该 结构中各部分组件的通用要求进行定义，而且将这些组件形成一定的层次关系，每一层 的组件具有相同的特征，上层组件可以在任何一个底层组件的基础之上建筑。五层沙漏 结构如图2 行示。 厂 i 应用层l 1 _ j 图2 1 五层结构及其与t c p i p 网络协议的对比用 2 2 开放网格服务体系结构( o g s a ) 开放网格服务结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 是目前最新的一种网格 体系结构，被称为是下一代的网格结构。 5 虽 沈阳工业大学硕士学位论文 2 2 1 以服务为中心的模型 这里的服务指的是具有特定功能的网络化实体，服务所指的概念很广，包括各种计 算资源、存储资源、网络、程序、数据库等等，简而言之，一切都是服务。在o g s a 中，实现的将是对服务的共享。从资源到服务，这种抽象将资源、信息、数据等统一起 来，十分有利于灵活的、一致的、动态的共享机制的实现，使得分布式系统管理有了标 准的接口和行为。 网格服务是一种w e bs e r v i c e ，该服务提供了一组接口，这些接口的定义明确并遵 守特定惯例，解决服务发现、动态服务发现、生命周期管理、通知等问题i s 。在o g s a 中，将一切都看作是网格服务，因此网格就是可扩展的网格服务的集合。 w e b s e r v i c e - o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e = g r i ds e r v i c e s 【4 2 ，2 2 统一的w e bs e r v i c e 框架 一个w e bs e r v i c e 就是一个可以被u r 识别的软件应用，它的接口和绑定可以被 x m l ( 可扩展标记语言) 描述与发现，并且可以通过基于i n t e m e t 的协议直接与其它基 于x m l 消息的软件应用的交互。o g s a 符合标准的w e bs e r v i c e 框架，但o g s a 对 w e bs e r v i c e 进行了扩展，提出了网格服务的概念。 2 2 0o g s a 两大支撑技术 o g s a 的两大支撑技术是g l o b u s 和w e bs e r v i c e 。 g l o b u s 项目是目前国际上最有影响的与网格计算相关的项目之一。它发起于九十年 代中期，其最初的目的是希望把美国境内的各个高性能计算机中心通过高性能网络连接 起来，方便美国的大学和研究机构使用，提高高性能计算机的使用效率。 g l o b u s 项目是由美国a r g o n n e 国家实验室研发的项目。g l o b u s 对信息安全、资源 管理、信息服务、数据管理以及应用开发环境等网格计算的关键理论和技术进行了广泛 的研究，开发出能在多种平台上运行的网格计算工具包软件( g l o b u st o o l k i t ) ，能够用 来帮助规划和组建大型的网格试验和应用平台，开发适合大型网格系统运行的大型应用 程序。 g l o b u st o o l k i t 是基于社团的，开放结构，开放源码的服务的集合，也是支持网格 与网格应用的软件库，解决了安全，信息发现，资源管理，数据管理，通信，错误检测 6 沈阳工业大学硕士学位论文 以及可移植等问题。与g l o b u s 相比，现有的数据共享和互操作方案，如p 2 p 、d c e 、 c o m d c o m 、c o r b a 、j 2 e e 等，在共享配置的灵活性、动态性和在共享资源种类上 不能完全满足动态虚拟组织的需要。同时g l o b u s 并不试图取代现有技术，而是希望在 现有技术之上建立更高层次的共享。 g l o b u st o o l k i t 针对g l o b u s 项目中提出的各种协议，提供了一系列的服务、软件 库、编程接口和使用例子。g l o b u s 工具包的实现主要有四方面的内容： ( 1 ) 网格安全 8 】，这是网格计算环境正常运行的保证，主要是结合目前成熟的分布 式安全技术，并进行一定的扩展，以适合网格计算环境的特点。 ( 2 ) 网格信息获取与分布阎，在网格计算环境中如何发布资源信息，如何查询、检 索资源信息是有效使用各种资源的前提条件。 ( 3 ) 网格资源管理【8 】，由于网格环境中的资源主要分布在广域网环境中，采用目前 常用的局域网资源管理技术不能有效的对其进行管理，为此g l o b u s 在子局域网资源管 理基础之上实现了更高层次的资源管理技术，在信息服务的支持下，可有效的支持广域 范围内的资源管理。 ( 4 ) 网格远程数据传输8 1 ，实现广域网环境下的高速、可靠的数据传输和实现对应 用程序基本透明的远程文件i o 访问是g l o b u s 考虑的重要内容。 w e bs e r v i c e 的具体描述将在下一节讲述。 2 3 w 曲服务 2 r 3 1w e b 服务简介 w e b 服务是一个崭毅的分布式计算数据模型，w e b 服务是一系列标准的综合，这 些标准包括x m l 、s o a p 、u d d i 、w s d l 和w s f l 等。w e b 服务利用这些标准提供一 个松散耦合的分布式计算环境。