（计算机应用技术专业论文）基于网络环境的图案创作系统关键技术研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 日常生活中丰富多彩的图案得到了广泛的使用。图案的设计和制作在许多行 业，特别是在轻纺行业中占有非常重要的地位。随着轻纺行业的发展，市场要求 的不断提高，特别是网绍技术的迅猛发展，计算机辅助图案设计领域也得到了迅 速地发展，图案设计也胞通过网络来让更多的中小企业用户使用。 智能图案创作系统是人工智能和图形图像技术结合的交互形式的c a d 系 统，可以在分析、归纳图案构成知识的基础上。提取有效的知识表达方式和基于 模糊制导的图案生成推理机制，从而创作出褶同风格的图案。对其迸行网络化改 造后可以将成果应用到轻纺行业中。 本文主要论述了智能图案创作系统进行网络化改造后的架构的设计与关键 技术。采用了一棵规则树对图案的矢量化位置信息进行层次化的描述，然后根据 这种描述将图案转变为网络通用描述格式，并以这种图寨描述格式作为统一的数 据交换接口，并对刚络上负载的平衡进行了研究，减少了由于网络延迟而引起的 时延。然后在解决了关键问题后，依据图案创作系统的单机流程，制定了网络化 框架，并研究了编程实现技术。 通过上面的研究和丌发，我们对智能图案创作系统进行了网络化，满足了轻 纺行业对图案设计的新要求，从而为行业提供了个性化和特色化服务，同时也为 单机应用系统进行网络化改造提“ 了一个可行的方案。 关键词：图案创作a s pl 删络化w e b 服务x m ly n i 负载均衡 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t v a r i o u s p a t t e r n s a n d d r a w l n g s m a k e o u rl i f e i n t e r e s t i n g a n d c o l o r f u l p a t t e r n d e s i g na n dm a n u f a c t u r i n gp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei na l o to fe n t e r p r i s e ，e s p e c i a l l yi nt e x t i l ea r e a w h i l e ，w i t ht h eg r o w t ho f t e x t il ei n d u s t r ya n dt h ee n h a n c e m e n to fm a r k e tr e q u i r e m e n t s ，e s p e c i a l l y t h ee v o l u t i o no fn e t w o r k t e c h n o l o g y ， a tt h es a m e t i m e 。p a t t e r nd e s i g n e n t e r p r i s e t h ea r e ao fc a d c a md e v e l o p sr a p i d l y c a nb eu s e d b ym a n y m o r e1 i t t l e i n t e l l i g e n tp a t t e r nd e s i g ns y s t e mi sac a d c a mt h a ti n t e g r a t et h e a ia n dc gt e c h n o l o g y i tb a s e so nt h ep a t t e r n f o r m a tk n o w l e d g ea n di tc a n e x t r a c tt h ee f f e c t i v ek n o w l e d g ee x p r e s s i o n ，i ta l s oc a nd e s i g nt h es a m e s t y l ep a t t e r n s t h et h e s ism a i n l yd i s c u s s e st h ed e s i g no fan e t w o r k b a s e ds e r v i c e p l a t f o r ma n dt h ek e yt e c h n o l o g i e sb a s e do nt h em o d e l w ed e s c r i b et h e p a t t e r n f o r m a ta n dt h ed a t a e x c h a n g ei n t e r f a c e ，w h i c hs t a n da ni m p o r t a n t p o s i t i o ni nt h em o d e l t h e nw ei n t r o d u c et h ee s t a b l i s h m e n t ，d e p l o y m e n t ， u s eo ft h ea s p ，i nt h ee n dw es t u d