系统集成及中间件1集成系统概述

集成系统概述李瑞轩rxli@sina:///~rxli/华中科技大学计算机学院1主要内容第一章概述第二章集成系统的建模方法第三章数据交换标准第四章中件/群件/组件概论第五章中间件技术第六章分布式对象技术第七章数据集成技术第八章XML技术第九章Web效劳2引论交换与共享(互连、互通、互操作)分布式系统(DistributedSystem)手段、建模、标准、中间件、群件、组件…IntegratedSystem(集成系统)34集成系统的特征异构性分布性开放性平安性可伸缩性容错能力并发性透明性5系统集成〔SystemIntegration〕所谓系统集成，就是通过计算机和网络技术，将各个别离的设备、功能和信息等集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使资源到达充分共享，实现集中、高效、便利的管理。系统集成采用功能集成、网络集成、软件界面集成等多种集成技术。系统集成实现的关键在于解决系统之间的互连和互操作性问题，它是一个多厂商、多协议和面向各种应用的体系结构。需要解决各类设备、子系统间的接口、协议、系统平台、应用软件等与子系统、建筑环境、施工配合、组织管理和人员配备相关的一切面向集成的问题。6高低人的集成功能集成信息集成物理集成7IntegratedSystem研究路线以数据模型为根底以标准为准那么以数据库为核心以中间件、群件、组件为技术手段集成系统的核心与本质8第一章概述1.1根本概念CIMS、IDEF、CSCW、STEPMIS、MRPII、ERP、CRM、SCMMIS:ManagementInformationSystemMRPII:ManufacturingResourcePlanningERP:EnterpriseResourcePlanningCRM:CustomerRelationshipManagementSCM:SupplyChainManagementHDS:HeterogeneousDistributedSystem91.1根本概念CAD、CAM、CAPP、CAQCAD:ComputerAidedDesignCAM:ComputerAidedManufacturingCAPP:ComputerAidedProcessPlanningCAQ:ComputerAidedQualityMAS:Multi-AgentSystemODBC、JDBCCORBA、DCOM、EJB、J2EEXML、SOAP、WSDL、UDDI101.2集成技术的源动力与目标