在w e b 服务的模型中，将服务封装成一个个相对独立 的w e b 服务，每个服务提供某类功能，客户可以通过绑定到h t l t 的s o a p 协议来访 问这些服务。 w e b 服务使用s o a ( 面向服务的架构，s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) 架构。该架 构由三个参与者和三个基本操作构成。其中三个参与者分别是指服务提供者( s e r v i c e p r o v i d e r ) 、服务请求者( s e r v i c er e q u e s t ) 和服务代理( s e r v i c eb r o k e r ) ，而三个基本 7 沈阳工业大学硕士学位论文 操作分别是发布( p u b l i s h ) 、查找( f i n d ) 和绑定( b i n d ) 。服务提供者将它的服务发 布到服务代理的一个目录上，当服务请求者需要调用该服务时，它首先到服务代理提供 的目录上去搜索该服务，得到如何调用该服务的信息，然后根据这些信息去调用服务提 供者发布的服务。在w e b 服务体系中，使用w s d l 来描述服务，u d d i 来发布、查找 服务，而s o a p 用来执行服务调用。s o a 框架如图2 2 所示 9 】。 图2 2 w e b 服务结构 2 3 2w e b 服务的特征 ( 1 ) 好的封装性 w e b 服务既然是一种部署在w e b 上的对象，自然具备对象的良好封装性，对于使 用者而言，它只能看到该对象提供的功能列表。 ( 2 ) 松散耦合 这一特征也是对象组件技术，当一个w e b 服务的实现发生变更的时候，调用者是 不会感到这一点的，对于调用者来说，只要w e b 的调用界面不变，w e b 服务的实现任 何变更对他们来说都是透明的，甚至当w e b 服务的实现平台从j 2 e e 迁移到了n e t 或 者是相反的迁移过程，用户都可以对此一无所知。对于松散耦合而言，尤其是在因特网 环境下的w e b 服务而言，需要一种适合i n t e m e t 环境的消息交换协议。而x m l s o a p 正是目前最为合适的消息交换协议。 ( 3 ) 使用协议的规范性 这一特征从对象而来，但相比一般对象界面规范更加规范化和易于机器理解。首先 作为w e b 服务，对象界面所提供的功能应当使用标准的描述语言来描述( w s d l ) ， 由标准描述语言描述的服务界面应当是能够被发现的，因此这一描述文档要被存储在私 8 沈阳工业大学硕士学位论文 有的或公共的注册表里面。同时，使用标准描述语言描述的使用协议将不仅仅是服务界 面，它将被延伸到w e b 服务的聚合、跨w e b 服务的事务、工作流等，而这些又都需要 服务质量( q o s ) 的保障。其次，安全机制对于松散耦合的对象环境是很重要的，因此 需要对诸如授权认证、数据完整性、消息元认证以及事物的不可否认性等运用规范的方 法来描述、传输和交换。 ( 4 ) 使用标准协议规范 作为w e b 服务，其所有公共的协约完全需要使用开放的标准协议进行描述、传输 和交换。这些标准协议具有完全免费的规范，以便由任意方进行实现。一般而言，绝大 多数规范将最终由w 3 c 或o a s i s 作为最终版本的发布方和维护方。 ( 5 ) 高度可集成能力 由于w e b 服务采取简单的、易理解的标准w e b 协议作为组件界面描述和协同描述 规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，无论是c o r b a 、d c o m 还是e j b 都可以通过 这一种标准的协议进行互操作，实现了在当前环境下最高的可集成性。 2 3 3s q a p 技术 简单对象访问协议( s o a p ，s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 是分散或分布式的环境 中，”通过x m l 交换信息的一种简单协谢1 0 1 。为了实现交换信息的目标，s o a p 使用 x m l 对它的有效负荷进行编码。w e b 服务是有关机器间和应用程序间透明通信的、借 助于w e b 的标准的具体实现。而s o a p 正是实现w e b 服务的核心协议之一。 s o a p 为在一个松散的、分布的环境中使用x m l 对等的交换结构化和类型化的信 息提供了一个简单的轻量级机制。s o a p 本身并不定义任何应用语义，如编程模型或是 特定语义实现，它只是定义了一种简单的机制，通过一个模块化的包装模型和对模块特 定格式编码的数据重编码机制来表示语义。s o a p 也没有定义任何底层的传输协议，尽 管在大部分情况下，s o a p 被默认绑定到h t t p 协议：但您可以用h t t p 、f t p 、s m t p 甚至是j m s ，或者是您自己定义的某种p 2 p 协议来传输s o a p 协议。 从某种意义上讲，s o a p 可以简单理解为： r r r p 删十r p c ：采用h t t p 作为底 层通信协议，r p c 作为一致性的调用途径，x m l 作为数据的传送格式，允许服务提供 者和服务客户经过防火墙在i n t e m e t 进行通信交互【1 1 。