yt h el o a d i n g h a l a n c ei nt h en e t w o r k t od e c r e a s et h e t i m e d e l a yb y n e t w o r kd e l a y w i t ht h et h e s i sw eh a v es t u d i e d w ec a nm a k e i n t e l l i g e n tp a t t e r n d e s i g ns y s t e mb eu s e di nt h en e t w o r k ，i ts a t i s f i e st h ei n d u s t r y sn e w r e q u ic e m e n to fp a t t e r nd e s i g na n dt h e ni ts e r v e st h ei n d u s t r y se v e r y e nl i t i e sw i t hc h a r a c t e r i s t i c s e r v i c e m e a n w h i l e ，w e a l s o g i v e a p a t t e r n f o r m a t ， w h i c h p r o v i d e sd e s i g n e r s w i t hm o r ef l e x i b l e d e s i g n p a t t e r na n daf l e x i b l ei n t e r f a c ef o rd e s i g ni n f o r m a t i o ne x c h a n g i n g j nn e t w o r k k e y w o r d s ：p a t t e r n d e s i g na s pw e bs e r v i c ex m lj n il o a d i n g b a l a n c e 2 浙江大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 1 1 1 软件服务技术发展【1 】【2 】 随着计算机硬件和网络的飞速发展，软件业也发生了全局性转折，软件的网 络化和服务化成为技术发展的首要标志，软件开发已经由开发单机版的应用服务 转化为网络服务。大型的软件公司已经将提供软件服务为主要业务，软件公司只需 要拥有个丰富的软件构件库，而且它只是公司提供软件服务的工具，而不再是直 接销售给普通用户的大众商品。软件公司生产的网络化软件就是在网络环境中开发、 部署、管理和供用户使用的软件。 8 0 年代末、9 0 年代初出现的支持客户机，服务器应用的数据库中间件和r p c ( 远 程过程调用) 中问件，丰富了网络化软件的内容。到了9 0 年代中期，随着w w w 技术的迅速发展和广泛应用，特别是由于以i n t e m e t 为基础的全球化的开放的网络计 算基础设施的形成，以及软件构件技术的成熟和数字化技术的广泛使用，网络化软 件成为了影响全社会的软件新门类。今天，网络化软件中最活跃的技术，就是支持 集成软件服务和电子商务的应用服务器技术。这其中主要包括s u n 公司推出的j 2 e e 技术体系、o m g 组织推出的c o r b a 技术体系和m i c r o s o f t 公司推出的n e t 技术体 系。这些技术体系不仅仪支持传统意义上的网络应用的开发、部署和运行，而且可 以把过去个人计算软件“网络化”，支持个人用户通过网上预定。网络服务真正实 现了“l e tt h ei n t e m e tw o r kf o ry o u ，i n s t e a do f y o u w o r k i n g t h ei n t e m e t ”。 同时通过软件服务技术的发展，软件服务业也由原来的基于出售使用许可证 的软件产业运作模式转变为以提供软件服务为主要业务，用户不再关心是否拥有自 己的机器、网络和软件，他们更关心以较低的成本建立和维护满足自身竞争力需要 的业务应用系统，花钱获得高效便捷的专业化服务更有利。i t 界的i c p ( i n t e r n e t 内容提供商) 、a s p ( 应用服务提供商) 或i d c ( i n t e r n e t 数据中心) 的蓬勃发展表 明“网络服务就是新软件”。 1 1 2 图案创作服务模式的发晨【3 】【4 】【5 】 早期的图案设计系统往往仅仅注重提供给图案设计师进行图案编辑和工 艺处理的能力。其典型的工作流程如下图： 浙江人学硕士学位论文 手 扫 激 光 工 描 编工 盥 纸 输 辑艺色 样 入 加处片 设 计 算 工理、 计纹 机 版 图1 1 传统图案设计工作流程 图案设计师先手工在纸样上进行设计，然后将设计好的纸样扫描输入计算 机，形成原始的工艺图案( 我们叫原始图案) 。原始图案进行编辑加工( 一般要 在原始图案的基础上进行重描) 和工艺处理后，形成可以用于生产的工艺图。 随着网络的发展，新的服务模式有了转变的可能主要有以下几种： 基于网络素材库的图案创作模式 设计师收集更多的素材和设计范例，作为他进一步创作的基础。