（机械工程专业论文）基于wcf的大功率机车出入段管理系统研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本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过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：) 垃遂二终日期：逊兰：丝! 金 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( ：铜枞导师( ：龇期勾u2 1 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着我国社会主义市场经济进一步发展，铁路客运与货运需求也随之加大。 截至到2 0 1 1 年，由我国引进、消化、吸收的现代化和谐型大功率机车陆续投入 使用将达到一万台。在这一形势下，传统的机务段机车出入段管理系统已经成为 机务段信息化和机务段运用安全的一大阻碍。 针对某机务段信息平台项目，在机务段相关部门的配合下对机车整备检修与 出入段安全管理做了相关调研，为大功率机车出入段管理的研究提供了理论与实 践支持。在研究的过程中，发现诸多问题，如：传统机车的出入段管理系统已经 不适用于新形势下和谐型大功率机车的出入段管理；伴随着和谐型大功率机车的 投入使用，一些自动化检测设备也相继投入使用，致使新式自动化管理系统的出 现迫在眉睫；围绕着机车运用安全，机车安全卡控点的增加，大功率机车出入段 管理中电子合格证的使用已成为当今机务段运用安全管理的一种必然趋势。 为此，本文将围绕上述问题，利用相应的计算机信息技术，开发研究出适用 于新形势下的大功率机车出入段管理系统。研究的主要内容和实现方法如下： 首先从大功率机车出入段流程划分了机车出入段管理的几个主要业务：机车 入段管理业务、机车整备管理业务、机车检修管理业务和机车出段管理业务。研 究了和谐型大功率机车出入段管理业务，总结了出入段管理流程的特点。 其次通过对大功率出入段业务的分析，结合系统的需求分析，确定了出入段 管理系统模型。利用w c f 作为核心技术，采用面向服务的架构，实现了大功率 机车管理系统的开发研究。 再次对机车出入段管理中的电子合格证进行了研究。根据功能和用途，将电 子合格证划分为检测电子合格证、监控电子合格证以及电子签证。 最后将w c f 技术应用的实现分为数据层、业务逻辑层、w c f 服务层和表示 层四个方面。本文还探讨了w c f 的安全机制及x m l 技术的应用。 系统在某机务段运行结果表明，本系统运行良好，满足了当今机务段发展需 求。 关键词：和谐型大功率机车，出入段管理，信息系统，w c f ，电子合格证 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a st h ei n c r e a s eo ft h ea m o u n to ft h eh a r m o n y - t y p eh i g h - p o w e rl o c o m o t i v e s u s i n g ，t h ed e m a n do fr a i l w a yp a s s e n g e r a n dc a r g ow i l lt ob eh i g h e ra n dh i g h e r b yt h e e n do f2 011 ，a b o u tt e nt h o u s a n dh a r m o n y - t y p eh i g h - p o w e r l o c o m o t i v e sw h i c h i n t r o d u c e df r o ma b r o a db yc h i n aw e r ep u ti n t ou s e i nt h i ss i t u a t i o n ，t h et r a d i t i o n a l l o c o m o t i v es e c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e c o m eal a r g eb l o c ki nu t i l i z a t i o ns a f e t y i nv i e wo fs o m et o t a li n f o r m a t i o np l a t f o r mp r o j e c t ，u n d e rt h es u p p o r t o f l o c o m o t i v ed e p o tt h e r ew a sm u c hr e s e a r c ht ob em a d ei nt h ed e