s o a p 被设计的主要目的，就是 9 沈阳工业大学硕士学位论文 为了实现基于x m l 的r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，远程过程调用) 。尽管m 研不是 有效率的通信协议，而且x m l 还需要额外的文件解析，两者使得交易的速度可能大大 低于其它方案；但是x m l 是一个开放、健全、有语义的信息机制，而m 1 p 是一个广 泛又能避免许多关于防火墙的问题，从而使得s o a p 得到了广泛的应用。 2 3 4w s d l w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 即是w e b 服务描述语言，w s d l 定义 了一种x m l 语法，将网络服务描述为能够进行消息交换的通信端点的集合。 w s d l 文档将服务定义为网络端点或端口的集合。在w s d l 中，由于端点和消息 的抽象定义已从具体的网络或数据绑定中分离出来，因此可以对抽象定义进行再使用： 消息，支持交换数据的抽象描述；端口类型，指操作的抽象集合。用于特定端口类型的 具体协议和数据格式规范构成了可以再次使用的绑定。将网络地址与可再次使用的绑定 相关联，可以定义一个端口，而端口的集合则定义为服务。许多标准绑定的惯例是描述 怎样使用w s d l 关联s o a p1 1 ，m r i pg e t p o s t 和m i m e 。因此，w s d l 文档在网 络服务的定义中使用下列元素【1 0 ： t y p e s ：数据类型定义的容器，它使用某种类型系统。 ，m e s s a g e s ：通信数据的抽象类型化定义。 o p e r a t i o n ：对服务所支持的操作的抽象描述。 p o r tt y p e ：操作的抽象集合，这些操作由一个或多个端点支持。 b i n d i n g ：特定端口类型的具体协议和数据格式规范。 p o r t ：定义为绑定和网络地址组合的单个端点。 s e r v i c e ：相关端点的集合。 1 0 沈阳工业大学硕士学位论文 3o g s a - d a i o g s a d a i 是o g s a 的一个核心部分，它扩展了o g s a ，用来支持数据访问和数 据集成。它通过网格为数据访问和数据集成提供统一的接口【1 2 】。通过o g s a - d a i 接 口，离散的、异构的数据资源被看作是一个逻辑资源来进行访问和控制。o g s a - d a i 网 格服务本身将提供基本的操作来执行复杂的操作，从客户端隐藏关联如数据库驱动技 术、数据格式技术和传输机制。 o g s a - d a i 主要由三部分组成：d a i 服务组注册( d a i s g r ) 、网格数据服务工厂 ( g d s f ) 、网格数据服务( g d s ) 。 3 1d a i 服务组注册( d 越s g r ) d a i 服务组注册( d a is e r v i c eg r o u pr e g i s t r y ，d a i s g r ) 是专门用于实现一个或多个 o g s a d a i 端口类型的o g s a - d a i 网格服务的注册服务i ”1 。通过d a i s g r 注册o g s a - d a t 服务能使客户知道服务的存在，使客户知道服务的性能、服务或所管理的数据源和 其它多个客户共享，通过查询一个d a i s g r ，客户能发现其提供特殊的服务、性能或管 理特殊数据源的o g s a - d a i 服务。 o g s a - d a i 服务组注册为o g s a - d a i 服务提供了一个目录工具。用一个d a i s g r 能够注册o g s a d a i 服务，提供o g s a d a i 服务的网格服务句柄( g s h ) 和描述服务 的信息，并允许o g s a d a i 服务向外界公开说明它们的性能【1 4 1 。通过查询d a i s g r 客 户能够获得满足自己需求的服务，并且d a i s g r 将返回这些服务的g s h s 。举例来说， 客户通过查询d a i s g r 得到g d s f s 管理的客户感兴趣的数据资源信息。 d a i s g r 是永久服务，当网格服务容器被创建时它们被创建，当容器销毁时它们被 销毁”3 1 。客户通过网格服务容器或是其它机制，在客户访问d a i s g r 之前得到一个 d a i s g r 的g s h 。 d a i s g r 允许其它的客户访问它们的状态信息，包括用d a i s g r 注册的关于服务 的信息。 d a i s g r 实现了一个端口类型d a i s e r v i c e g r o u p r e g i s t r a t i o n ，并通过实现这个端口 提供的方法来实现d a i 服务的注册、发布、查询等。 3 1 1d a i 服务注册和发现 沈阳工业大学硕士学位论文 支持服务发现的网格服务叫做注册( r e g i s t r y ) 。