另一方 面，大量的设计范例和创作素材的寻找和录入是非常麻烦的，这些素材同时 也因为缺乏必要的存储管理和有效的查询机制、以及通用的数据接口而无法 加以充分利用，而基于网络素材库的图案设计模式使得图案创作能够满足设 计师的要求，提高图案设计速度。基于素材的设计能够通过更改局部的素材 快速连续的产生大量的图案供设计师挑选修改，现在纺织行业对新花样推出 的速度要求越来越快，这种设计模式正适合这一市场需求，也降低企业用户 对设计师水平的要求。在图案设计领域，设计师一直是关键因素，企业之间 对设计师的培养投入很大，所以当企业用户不具备创新设计能力的时候，基 于素材库的图案“模拟”不失为一种替代方式。 分布式设计和网络素材库的扩充 在分布式的环境下，各类设计人员根据自己的专长使用智能图案创作系 统的三个子系统在本地进行分类设计，随后由平台提供的功能插件进行格式 转换。设计人员在进行上传的时候在网络上传输的是x m l 格式的文件或者图 元文件即元素。中心数据库的管理人员对这些文件进行分类，解析，入库。 最终存入到中心数据库星的素材就可以被其他设计师或者纺织企业使用。 这种图案设计模式的推广将会给企业带来不可限量的利益。有效的将各 类设计人员联系起来，解决设计素材和设计人员缺乏的问题。 基于用户设计思想的交互设计模式 基于用户创作思想的交互设计模式其实是一种设计师一用户的一种 交流模式。缺乏自主设计能力的用户将自己的设计思想用一副草图的形式传 达给设计师，设计师然后根据用户的要求为用户设计图稿，用户可以异步的 6 浙江大学硕士学位论文 对设计出来的初稿进行反馈。并不断重复上面的过程，直到用户满意为止。 基于设计模板的再设计模式 为了给设计能力不足的纺织企业提供简单的设计功能，平台提供了模板 的概念，并采用一种基于x m l 的图案描述语言对图案进行描述。设计师设计 出来的结果用模板保存，这样纺织企业就可以根据模板进行简单的再设计。 基于图案色彩处理的辅助设计模式 我们应该尽可能提供兼容其他产品设计出来的图案作品的处理，包括图 案格式兼容性和工具兼容性。因此，我们将图案的前期设计和图案的后期处理 分开，这样可以在设计处理的后期，为任何格式的现有图案提供诸如色彩处理 套色替换等辅助设计功能。这种设计模式的存在可以帮助只有简单设计能力 的纺织企业，根据大量已有的图案作品对其按照自己的要求进行简单的处理 从而获得一幅符合自己要求的，和原图案局部或者完全不同的图案作品。 1 1 3 图案创作系统在纺织业中的应用嘲 纺织图案c a d ，即计算机辅助图案设计和计算机辅助图案制作在国民经济 的许多行业，特别是轻纺行业中占有非常重要的地位。 图案c a d c a m 软件从最早的基于d o s 的版本到今天最新的基于 w i n d o w s 9 5 9 8 n t 的版本，国内自主版权的轻纺图案c a d c a m 系统经历了最早 的基于d o s 的版本、基于w i n d o w s 3 1 的版本到现在普遍的基于 w i n d o w s n t 2 k ) ( p 的3 2 位的系统，这些系统不管是在硬件、软件的功能上，还 是在工艺处理的能力上，都得到了迅猛的发展。与国外的同类软件相比，不仅性 能优越，价格便宜，培训方便，而且更加符合中国特定的应用行业设计和生产的 实际，己经逐渐替代了国外的软件，成为图案c a d c a m 系统的主流。 智能图案创作系统是人工智能技术和c a d 技术结合的智能c a d 系统，它 采用了设计知识的表达、形象思维的模拟、智能图形显示技术等系列新的思想 与方法。美术图案创作系统由知识编辑管理、图案刨作、色彩服务等子系统组成， 设计师将设计师的构图经验的知识形式化，通过知识编辑子系统不断输入素材和 设计知识；将设计素材通过各种渠道转化为标准的图元文件作为构图元素，充实 和完善素材库和知识库内容，图案创作子系统能按照设计要求，运用系统的图案 自动生成机制构图知识调用元素库中的元素对图案进行初步的构图设计，自动调 用所拥有的素材和知识，综合出图案，并交互修改，再由色彩服务子系统对图案 赋色。运用这些工具，系统可以快速地设计出千姿百态、构图别致、色彩丰富的 美术图案。现在它已用于我国的地毯织造、墙纸生产、纺织印染、刺绣设计及室 浙江大学硕士学位论文 内壁画等多个行业，其竞争力超过了国外的系统。 1 1 4 圈案创作系统应用面临的问题 传统的图案设计和制作都是由手工完成的。首先，设计师按照自己的思路， 在纸上画出图案( 花样) ，然后，工艺师按照特定的工艺要求，制作出每个套色 的单色片或组织意匠图，最后上生产线将图案印在织物上或织成带有图案的织 物。这过程，不仅周期长，精度低，严重影响了生产的效率和产品的质量，而 且还有很多的图案花样用手工难以或根本无法制作。 但是在我国实现纺织服装产业升级的进程中，产品的设计水平还比较落后， 特别是纺织品的图案设计纺织开发力量比较薄弱，信息交流与沟通不畅，直接影 向着国内纺织印染企业的产品创新能力和市场竞争力。作为纺织产品开发的一个 重要环节，流行图案设计是一项智力密集又需要众人合作交流的工作，除少数大 型企业外，大多数企业在这方面都是力量有限的，力不从心。 同时，图案创作服务模式的改变也迫使单机版本的图案创作系统必须转变转 变为适应新的服务模式的网络化图案创作系统。