1、解决SD+NSDStructuredData+Non-StructuredData2、HDS的同化HDS：HeterogeneousDistributedSystem〔异构分布式系统〕3、适应体系结构的变化Client/Server→Client(browser)/WebServer→Client/Cluster→Client/Networking→Client/VirtualServer→PervasiveComputing4、适应大的集成〔提供一个良好的协同工作环境〕CSCW：ComputerSupportedCooperativeWork〔计算机支持的协同工作〕11集成技术的定位应用层概念层(Model)支撑层(M.G.C.)OS,DBMSNetworks系统集成的主要研究对象M:MiddlewareG:GroupwareC:Component121.3CIMS简介CIMSComputerIntegratedManufacturingSystem，计算机集成制造系统集成系统在工业(制造业)中的应用1、提出者：JosephHarringtor1973年132、概念核心(无统一定义)企业中各部门：市场分析，经常管理工程设计，加工制造，装配测试、质量管理、仓库管理、售前售后效劳等作为一个整体，它们协同工作为到达企业的经营目标而努力。在正确的时刻把正确信息以正确的方式送给正确的人(或机器)以便作出正确的政策。3、根本组成:生产指挥系统产品工程设计系统柔性制造系统质量保证系统以Net.DB为根底的支撑系统14第二章集成系统的建模技术2.1几何数据模型1、线框模型，外表模型，立休模型2、几何的CSG(ConstructiveSolidGeometry)与B-rep(BoundaryRepresentation)表示方法152.2特殊的建模方法一、非结构化〔分形图形〕数文化：浪花、雪花、树叶(1)koch雪花：科赫雪花曲线，从它的任何一个局部经过放大,都可以得到一个和整体全等的图形16英国的海岸线有多长？1967年法国数学家提出了“英国的海岸线有多长？〞的问题，这好似极其简单，因为长度依赖于测量单位，以1km为单位测量海岸线，得到的近似长度将短于1km的迂回曲折都忽略掉了，假设以1m为单位测量，那么能测出被忽略掉的迂回曲折，长度将变大，测量单位进一步变小，测得的长度将愈来愈大，这些愈来愈大的长度将趋近于一个确定值，这个极限值就是海岸线的长度。答案似乎解决了，但Mandelbrot发现：当测量单位变小时，所得的长度是无限增大的。他认为海岸线的长度是不确定的，或者说，在一定意义上海岸线是无限长的。为什么？答案也许在于海岸线的极不规那么和极不光滑。我们知道，经典几何研究规那么图形，平面解析几何研究一次和二次曲线，微分几何研究光滑的曲线和曲面，传统上将自然界大量存在的不规那么形体规那么化再进行处理，我们将海岸线折线化，得出一个有意义的长度。可贵的是Mandelbrot突破了这一点，长度也许已不能正确概括海岸线这类不规那么图形的特征。海岸线虽然很复杂，却有一个重要的性质——自相似性。从不同比例尺的地形图上，我们可以看出海岸线的形状大体相同，其曲折、复杂程度是相似的。换言之，海岸线的任一小局部都包含有与整体相同的相似的细节。要定量地分析像海岸线这样的图形，引入分形维数也许是必要的。经典维数都是整数：点是0维、线是1维、面是2维、体是3维，而分形维数可以取分数，简称分维。17(2)Mamdelbrot测量海岸线分形(Fractal)的创始人，曼德勃罗教授(BenoitMandelbrot)于1975年夏天一个寂静的夜晚，在冥思苦想之余翻看儿子的拉丁文字典时想到的，其拉丁文的原意是"产生无规那么的碎片"我们把具有某种方式的自相似性的图形或集合称为分形自相似性就是局部与整体相似，局部中又有相似的局部，每一小局部中包含的细节并不比整体所包含的少，不断重复的无穷嵌套，形成了奇妙的分形图案，它不但包括严格的几何相似性，而且包括通过大量的统计而呈现出的自相似性18曼德勃罗集的原始图形，从它出发，每一个细部都可以演绎出美丽无比的梦幻般的仙境似的图形1920分形应用用分形理论看当前股市分形分维的经络形态及解剖结构用分形方法预测2020年我国乙烯年产量分形与神经网络方法在卫星数字图像分类中的应用分形理论在刀具磨损研究中的应用变维分形模型预测台风路径分形理论在社会科学中的应用

…….21二、多媒体数据建模方法多媒体录像：以镜头为单位的检索(连续检索)解决的问题：时间同步(图像与声音)建模时参加时间维1、基于文档的模型(超文本模型)SMIL(SynchronizedMultimediaIntegrationLanguage)2、连续媒体模型(切入时钟)3、AmsterdamModel{(1)+(2)}4、基于对象的分层模型如:MPEG4，MPEG7222.3结构化建模经典层次模型，网状模型，关系模型，E-R模型SD+NSD集成模型自描述模型〔Self+D〕。用于制造业CAD、CAM与MIS集成〔建一个公共模型〕。