p a r t m e n t ，a n dp r o v i d e t h et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls u p p o r tf o rt h i sp a p e r u n d e rt h er e s e a r c h ，t h e r ew e r ea l o to fp r o b l e m s s u c ha s ：t h et r a d i t i o n a ll o c o m o t i v em a n a g e m e n ts y s t e mh a v eb e e no u t o fd a t e ；n e wa u t o m a t i o nt e s t i n ge q u i p m e n tp u ti n t ou s ew i t ht h el a r g ea p p l i c a t i o no f h a r m o n y t y p eh i g h - p o w e rl o c o m o t i v e s ，w h i c hl e a d st ot h ee m e r g eo f n e wa u t o m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mu r g e n t l y a r o u n dt h el o c o m o t i v eo p e r a t i o ns a f e t y ，l o c o m o t i v e s e c u r i t vc a r dc o n t r o lp o i n ti n c r e a s e s ，t h ee l e c t r o n i cc e r t i f i c a t i o nh a sb e c o m eak i n do f i n e v i t a b l et r e n di nh a r m o n y - t y p eh i g h p o w e rl o c o m o t i v e sm a n a g e m e n t t h e r e f o r e ，t h i st h e s i sw i l lf o c u so nt h ea b o v ep r o b l e m s ，u s et h ec o m p u t e r i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dd e v e l o pt h eh a r m o n y t y p eh i g h p o w e r l o c o m o t i v e s m a n a g e m e n ts y s t e mu n d e rn e w s i t u a t i o n t h em a i nc o n t e n t sa n dt h ek e ym e t h o d sa r e a sf o l l o w s ： f i r s t l y ，f o c u s e d o nh a r m o n y - t y p eh i g h - p o w e rl o c o m o t i v e sm a n a g e m e n t ，t h e m a n a g e m e n tb u s i n e s sc a nb e d i v i d e di n t os e v e r a lp a r t s ：l o c o m o t i v ei n t o s e c t i o n m a n a g e m e n tb u s i n e s s ，l o c o m o t i v e s e r v i c i n gm a n a g e m e n tb u s i n e s s ，l o c o m o t i v e m a i n t e n a n c em a n a g e m e n tb u s i n e s sa n dl o c o m o t i v eo u ts e c t i o nm a n a g e m e n tb u s i n e s s t h ep a p e rs t u d i e sm a n a g e m e n tb u s i n e s s ，a n ds u m m a r i z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e m a n a g e m e n tp r o c e s s s e c o n d l y ，b a s e do nt