才能满足日益多样化的服务模 式。 因此需要通过网络来提高企业的设计能力。提供设计导向、把握流行趋势， 提供廉价而又有效的设计师，以一种“合作一竞争”的模式把广大小企业联系到 一起。 1 2 目前研究工作的主要任务 由图案创作系统的局限性我们看到，研究一种面向轻纺行业为用户提供网络 化的图案创作服务的框架，然后根据框架对图案创作系统进行网络化改造已经非 常必要，这也成为我们的主要任务。为了能让广大中小企业能够充分的使用到系 统，满足新的纺织业服务模式，我们为设计师提出了新的图案设计模式，为纺织 企业提供了新的服务模式。这也体现再这个框架的研究中。 在对软件服务的理解和对图案创作系统的技术研究基础上，我们提出了一个 图案创作的网络化改造框架，并对这个框架的关键技术进行了研究。 基于规则树的图案描述格式 平台为了能够为纺织行业用户提供在网络上的设计能力，需要有自己的核 心数据结构来对图案进行描述，并以这种数据结构作为拥护和平台的数据交换 格式的基础。我们自己定义的一套对图案描述语言，采用一棵规则树对图案的 浙江大学硕士学位论文 矢量化位置信息进行层次化的描述，并设计了解析中描述语言绘图的算法。在 客户端与服务端之间交换的也是基于x m l 的结构化数据。我们研究了如何用 x m l 作为数据交换的中介给系统的实现带来灵活性和扩展性。同时，接收数 据方根据x m l 数据的格式对数据进行任意的处理，如分解出其中需处理的数据 来进行处理等。以上都是我们要做的工作。 基于功能的负载均衡技术 图案创作系统极大地依赖随时向用户展示动态过程的能力，建立这种业务 要考虑两方面的内容，从网络后台支持系统获取所要的当前数据并将其格式化 成x m l 格式时需要时间；后台支持系统为提供所要的数据而必需的计算需要更 多的时间。这使得后台支持系统成为整个网站的瓶颈，对用户的响应时间高达 几秒甚至几十秒。我们研究了基于功能的负载均衡技术，对系统进行了有效的 改进。 基于p r o x y 代理的j n 技术 为了有效的使用原有系统的功能并将其移植到j 2 e e 架构的服务器环境中， 所以必须保留很多的c + + 代码所完成的功能，我们研究了利用代理的方式通 过j n i 调用服务器端的c + + 编写的功能来为客户端提供服务，充分的利用了 原有的系统。 1 3 研究的目的和意义 最近几年，随着网络特别是i n t e r n e t 的飞速发展，大量基于网络的服务模式 应运而生，以提供应用服务为目的a s p ( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ) 模式就是 其中之一。从它出现至今还不到3 年的时间，却已经成为国际i t 业界最热门的 话题。同时，我们看到，图案设计是一个专业性很强，需要具备相当专业技能和 知识才能从事的领域，因而很多纺织中小型企业不具备自主的对自己需要生产的 花样进行创新设计的能力。但是他们需要将设计师创作的图案进行修改以符合自 己的生产需要，如果仅仅带着这样的目的，要求这些企业购买专业的软件和聘请 高级设计师就显得不是特别的必要。我们将图案创作系统网络化，就是为了解决 这样的问题，为纺织行业的中小企业提供设计师的创作文稿和在i n t e r n e t 环境下 为他们提供的设计服务。以满足用户在i n t e m e t 环境下随时随地进行图案设计( 再 设计) 的需要，解决设计力量匮乏的纺织生产厂商的难以针对自己需要进行简单 图案设计的问题。 图案创作为纺织企业和图案设计师进行辅助设计提供了巨大的方便，但是广 大纺织企业的规模小，无法满足高水平设计的需求，而不利于在行业中的大规模 应用。针对这些实际问题的关键，我们需要降低图案创作系统的使用门槛，劳且 9 浙江火学硕士学位论文 满足软件网络化后进行远程使用，必须对原有的图案创作系统进行调整，将其转 变为软件服务模式。针对图案创作系统改造的问题的关键，我们通过对图案创作 系统的研究，提出了面向网络的图案创作服务框架，将x m l ，w e bs e r v i c e 技术 应用与图案创作系统中，使图案创作系统有了网络使用可能，同时利用对图案的 新的解析，解决了图案在远程设计中的快速统一问题，并研究了网络负载的均衡 技术，解决了图案创作系统在网络上的快速响应问题，为图案创作系统的网络化 改造框架的形成和应用提出了一套解决方案，满足了纺织行业在新时期的可持续 发展。 通过对众多中小型纺织领域的应用研究，结合纺织行业的需求特点，拓广了 网络技术的应用领域。图案创作系统的网络化改造项目已经得到了国家8 6 3 计划 支持，对于纺织行业的新发展有着巨大的推动作用。 1 4 论文的组织结构 本篇论文采用如下的组织结构： 第一章绪论，阐述了软件服务技术的发展，图案创作服务模式的转 变，图案创作系统目前的应用和面临的问题，提出了本文的研究背景、目 的意义和内容。 第二章对相关技术背景进行了介绍，主要比较了分布式计算模型， 选择适合的计算模型。合适的汁算模型的核心x m l 技术的发展，同时也 分析了目前轻纺行业中提供图案创作系统的相关技术。 第三章着重讲述了图案创作系统网络化中的关键技术，有基于x m l 的图案交换设计和基于功能的负载均衡。 第四章在解决了关键问题后，分析了原有系统的架构，提出了集成 的新系统体系，并讲述了系统实现技术。 