一个注册服务包括两个部分：一 是注册接口，它提供g s h 的注册操作，二是相关的服务数据元素，它包括注册的g s h 的信息【1 3 】。g s h 注册是一个软状态操作，必须进行周期性的刷新以保持其存活。另 外，d a i s g r 也允许客户注销o g s a d a i 网格服务，当用户不再使用网格服务时，可 以显式的注销服务，不必等到服务周期结束。 在o g s a d a i 体系结构中，通过下面两种方式注册网格服务： ( 1 ) o g s a - d a i 服务能用d a i s g r 注册本身。 ( 2 ) 客户或其它的服务能用d a i s g r 注册一个o g s a - d a i 服务。 一个d a i s g r 提供了对服务查询的支持，它给客户端返回所注册服务的g s h s 。客 户端可以通过返回的g s h s 对d a i s g r 进行查询，根据查询的结果判断是否存在所需 要的o g s a d a i 服务。 3 1 2d a i s g r 通知机制 网格数据服务是动态分布的服务，它的状态是随时改变的，因此必须把它们状态的 改变通知对方。o g s a 将消息的发布方服务接口称为n o t i f i c a t i o ns o u r c e ，而将消息的接 收方服务接口称为n o t i f i c a t i o ns i n k ，通过这两个接口实现通知机制，以便于以一种标准 的方式来处理通知【1 5 j 。 通知机制允许客户端通过注册来获取特定的信息，并且支持消息的异步单向传输。 如果一个服务愿意向外提供消息通知，它必须支持消息的订阅功能。一个服务如果愿意 接收消息通知，它必须提供实现接收消息的接口。 d a i s g r 允许客户预定d a i s g r ，并接收重要事件的通知。当d a i s g r 被预定 时，d a i s g r 将给由客户指定的服务传送这些通知。此外，d a i s g r 将提供实现的服务 位置，这样客户能够查询关于预定的信息和控制预定生命周期。 o g s a - d a i 实体间的交互如下所示： ( 1 ) 客户通过n o t i f i c a t i o ns o u r c e - s u b s c r i b e 操作预定d a i s g r 。 ( 2 ) 预定表述指定事件。 ( 3 ) 通知被传送的位置，扩展n o t i f i c a t i o ns i n k 端口类型的一个服务。 ( 4 ) d a i s g r 创建一个扩展n o t i f i c a t i o ns u b s c r i p t i o n 端口类型的服务来管理预定。 1 2 沈阳工业大学硕士学位论文 ( 5 ) d a i s g r 通知具有n o t i f i c a t i o ns u b s c r i p t i o n 身份的客户。 ( 6 ) 客户可以使用n o t i f i c a t i o ns u b s c r i p t i o n 服务查询预定和管理生命周期。 ( 7 ) d a i s g r 通过n o t i f i c a t i o ns i n k ：d e l i v e rn o t i f i c a t i o n 操作通告n o t i f i c a t i o ns i n k 服 务状态上的变化。 3 2 网格数据服务工厂( g d s f ) o g s a 提供的多是临时服务，不同于w e bs e r v i c e 的永久性服务。如何实现一个服 务的产生到消失是很关键的。o g s a 定义了一类网格服务，专门用于实现创建网格服务 实例的接口，它们被称为f a c t o r y 接口，实现这一接e l 的服务就是f a c t o r y 。在o g s a 中 称作g d s f 。 网格数据服务工厂( g d s f ) 是用来专门创建网格数据服务( g d s ) ，它同一个具 体数据资源相关联，并且能通过客户和数据资源交互作用来创建新的网格数据服务“6 1 。 网格数据服务可以方便访问一个特殊的数据资源，此外，客户端能通过查询一个g d s f 来发现由g d s f 展示的关于数据资源的信息，并决定此数据资源是否满足具体的应用程 序需要。在这里，网格数据服务所访问的数据源必须是创建它的网格数据服务工厂所关 联的数据源。 ”网格数据服务工厂提供了创建服务的工具，创建网格数据服务( g d s ) ，它可以方 便访问一个特殊的数据资源1 1 7 1 。g d s f 在使用d a i s g r 创建的g d s 上公布信息。客户 能联系g d s f 并请求创建和g d s f 关联的服务于特殊数据资源的g d s 。 g d s f 允许其它客户在它所关联的数据源和由其建立的网格数据服务访问关于它们 的状态信息。 3 2 1 建立服务 通过f a c t o r y 网格数据服务工厂提供的c r e a t e s e r v i c e 操作可以根据请求，创建一个 网格服务，并且返回新创建服务实例的g s h 和初始的g s r 。 f a c t o r y 接口并不规定服务实例是如何创建的。一种常见的方案就是在具体的运行 环境( 比如n e t 或