h ea n a l y s i so f b u s i n e s ss e c t i o n ，c o m b i n e dt h ed e m a n d a n a l y s i so fs y s t e m ，t h em a n a g e m e n ts y s t e mm o d e li s t ob en o m i n a t e d u s et h ew c f a n ds o a ，t h em a n a g e m e n ts y s t e mi st ob ed e v e l o p e d n e w l v i nt h i sp a p e r ，e l e c t r o n i cc e r t i f i c a t ei sa l s ot ob es t u d i e d t h ee l e c t r o n i c c e r t i f i c a t ew i l lb ed i v i d e di n t o t e s te l e c t r o n i cc e r t i f i c a t e ，m o n i t o r i n ge l e c t r o n i c c e r t i f i c a t ea n df o r e m a ns i g n a t u r ea c c o r d i n gt of u n c t i o na n du s e f i n a l l y ，w c ft e c h n o l o g ya p p l i c a t i o nc a nb ed i v i d e di n t of o u rp a r t s ：d a t al a y e r ， b u s i n e s sl o g i cl a y e r ，w c fs e r v i c el a y e ra n dp r e s e n t a t i o nl a y e r w c fs e c u r i t y 武汉理工大学硕士学位论文 m e c h a n i s ma n dx m lt e c h n o l o g ya r ea l s od i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h eo p e r a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h es y s t e mi sr u n n i n gw e l l ，a n dm e e t st h e d e v e l o p m e n td e m a n d si nt h el o c o m o t i v es e c t i o n k e yw o r d ：h a r m o n y - t y p eh i g h p o w e rl o c o m o t i v e ，l o c o m o t i v es e c t i o nm a n a g e m e n t ， i n f o r m a t i o nc o n t r o ls y s t e m w c f ；e l e c t r o n i cc e r t i f i c a t e 1 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 目录 第l 章绪论一1 1 1 研究背景1 1 2 研究目的和意义2 1 3 国内外研究现状3 1 3 1 国外研究现状3 1 3 2 国内研究现状一3 1 4 主要研究内容4 1 5 本章小结5 第2 章w c f 及其相关技术6 2 1s o a 概述6 2 1 1 系统开发方法概述6 2 1 2s o a 结构7 2 1 3s o a 设计原则8 2 2w c f 概述9 2 2 1w c f 消息9 2 2 2w c f 通道10 2 2 3w c f 服务10 2 2 4w c f 行为一1 2 2 3w c f 依托平台概述1 2 2 4 本章小结1 4 第3 章系统分析与结构设计：l5 3 1 机车出入段业务分析1 5 3 1 1 机车入段业务流程1 6 3 1 2 机车整备业务流程17 3 1 3 机车检修业务流程1 8 3 1 4 机车出段业务流程19 3 2 系统需求分析2 0 3 3 系统总体方案设计2l 3 3 1 系统服务模型设计2 1 3 3 2 系统总体架构设计2 3 3 4 系统的数据库设计2 3 3 4 1 数据库概念结构设计2 4 3 4 2 数据库逻辑结构设计2 5 武汉理工大学硕士学位论文 3 4 3 数据库物理结构设计2 5 3 5 本章小结2 5 第4 章系统的功能设计及实现2 6 