第五章图案创作系统网络化后在轻纺产品协同设计平台中的应用 第六章总结了图案创作系统网络化的结果，并展望了图案创作系统 的发展前景。 本文提出了对于单机版本的图案创作系统进行网络化改造的模型以及模型 中新的问题的解决，针对网络化改造设计了种基于规则树提取的图案描述模 型，在网络上创建发布和使用a s p 服务，同时为了不影响性能对负载进行了合理 分配，这些是全文重要的创新之处。 o 浙江大学硕士学位论文 第二章图案创作系统网络化技术概述 2 1 系统网络化技术 2 1 1 分布式计算模型分析 2 1 1 1 c o r b a 模型简介1 7 1 c o r b a ( c o m m o n o b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代理体 系结构) 是对象管理组织实现分布式计算节点间相互操作的规范，目标是定义一 个架构，该架构允许不同种类的客户机, i l l 务器对象在对象请求代理( o b j e c t r e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 的特定环境下进行对象级的通信，无需考虑谁设计了分布 式应用程序的两个端点。它定义实现中相互作用的接口定义语言( i n t e r f a c e d e f i n i t i o n l a n g u a g e ，i d l ) 和应用程序编程接口( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g i n t e r f a c e ，a p i ) 。o r b 是分布式对象间建立请求者与提供者关系的中间件。o r b 将收到一条调用消息，为注册的对象调用一个特定的方法，o r b 截获这条消息， 并负责搜索一个能执行该请求的对象，并将参数传递给它调用它的方法，然后 返回结果，理论上请求节点无需知道对象的位置、编程语言、操作系统或者不属 于对象接口的任何其他系统方面的信息。接口以一系列方式在外部把c o r b a 对 象表现出来。c o r b a 对象的一个客户程序获取了其对象引用，并将它用作句柄 进行方法调用，就如对象是位于客户程序的地址空间一样，o r b 负责搜索对象 的实现需要的所有机制，让它做好接收请求的准备，随后将请求传达给它，并将 回应( 如果有的话) 送回客户程序。 图2 1 引入中间件后客户机与服务器之间的关系 浙江大学硕士学位论文 c o r b a 规范在基于网络的分布式应用环境下实现应用软件的集成，使得面 向对象的软件在分布、异构环境下实现可重用、可移植和互操作。 引入中间件( m i d d l ew a r e ) 作为事务代理( 如图2 1 ) ，完成客户机( c l i e n t ) 向服务对象方( s e r v e r ) 提出的业务请求。 实现客户与服务对象的完全分开。客户不需要了解服务对象的实现过程以及 具体位嚣( 参见图2 2 所示的c o r b a 系统体系结构图) ；提供软总线机制，使得 在任何环境下、采用任何语言开发的软件只要符合接口规范的定义，均能够集成 到分布式系统中；c o r b a 规范软件系统采用面向对象的软件实现方法开发应用 系统，实现对象内部细节的完整封装，保留对象方法的对外接口定义。由于 c o r b a 使用了对象模型，将c o r b a 系统中所有的应用看成是对象及相关操作 的集合，因此通过对象请求代理( o r b ) ，使c o r b a 系统中分布在网络中应用 对象的获取只取决于网络的畅通性和服务对象特征获取的准确程度，而与对象的 位置以及对象所处的设备环境无关。 图2 2c o r b a 系统体系结构圈 2 1 1 2 d c o m 模型简介l s l l l 8 j d c o m 是微软，d e c 等公司的分布式计算策略。m i c r o s o f t 提出的d c o m ( 分布 式组件对象模型) 基于以下思想：在d c o m 协议的支持下，不同应用程序可以透过 网络进行互操作。这样我们可以在一个应用程序中( 或d l l 连接库) 创建对象， 而从驻留在另外一台机器上的程序中通过接口调用此对象的方法。d c o m 基于c o m ( 组件对象模型) ，而c o mi f 是微软的核心技术0 l e 与a c t i v e x 的基础，并且已经 浙江大学硕士学位论文 成为w i n d o w s 不可缺少的组成部分。c o m 运行库向客户和组件提供了面向对象的 服务，并且使用r p c 和安全机制产生符合d c o m 线路协议标准的标准网络包。 d c o m 是组件对象模型( c o m ) 的进一步扩展。c o m 定义了组件和它们的客户 之间互相作用的方式。它使得组件和客户端无需任何中介组件就能相互联系。客 户进程直接调用组件中的方法。下图说明了组件对象模型的表示法： 图2 3 同一进程中的c 伽组件 在现在的操作系统中，各进程之间是相互屏蔽的。当一个客户进程需要和另 一个进程中的组件通讯时，它不能直接调用该进程，而需要遵循操作系统对进程 间通讯所做的规定。c o m 使得这种通讯能够以一种完全透明的方式进行：它截取 从客户进程来的调用并将其传送到另一进程中的组件。下图表明了c o m d c o m 运 行库是怎样提供客户进程和组件之间的联系的。 图2 4 不同进程中的c o m 组件 当客户进程和组件位于不同的机器时，d c o m 仅仅只是用网络协议来代替本 地进程之间的通讯。无沦是客户还是组件都不会知道连接它们的线路比以前长了 许多。下图显示了d c o m 的整体结构：c o m 运行库向客户和组件提供了面向对象 的服务，并且使用r p c 和安全机制产生符合d c o m 线路协议标准的标准网络包。 图2 5i ) c o m ：不同机器上的c o m 组件 浙江大学硕十学位论文 2 1 1 3w e b s e r v i c e 模型简介1 9 1 1 1 0 1 1 2 9 1 3 0 】 在i n t e m e t 上，任何分布式计算系统解决方案也必须是跨平台的，w e bs e r v i c e s 即是在这个背景下提出的一个有效的基于i n t e m e t 的分布式计算体系结构。 w e bs e r v i c e 体系架构包括以下四个基本功能单元： 1 ) w e bs e r v i c e 目录：它包含一组指向w e bs e r v i c e 发现文档的u r l 地址， 其结构由u d d i 标准规定。 2 ) w e bs e r v i c e 发现文档：它唯一定义了一个w e bs e r v i c e 的对外接口，其形 式是按照w s d l 标准编写的一个或多个描述一组消息及其交换方法的x m l 文 本，接口中包括使用一个w e bs e r v i c e 的全部信息：生产者名称、地址、联系办 法、参数类型、调用形式、通讯协议等。 3 ) w e bs e r v i c e ：可通过i n t e m e t 提供特定计算功能的可编程计算实体，每个 w e bs e r v i c e 由其发现文档唯一定义接口，并根据定义发出和接受消息，完成计 算。 4 ) w e bs e r v i c e 客户端：是使用w e bs e r v i c e 的可编程计算实体。它可根据 发现文档的定义，以编程方式调用w e bs e r v i c e 。 重要的是，功能单元对于w e bs e r v i c e 和客户端内部如何实现并未做任何规 定，它们完全异构。w e bs e r v i c e 的对外接口是由消息封装的x m l 信息，目前这 个消息的主要形式是s o a p 。 下面是对w e bs e r v i c e 的三个重要部分的基本介绍： 1 ) 协议及消息传递( p r o t o c o la n dm e s s a g i n g ) 一s o a p s o a p , b i 简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) ，是用于交换 x m l 编码信息的轻量级盼议。客户通过s o a p 协议访问i n t e m e t 上面的w e b 服 务。s o a p 规范定义了消息传输的格式，并提供代表远程过程调用( r p c ) 的一系 列规则。s o a p 完全以x m l 为基础，协议规范中定义的消息结构有三个主要方 面：x m l - e n v e l o p e 为描述信息内容和如何处理内容定义了框架；将程序对象编 码成为x m l 对象的规则；执行远程过程调用( r p c ) 的约定。s o a p 可运行在 任何其它传输协议上，在传输层之问的头是不同的，但x m l 有效负载保持相同。 2 1 接口描述( i n t e r f a c ed e s c r i p t i o n ) w s d l w s d l 是用来描述网络服务或终端的一种x m l 语言，是定义描述w e b 服务 接口规范的标准格式。w s d l 就是一种描述信息内容的语言，它用于定义w e b s e r v i c e 以及如何调用它们( 描述w e b 服务的属性，例如它做什么，它位于哪里 和怎样调用它) 。w s d l 文档可用于动态发布w e bs e r v i c e 、查找已发布的w e b s e r v i c e 并且绑定w e bs e r v i c e 。 1 4 浙江人学硕士学位论文 w s d l 将w e b 服务定义成一系列的端口，每个端口用来表示从抽象端口类 型到用于调用w e b 服务的具体通信协议的一个映射。端口类型由一组与s e r v i c e p r o v i d e r 交换信息的操作组成，它支持对所包含消息的数据类型的定义。一个完 整的w s d l 服务描述是由一个服务接口和一个服务实现文档组成的。因为w s d l 包含了对服务接口的完整描述，所以我们可以使用它来创建能简化服务访问的存 根( s t u b ) ，该存根自动生成了访问w e b 服务的类。如果我们需要访问w e b 服务， 只需调用该类中对应的方法即可。 