4 1 系统详细功能设计2 6 4 1 1 机车入段管理系统2 6 4 1 2 机车整备管理系统2 7 4 1 3 机车检修管理系统2 8 4 1 4 机车出段管理系统2 9 4 1 5 机车出入段数据分析系统3 0 4 2 机车出入段管理过程分析3 1 4 3 系统数据库的实现3 2 4 4 大功率机车出入段管理的实现3 6 4 4 1 系统开发环境3 6 4 4 2 大功率机车出入段管理的实现3 6 4 4 3 大功率机车出入段电子合格证的实现4 0 4 5 本章小结4 2 第5 章w c f 及其相关技术实现4 3 5 1w c f 服务实现4 3 5 1 1 服务边界一4 3 5 1 2 服务契约4 3 5 1 3 绑定和行为4 4 5 2w c f 应用实现4 5 5 2 1 数据访问层的实现4 6 5 2 3 业务逻辑层的实现4 8 5 2 2w c f 服务层的实现4 9 5 2 4 表示层的实现5 l 5 3w c f 安全机制一5 2 5 3 1w c f 安全机制概述5 2 5 - 3 2w c f 安全机制的实现5 3 5 4x m l 技术应用一5 4 5 5 本章小结5 6 第6 章总结与展望5 7 6 1 总结5 7 6 2 展望5 7 v 武汉理工大学硕上学位i = 仑义 致谢5 9 参考文献6 0 附录a 作者研究生期间发表的论文6 3 附录b 作者研究生期间参与的科研项目6 4 v i 1 1 研究背景 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 当前，随着我国社会主义市场经济的进一步发展，运输市场内部各部门之间 呈现出激烈竞争的局面，铁路运输也势必面临越来越大的压力与挑战。机务段 是铁路运输系统的主要行车部门，主要负责铁路机车( 俗称“火车头”) 的运 用、综合整备、整体检修( 一般为中修、段修) 的行车单位。目前全国铁路 有l8 个铁路局，下辖有6 5 个机务段。随着科技的发展，机务段的作业对象随之 发生相应的巨变，从传统的内燃机车到如今的和谐型大功率电力机车，机务段的 生产作业对象代表了生产力甚至是科学技术发展的水平。 从2 0 0 7 年至今，某机务段先后装备了2 4 0 台h x d 3 、h x d l b 、h x d l c 型大 功率机车，机车交路涉及七省一市( 湖北、湖南、河南、安徽、江苏、陕西、四 川、重庆市) ，乘务延展公里4 2 8 0 公里。机务段年度机车总走行6 6 4 8 6 万公里， 总重吨公里1 0 9 3 6 亿吨公里。随着近几年生产力布局的调整和机车的换型，机 务段将逐步发展成以电力机车为主的和谐型机车运用维修段，机车台数和机车交 路也随之大量增加。 在传统的机车出入段管理系统中，多半是人工操作，缺乏系统有效的管理， 造成许多整备检修数据的丢失，从而不能达到对机车进行有效的出入段管理，进 而影响机车的行车安全。其存在的主要问题是： 大功率机车有诸如定期维修内容简化、日常检查维护操作方便、大级别 修程以换件修与部件集体修为主等自身特点，现有的检修理念和模式势 必不能满足当前机务段生产要求； 和谐型大功率机车大量投入使用对机务段管理提出了新的要求； 与大功率机车相对应的自动化设备大量投入使用，然而机务段对这些自 动化设备检测数据管理处理统计分析还处于空白阶段； 随着铁道部对机车行车安全的重视度越来越高，在大功率机车出入段管 理流程中，机车出入库卡控点的增加； 目前机务段已有一些信息系统投入应用，但是各个信息系统相互独立， 无法实现信息共享，造成了一些基础性数据的重复录入和人力资源的大 量浪费： 机务段生产过程中业务信息的传达依赖于电话通信，数据信息依靠人工 录入，数据共享通过纸张传递。这都不能保证数据的完整性和安全性， 易造成数据丢失等问题。 1 2 研究目的和意义 武汉理工大学硕士学位论文 研究目的是：针对当前某机务段存在的实际问题，分析大功率机车出入段业 务，建立大功率机车出入段管理系统模型，结合先进的网络信息技术，利用w c f 技术对大功率机车出入段管理系统进行设计与研究。 研究意义在于： 1 、随着机车检修理念和检修模式的改变，机车维修模式也由原来的“计划 预防性维修”向“可靠性维修”转变。因此，应配置相应的信息系统，为其提供 技术支持。而现阶段某机务段整备和检修等业务部门还没有配置相应的信息系 统，无法满足维修模式转变带来的新要求。因此，建立相应的信息管理系统，具 有较高的现实意义。 2 、机务段的机车配属和机车交路将逐渐增加，机车业务管理工作量将不断 增大；机车日常运用、整备、检修等数据采集和分析工作量也将日益加重。生产 过程中的业务信息传达依赖于电话通信，数据信息依靠人工录入，数据共享通过 纸张传递。这都不能保证数据的完整性和安全性，易造成数据丢失等问题。随着 机车的大量配属，此类问题将日益突出。