w s d l 的元素模型关系如下： i t y p e s f i m e s s a g e s f p o r t t y p e s 一t b i n d i n g s f s c r v i c c e 图2 6w s d l 的元素模型关系 3 ) u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) u d d i 提供了在w e b 上描述并发现商业服务的框架的机制。u d d i 通过服务 注册，以及使用s o a p 访问这些注册信息的约定来实现上述目标。 u d d i 计划的核心组件是u d d i 商业注册，它使用一个x m l 文档来描述企 业及其提供的w e b 服务。从概念上来说，u d d i 商业注册所提供的信息包含三个 部分：”白页( w h i t ep a g e ) ”包括了地址，联系方法，和已知的企业标识；”黄页 ( y e l l o wp a g e ) ”包括了基于标准分类法的行业类别：”绿页( g r e e np a g e ) ”则包括了 关于i j 复企业所提供的w e b 服务的技术信息，其形式可能是一些指向文件或是 u r l 的指针，而这些文件或u r l 是为服务发现机制服务的。所有的u d d i 商业 注册信息存储在u d d i 商业注册中心中。 u d d i 规范在x m l 和s o a p 的基础之上定义了新的一层，在这层次，不 同企业可以用相同的方法描述自己所能提供的服务，并能查询对方所能提供的服 务。u d d i 注册使用的核心信息模型由x m ls c h e m a 定义。使用x m l 是因为它 提供了平台无关的数据描述并很自然的描述了数据的层次关系。而选择x m l s c h e m a 是因为它支持丰富的数据类型，便捷的描述方式及其按信息模型对数据 进行验证的能力。 蓦 浙江大学硕士学位论文 我们可以看到，w e b 服务追求的第一目标就是简单性。 首先，这些协议都是很简单的。包括s o a p , w s d l ，u d d i ，w s f l 等基于x m l 标准的协议。他们设计原则中重要的一点就是力求简单。 其次一个可以使用的w e b 服务应当按照需要选用若干层次的功能，而无需 要所有的特性，比如在目前的状况下，我们的应用就只需要使用w s d l 和s o a p 就可以架构一个符合规范的w e b 服务了。 最后，所有的机制都是完全基于现有的技术，没有创造一个新的体系。继承 原有的技术，这样才能使w e b 服务被广泛的接受。 w e bs e r v i c e 的运行过程 理解w e bs e r v i c e 体系构架，可以考察一个基本的i n t e m e t 分布式计算问题， 当着手开发个完成某种计算功能的系统时，希望其中的部分子功能可由 i n t e m e t 上的其它计算实体来完成，在本地可直接编程调用这些计算实体。它们 可在远端完成任务，然后将结果返回。 针对这问题，下图给出了个按照w e bs e r v i c e 体系构架创建的基本分布式 计算系统! 它包括了该体系的核心功能单元和运行方式。需要注意的是，该图 是一个逻辑结构! 只要可访闯i n t e m e t ，其中每个功能单元( 甚至一个功能单元 自身) 都可以分布在不同的物理位置，图中的序号代表了在w e bs e r v i c e 体系中 完成一个计算过程的步骤 - t 蚕镝首聂一? w e bs e t , r i c e 客户端 3 根据发现文档 创建代理 获得服务结果 5 终止代理 兰竺兰竺兰兰! ! 型：i 目亲”? 曼u 船6 蒜准 l 一目永u u i j 怖僵 2 请求发现文档 ( s o a p ) 。 w 曲s - t c e 返回发现文挡发现文档 ( s o a p )( w s d l ) 标准 4 请求服务s o a p 返回服务结果 w c bs w n c e 根据要求进行计茸 ( s o a p ) 返回计苒结果 图2 7w e bs e r v i c e 系统运行过程 现分述如下： 1 查询w e bs e r v i c e 目录；根据u d d l 标准，w e b s e r v i c e 目录中包括了标准 分类、检索方法、维护手段、指向发现文档的u r l 地址、w e bs e r v i c e 功能简介 等。w e b s e r v i c e 目录的物理形式是一个网站，它可根据u d d i 标准提供搜索引 浙江大学硕士学位论文 擎，上载和修改工具。任何人都可以建立并维护这样一个网站，也都可以在遵守 网络服务协议前提下浏览内容，完成计算的第一步是查询目录找到所需要的w e b s e i c e ，并获得其发现文档的u r l 地址，当已知发现文档的u r l 时，也可跳过 这一步。 2 获得w e bs e r v i c e 发现文档：在已知发现文档的u r l 后，可以向该u r l 发送s o a p 请求下载该文档，虽然是x m l 文本。但通常发现文档都由一个生成 工具创建，并由程序使用，本地已有发现文档的情况下，也可跳过这一步。 