因此，机车出入段管理系统的建立可以 确保信息数据的安全，并减少不必要的重复性劳动，提高生产作业效率。 3 、和谐型机车的大量运用，对机务段生产调度指挥系统提出了更高的要求。 目前，运用、整备和检修调度指挥系统隶属于三个不同的部门，物理位置也在三 个不同的地方。三个指挥系统各自独立，信息不能有效共享，无法实现有机联动。 因此，建立大功率机车出入段管理系统，可以及时将大功率机车出入段信息与三 个调度系统的信息相互融合，实现机务段调度指挥系统的有机联动，及时处理生 产过程中的紧急突发事件，达到生产调度一体化的目标。 4 、根据和谐型机车配属和修程修制的变化，检修基地承担全路和谐型机车 的2 年检修程的机车检修工作，机务段主要负责和谐型机车运用管理和1 年检及 以下修程的检修任务。按照铁道部和谐型机车检修管理信息系统总体方案的 要求，为了构建完整的机车履历，实现机车大部件全生命周期的跟踪，提升机车 检修的质量，必须确保机务段与机车配属段和检修基地都能充分掌握机车的状态 信息，实现机务段与机车配属段、检修基地之间机车检修信息、机车履历、机车 运用情况等信息的共享。 5 、通过机车出入段的应用，有效地提高了报活效率，进而提高了工作效率， 节约了工作成本，保证了管理系统中信息的准确性，确保了机车电子合格证真正 发挥了卡控安全的关键作用，同时也为机车行车安全再添加了一道“保险栓”。 综上所述，和谐型机车的大量投入运行以及与之对应的自动化检测设备投入 武汉理工大学硕士学位论文 使用，为机务段生产运作带来了新的挑战。为了更好的承担和谐型机车生产作业 任务，实现和谐型机车运用、整备、检修管理的现代化、信息化，同时实现机务 段内相关部门信息共享及机务段与检修基地、铁路局之间的信息共享，需要充分 利用信息化手段，为机务段生产作业管理提供技术支持。因此，对机务段大功率 机车出入段管理系统的研究具有重要的现实意义。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外研究现状 从二十世纪五十年代末研制出第一台干线电力机车以来，在国家所施行的 “引进、消化吸收、再创新”的战略指导下，我国电力机车的发展取得了空前的 进步【1 - 【3 1 。当今，随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，功率半导体电力 变换技术得到迅速发展，电传动及控制技术进入了交流传动和网络控制时代。机 车实现了轴控，提高了机车的牵引能力。我国铁路机车制造业开始研发了和谐型 大功率交流传动电力机车。 和谐型大功率机车交流传动机车具有牵引性能优越、功率大、利用率高、启 动加速性能强、可靠性高、节能减排等特点，代表了世界先进铁路机车技术发展 方向。与此同时，和谐型大功率机车在系统集成技术、交流传动技术、网络控制 技术、机电工程技术、环保节能等技术方面达到世界先进水平。 在国内的铁路机车制造企业中，湖南株洲电力机车有限公司批量生产了 h x d l 型和h x d l b 型电力机车；山西大同电力机车有限责任公司生产了h x d 2 型和h x d 2 b 型电力机车；大连机车车辆有限公司和北京二七轨道交通装备有限 责任公司生产的h x d 3 型电力机车。以h x d 3 型电力机车为例，该车开发项目是 于2 0 0 4 年启动，2 0 0 6 年交付使用，2 0 0 7 大批量成产。h x d 3 型电力机车是世界 上批量投入商业运行的6 轴电力机车中功率最大的交流传动电力机车【。机车采 用i g b t 水冷变流器，交流电机矢量控制，采用轴控的驱动方式，采用c c b i 控 制系统、网络控制结束。机车单机功率为7 2 0 0 k w ，牵引5 0 0 0 t 列车运行最高速 度为1 3 2 k m h 。 国外大功率机车出入段管理系统较早地应用了计算机信息技术，从上世纪六 十年代起，欧美等一些发达国家成功地运用了一些信息系统，达到了机务段生产 作业要求，起到了高效率，高质量的机车出入段管理效果。 1 3 2 国内研究现状 与国外相比较而言，国内对信息系统的开发起步相对较晚，但是经过近些年 来的发展，取得了长足的进步和发展。许多机务段和铁路其他部门成功地开发了 武汉理工大学硕士学位论文 机车出入段信息管理系统： 襄阳机务段开发的“机车出入库过程管理系统”【4 3 1 ，该系统将机车出入 库的全部作业流程纳入到2 4 小时计算机不间断的监控中，实行机车出 入库电子合格证管理，使机车出入库的质量得到保证，降低了劳动强度， 杜绝了人为出错因素。但是该系只是局限于机车出入库，但是机车出入 库并不等同于机车出入段。在某种程度上来说，机车出入库隶属于机车 出入段。 武汉理工大学开发的机车出入段质量管理系统【删一【4 5 。该系统由数 据采集模块、地勤工作站、技术科签字、行修工作站、质保工作站、 检测工作站、监控工作站、外勤工作站、分修统计、出库计划服务、 辅修工作站和系统维护等1 2 个模块组成。系统实现的功能有：机车 工作日程( 机车计划) 的编排，人员工作日程( 人员计划) 的调配，机车入 段登记( 入段时间、整备股道等信息) 显示，机车检修安排，机车合 格证签发等。该系统是在对传统内燃机车出入段管理进行深入调研的 背景下开发出来的，某机务段已经大量装备和谐型大功率机车，此系 统显然已经不适应于新形势下的机务段出入段管理了。 其他的许多单位和公司也开发了类似机务段机车出入段的管理信息系统，这 些系统在机务段日常生产作业中发挥了举足轻重的作用，但随着时代的发展，这 些系统已不能满足机务段生产作业需求，存在诸多问题。综上所述，其主要问题 有： 系统建设具有一定的局限性，只局限于某一部门，例如只适用于检修车 间，而不适用于机务段整备车问； 系统建设落后，不能满足当今机务段发展的要求； 系统安全性不高，由于系统建设初期，只满足单位对设计的技术要求， 没考虑到机务段系统运行之后的一系列的安全问题； 实用性不强。由于机务段各部门系统操作人员素质水平不一，造成了一 些已经开发出来的系统被“闲置”的现象，使系统的实用性大大降低。 1 4 主要研究内容 本文主要研究内容是： 分析大功率机车出入段管理业务； 建立大功率机车出入段管理系统模型； 利用w c f 技术实现大功率机车出入段管理系统； 实现大功率机车出入段电子合格证管理。 武汉理工大学硕士学位论文 研究的重点在于： 机务段大功率机车出入段业务流程，且与传统内燃机车出入段业务异同 之处； 根据大功率机车出入段的业务流程建立起大功率机车出入段管理系统服 务模型； w c f 技术在大功率机车出入段管理系统中的应用： 探讨大功率机车出入段电子合格证的应用。 1 5 本章小结 本章主要介绍了论文的研究背景，论述了研发基于w c f 的大功率机车出入 段管理系统的目的与意义，并且对国内外发展现状进行了一定的分析。本章最后 介绍了论文的主要研究内容和研究重点。 2 1s o a 概述 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章w c f 及其相关技术 2 1 1 系统开发方法概述 在2 0 世纪6 0 年代以前，软件开发者都早的软件系统大多是较小的，而且相 对简单，常见的编程语言有汇编语言以及随后出现的一些高级编程语言，又出现 了很多开发方法，这些开发方法都能解决一些问题，但也存在一定的局限性，直 至后来出现的较为完善的面向对象分析和设计方法。随着时代的发展，软件系统 开发出现了以下特点：软件系统增大；系统内部组成规模变小；系统功能变复杂； 系统的开放性增高。当今，面向组件、面向服务软件架构( s o a ) 等开发方法等 新兴信息技术在软件界掀起了一场技术革命。系统的开发方法经历了如下演变： ( 1 ) 功能分解法。该方法是以系统需要提供的功能为中心来开发系统的。 其基本思想为：首先定义顶层功能，然后把功能分解为子功能，同时定义功能之 间的接口。对较大的子功能进一步分解，直到可给出明确的定义，进而根据功能 或者其子功能设计数据结构和算法。 ( 2 ) 结构化方法。结构化需求分析方法比较严谨，使用它可避免很多错误 和疏漏。结构化方法比功能分解法更强调对问题域的分析，但所使用的建模概念 仍然不能直接地映射到问题域中的事物。需求的变化往往会引起相应的加工和数 据流的变化，进而影响与之相关的其他加工和数据流的变化，这只是从需求分析 模型过渡到设计模型较为困难。 ( 3 ) 信息建模方法。该方法是以数据结构为中心来开发软件。对于数据及 其关系比较复杂的系统来说，信息建模方法很有用，但是也存在弱点，即它的功 能处理很弱。 ( 4 ) 面向对象方法。包括上述方法在内的几乎所有的传统方法都直注重于 系统的一个或少数几个方面，而对系统的其他方面建模的能力都很弱。例如，功 能分解法集中于将功能作为系统的构造块，对数据组织的能力较弱；即使在结构 化方法中，对数据组织的支持也不是很强。在信息建模方法中，构造块是实体， 强调对数据的组织，但却又忽略了系统功能。此外，上述方法都没有较强的描述 系统的动态行为的能力。软件学术界和产业界尝试了数十年，一直在寻找有效地 开发较为复杂的软件系统的方法。在前述软件开发方法的基础上，软件学术界经 过不断的努力，形成了面向对象( o b j e c t o r i e n t e d ，o o ) 方法。面向对象方法与 传统方法相比发生了根本性的变化，主要在于面向对象方法具有把所有建立的模 武汉理工大学硕士学位论文 型和问题域进行完整且直接映射的能力，在整个开发过程中均采用一致的概念和 表达法，采用注入封装、集成和消息等原则使得问题域的复杂性在模型上得以控 制。 ( 5 ) 面向服务软件架构( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 。