3 创建w e bs e r v i c e 代理：由于发现文档用x m l 描述定义了w e bs e r v i c e 的 全部接口，所以可根据发现文档在客户端本地创建个代理，其作用与一个传统 意义上的r p c 代理十分相似，它可以将客户端用本地格式产生的对w e bs e r v i c e 请求转换成s o a p 消息，并经网络发给w e bs e r v i c e ，反之也可将w e bs e r v i c e 返 回的s o a p 消息转换成本地格式提供给客户端程序，创建代理的过程可以由人工 编程完成，也可以由实用工具自动化完成。 4 使用w e bs e r v i c e ：接下来的过程与一个传统的r p c 完全相似，客户程序以 本地形式( 如c + + ，j a v a ，c # 等) 将请求提交给代理；代理将请求序列化为s o a p 消息并发送出去；w e bs e r v i c e 收到消息后，将之反序列化为本地请求( 如c + + ， j a v a c # 等) 并完成计算，然后将结果序列化为s o a p 消息经网络返回给代理； 代理将消息反序列化为本地形式提交给客户端本地程序，这个过程循环反复直到 完成所有计算任务。 5 客户端撇消代理：至此一次计算过程完毕。 2 1 1 4 计算模型比较1 3 0 1 1 3 1 1 特征c o r b ad c o mw e b s e r v i c e 远程过程调用 i n t e m e ti n t e 卜0 r b分布式计算环境超文本传输协议 ( r p c ) 机制协议( i i o p )远程过程调用( h t t p ) ( d c e r p c ) 编码通用数据表示网络数据表示可扩展标记语言 ( c o m m o n d a t am e t w o r kd a t a ( e x t e n s i b l em a r k u p r e p r e s e n t a t i o n ，r e p r e s e n t m i o n ，l a n g u a g e ，x m l ) c d r l n d r ) 接口描述接口定义语言接口定义语言w e b 服务描述语言 (i n t e r f a c e(i n t e r f a c e ( w e b s e r v i c e s d e f i n i t i o nd e f i n i t i o n d e s c r i p t i o n 浙江大学硕士学位论文 l a n g u a g e ，i d l )l a n g u a g e ，i d l )l a n g u a g e ) 发现命名服务和交易注册库通用发现、描述与 服务集成机制 (u n i v e r s a l d e s c r i p t i o n a n d i n t e g r a t i o n ，u d d i ) 防火墙的友好性否否是 协议的复杂性高高低 跨平台性部分否是 表2 1三大分布式计算模型的比较 由上面的表可以了解到在防火墙的友好性和协议的复杂性上，w e bs e r v i c e 比 c o r b a 和d c o m 都有很大的优势，所以是一种很好的选择。 2 1 2x m l 技术简介 1 6 】 x m l 是”可扩展标淤语言”( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 的缩写。也是目前 网络上流行的h t m l 语言的延伸。 x m 。语言能把数据与数据表示( 例如界面) 分开。这种特性能够让x m l 适合 在网络上不同计算环境( 无论是不同的操作系统环境，还是不同的设备显示方 式) 中采用一致的信息表示方式。x m l 技术被称作是下一代网络计算的核心技术， 是因为它能够按照一定的语法和词汇表定义各种专业知识，而且还能够以文本的 方式在网络上传递，让各种联网的计算机能够解释这些知识，并协同工作完成不 同的计算任务。这种特性使x m l 成为了网络上分布式计算的最佳载体，使分布式 计算方式轻松实现。 x m l 的本质特点是表达知识的语义。具体地包括： 有助于构造三层的应用框架 x m l 能集成不同的数据源，并与分布式对象技术相结合，构造三层的应用 框架。 可在本地进行个性化计算和处理 在客户端处理数据，减轻了服务器端负担，并且可根据不同用户的要求作相 应的处理。 各种编辑操作非常方便 特别是支持对文档局部进行更新，减少了数据传输量。 广泛的适用性 浙江大学硕士学位论文 支持多种应用环境，具有跨平台、跨空间和跨设备的优点，适合网络传输。 表达知识能力强 与h t m l 不同，x m l 主要是描述数据本身而非数据的显示格式，因此，它 特别适合知识表示。 x m l 带来的好处有： 1 、开发灵活的w e b 应用软件 数据一旦建立，x m l 能被发送到其他应用软件、对象或者中间层服务器做 进一步地处理，也可以发送到桌面用浏览器浏览。x m l 和h t m l 、脚本、公共 对象模式一起为灵活的三层w e b 应用软件的开发提供了所需的技术。 2 、不同来源数据的集成 现在搜索多样的不兼容的数据库实际上是不可能的。x m l 能够使不同来源 的结构化的数据很容易的结合在一起。软件代理商可以在中闯层的服务器上对从 后端数据库和其他应用处来的数据进行集成。然后，数据就能被发送到客户或其 他服务器做进一步的集合、处理和分发。 3 、多种应用得