在2l 世纪开 始的数十年间，大型企业在计算机信息技术领域逐渐积累了大量的各式各样的应 用软件、应用编程语言以及开发平台，并且这些应用软件随着信息技术的发展而 受到不同目的的结构性修整，因此加大了这些应用调用的难度。当今，信息技术、 网络技术蔓延渗透到世界的各个角落，连接起各色的信息，使得数据信息交换剧 增，然而，前述的大量历史遗留软件存在阻碍了这种信息交流，加大了接口开发 成本。 正是在上述的背景下，面向服务架构应运而生，因此，可以说，s o a 是时 代发展的必然产物。相对于其它软件架构，它能够保证信息交换的准确性、快速 性和安全性。面向服务软件架构是在面向对象方法上升级发展而来，是一个系统 架构层次的概念，其中的服务或者是功能都是通过使用语言加以描述定义，并且 各自的接口都可以通过网络进行实现。其接口采用独立方式定义，因而不受操作 平台、编程语言、硬件等因素的影响。下面简单地罗列一下s o a 优点： 服务独立于平台和工作环境。服务并不关心自己所处的环境，也不关心 与之进行通信的服务所处的环境。 服务相互隔离。改动一个服务并不要求对其他服务也做改动。 服务对协议、格式和传输中立。服务通信信息是灵活可变的。 服务可以进行扩展。例如，对已开发的系统，可增加服务端点数，对服 务进行扩展，加大系统服务的范围。 服务行为不受限制。如需要移动服务的位置，只需要改变策略而不必改 动服务本身。 2 1 2s o a 结构 s o a 是一种松耦合、粗粒度的服务架构，通过简单、精确定义的接口，使 得不同的用户和平台都能够调用s o a 中的服务，接口中包括通信所需的全部细 节，如传输协议、位置以及消息格式。 粒度服务是指服务使用后返回的数据量或者服务所提供要实现松耦合的服 务架构，要使s o a 的服务的使用方和提供方实现相互独立，要实现相互独立， 就需要一个服务接口作为服务的提供方和使用方进行交流的平台，实现服务的使 用和提供的分离。这样，服务的使用方不用关心服务的提供方是如何实现的，服 务的提供方在不改变接口定义的前提下，可以对服务的实现进行修改和添加新的 服务，都不会对服务的使用方造成影响。 武汉理工大学硕士学位论文 s o a 架构对于底层的编程接口以及通信模型并不关心，s o a 注重的只是系 统上层服务的实现。因此s o a 的组成多半是由组件构成。 s o a 的组件包括三部分的内容，即服务注册中心、服务提供者和服务访问 者和，具体的含义如下所述： ( 1 ) 服务注册者是服务信息的存储机构，为服务消费者的服务查找提供基 础。此外，服务注册者还负责完成服务提供者提出的服务注册的请求。 ( 2 ) 服务提供者，主要负责服务信息的发布，并申请服务在服务注册者中 的注册。此外，服务提供者需对服务的访问、维护、升级等进行控制和管理； ( 3 ) 服务访问者，也称服务调用者，其主要作用是实现服务的查找与调用。 该步骤的执行过程分为两步：首先，服务消费者按特定条件在服务注册者中查找 可获得的服务；若找到相应的服务信息，服务消费者将与服务提供者进行即时绑 定并完成服务的调用。 这三种组件之间的协作关系如图2 1 所示。 图2 1s o a 组件间关系示意图 因此，在进行s o a 组件间的操作时应注意以下三点： 发布操作时，为了确保服务的可被访问性，必须发布服务的描述信息以 供服务访问者发现并调用。 查找操作时，服务调用者根据一定的需求标准，通过查询注册中心中注 册的服务，选择符合要求的服务。 绑定和调用操作时，在获得相应的服务信息后，服务消费者将与服务提 供者进行绑定，并据此去调用具体服务。 2 1 3s o a 设计原则 s o a 的设计原则和s o a 起源有关。s o a 最初的设计目的是提供一种广泛应 用于构建i t 系统的标准和实现方法，减少企业进行系统二次开发的成本。随着 时代的演变，s o a 设计原则有了一些改变，但其核心没有变化，基本设计原则 武汉理工大学硕士学位论文 有以下四点： ( 1 ) 一致性原则。s o a 致性是指在系统的开发中，接口的设计、服务提 供者以及服务调用者遵循同一种标准、协议等。这样能减少系统s o a 架构的成 本，使不同系统之间能够集成，增加开发系统的效率。 ( 2 ) 简化开发原则。s o a 设计中希望简化系统的开发，使不同的服务开发 人员在开发不同的软件模块时，实行分离，即在一个固定的运作框架下，开发人 员各自为政，寻找解决业务的方法，而不关心具体的实现。 ( 3 ) 服务第一原则。s o a 的业务功能是通过服务来实现的，同时，良好的 服务设计可以实现业务功能的需求，当添加新的业务功能时，通过面向服务对象 进行系统开发和重构，可以减小对系统其它业务的影响，减小了开发成本。因此 s o a 的核心是服务，体现在设计中就是服务第一原则。 ( 4 ) 松耦合原则。s o a 架构中一个重要的特点就是松耦合。松耦合是特指 服务调用者和服务提供者之间的松耦合。在松耦合的条件下，服务调用者和服务 提供者之间任何一方发生改变时，对另一方的影响都降到最低。 2 2w c f 概述 为了构建s o a 体系架构，并降低系统开发难度，这里引入了w i n d o w s 通信 基础技术，即w c f 技术。服务是现代软件架构的主要组成部分，而面向服务开 发方法( s o ) 一w c f 全称w i n d o w sc o m m u n i c a t i o nf o u n d a t i o n ，是m i c r o s o f t 为 构建面向服务的应用提供分布式通信编程框架，在面向服务和面向对象的世界里 起到了桥梁作用。此外，w c f 简化了s o a 的开发，增加了程序的安全性和开发 效率。 w c f 提供了简单化、统一而且便于管理的分布式开发方法，大大简了应用 程序的开发。w c f 创建于2 0 n e tf r a m e w o r kc l r ( c o m m o nl a n g u a g er u n t i m e ， 公共语言运行库) 之上，是一个类集。w c f 的核心是一个层状体系结构，支持多 种分布式应用程序的开发风格。这个层状体系结构提供给开发人员一个新的面向 服务编程模型。w c f 具有的优点有：支持w e bs e r v i c e 所有行业标准协议；具有 跨平台和跨语言工作的能力。接下来的小节里将w c f 分为消息、通道、服务和 行为这四个方面详细叙述。 2 2 1w c f 消息 消息中最简单的项就是数据包，它包含若干从源向目的地路由的重要信息。 用w c f 编写的应用程序通过从源向目的地发送的消息来通信，即对w c f 的另 一种解释一用消息来从一点向另一点传递数据或交换信息。所有的消息为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 o l ，简单对象访问协议) 消息，在x m l 中采用 武汉理工大学硕士学位论文 的格式为s o a p 信封。s o a p 消息一般由s o a p 信封、s o a p 体和s o a p 头三种 通用组件构成。 在w c f 中，可以发送和接受不同类型的应用程序，这些应用程序有：客户 应用程序、服务应用程序和媒介应用程序。这些应用程序在一些应用方面会完全 不同，它们之间的不同之处是：可以通过考虑客户所完成的工作以及服务提供的 功能来确定。服务要回复请求，但决不会启动通信流程，而客户的作用是：打开 通信流程，并发送初始消息。由于客户端与服务端的作用不同，因为对它们的开 发也是各有差异。 在w c f 中的介绍中，既然有消息，那也会有消息处理模式。消息处理模式 一般用于描述程序用来交换消息，有三种消息处理模式：单工、双工、请求 ( r e q u e s t ) 一应答( r e p l y ) 。三种消息处理模式的通信方式各有差异。单工模 式只是一个程序向另一个程序的单向通信，双工模式允许两个程序之间进行开放 式地通信，而请求应答消息处理模式与双工消息处理模式稍有不同，不同的是 该消息处理模式不允许自由地进行双向通信。 2 2 2w c f 通道 前面介绍了交换消息的不同类型的程序以及消息如何进行通信和交换，下面 将介绍通道，以及通道在消息的发送中如何起到重要作用。通过通道这一媒介， 消息得以传递，进行通信。w c f 程序通过这些媒介来访问w c f 。 通道是由制定服务地址和所创建通道类型的客户创建，一旦建立了这些消 息，就创建并打开了通道。创建通道和发送消息时的具体步骤是： 客户建立服务通道； 服务接受客户请求而打开通道： 客户通过通道发送消息请求； 服务通过通道向客户发送应答。 2 2 3w c f 服务 w c f 由与客户通信的服务与端点构成，与平台无关，这样得以实现与其他 平台的互操作性，并允许w c f 在许多领域扩展。如图2 2 所示，该图描述了服 务的形式。从外表上看，服务包含一个服务描述和一个或多个端点，进一步分析， 服务还包含绑定、服务契约以及用于服务实现的代码。下面分别从端点、地址、 绑定和契约四个方面来讲述w c f 服务。 ( 1 ) 端点，又称作服务边界。在w c f 中，可以将服务看作是一个或多个 端点的集合。端点是与客户通信并提供服务操作的服务组件。一个服务对应于一 个或者多个端点，每一个端点都有自己的地址，即该地址具有唯一性。在图2 2 武汉理工大学硕士学位论文 中所示，服务契约实现服务接口，定义端点将采取的动作。 服务描述 黼：、) 一一 罔契约l i 翥 绑定 服务契约实现 图2 2w c f 服务形式示意图 ( 2 ) 地址。在w c f 中，所有的端点是通过它们的地址来进行寻址的。在 一个w c f 程序中，一个地址包含有地址类型、地址格式和为w c f