经典——语义建模232.4IDEF－复杂系统建模方法

IDEF:ICAM〔IntegratedComputerAidedManufacturing)DEFinitionmethod，集成计算机辅助制造定义方法建模方法：程序方法图形方法——IDEF以图形方式建模有成熟商品化软件〔选件〕最初的IDEF方法是在美国空军ICAM工程建立的，有开发3种方法:IDEF0——功能建模 IDEF1——信息建模IDEF2——动态建模2425随着信息系统开展，又开发出IDEF族方法：IDEF0——通过分解功能、分类功能间的联系来描述系统功能IDEF1X——数据建模IDEF2——一种以数字逻辑为根底的模拟方法IDEF3——过程描述获取方法，为自使用者描述系统结构的方法IDEF4——面向对象〔OO〕的设计方法IDEF4C＋＋——使用C＋＋语言的OO设计方法IDEF5——本体描述获取方法IDEF6——设计理论〔rationale〕获取方法IDEF8——人－系统交互设计方法IDEF9——业务约束发现方法IDEF14——网络设计方法……26IDEF0FunctionModelingIDEF1InformationModelingIDEF1XDataModelingIDEF2SimulationModelDesignIDEF3ProcessDescriptionCaptureIDEF4Object-OrientedDesignIDEF5OntologyDescriptionCaptureIDEF6DesignRationalCaptureIDEF8UserInterfaceModelingIDEF9Scenario-DrivenISDesignIDEF10ImplementationArchitectureModelingIDEF11InformationArtifactModelingIDEF12OrganizationModelingIDEF13ThreeSchemaMappingDesignIDEF14NetworkDesignIDEF族2728根据用途，可将IDEF族方法分成两类：第一类IDEF方法的作用是沟通系统集成人员之间的信息交流。主要有：IDEF0通过对功能的分解、功能之间关系的分类〔如按照输入、输出、控制和机制分类〕来描述系统功能IDEF1用来描述企业运作过程中的重要信息IDEF3支持系统用户视图的结构化描述IDEF5用来采集事实和获取知识第二类IDEF方法的重点是系统开发过程中的设计局部。主要有两种IDEF设计方法：IDEF1X可以辅助语义数据模型的设计IDEF4可以产生面向对象实现方法所需的高质量的设计产品29IDEF1.X(信息建模)1、定位于概念模型层2、根本术语：PK主关键字ALK候选关键字FK外键PK迁移NormalForm范式DEFI1Xe303、模型的构建：实体，属性，联系IDEF1.X信息建模框架IDEF1.X>3NF实体独立实体从属实体联系确定联系非确定联系连接联系分类联系可标定联系非标定联系完全分类不完全分类314、实体独立实体：实体的每个实例都能被唯一标识，而不取决于它与其它实体的联系无FK作为该实体的PK表示法：用长方形盒表示实体名PKAFK…B附属实体：实体的实例唯一标识赖于实体与其它实体的联系一个完整的FK是该PK〔或一局部〕表示：用圆角盒325、连接联系〔父子，1对多〕可标定联系子实体每个实例由它与父的联系而确定注意：子必须继承父的PK，且作为自身PK〔或一局部〕子实体一定是附属实体表示方法：用父→子的实线表示非可标定联系子实体的每个实例都能被唯一标识无须了解与父的联系注意：子必须继承父的PK，但纳入属性栏内子可以是独立实体，也可以是附属实体〔其它作用产生〕表示方法：用父→子的虚线表示工厂名PK……工厂名FK仓库名……336、分类联系：表示父〔一般实体〕与子〔分类实体〕之间的联系〔1〕完全分类一般实体中的每一个实例一定是某个分类实体的实例表示方法：教师教授讲师助教见习一般实体分类实体注意：分类实体一定是附属实体，它与一般实体有相同的PK鉴别器——分类的准那么，它可以有属性鉴别器34〔2〕不完全分类：存在一个一般实体的实例，它不与任何分类实体的实例相联系表示方法：鉴别器7、非确定联系(m：n)——必须转化〔1〕引入一个相关实体(AssociativeEntity)〔2〕相关实体的PK=∑PKi〔3〕相关实体是附属实体。〔4〕去掉〔m:n〕连线，改为2个1:m35

例：学号,课号非确定联系〔转化后必须去掉〕学生课程368、属性单主规那么：除了Key的迁移外，一个属性只能出现在一个实体中。只有父的PK才能向下遗传。9、IDEF1.X建模步骤 工程方案，确定目标范围收集数据定义实体定义联系定义Key定义非PK属性集成模型保证标准化程度>3NF自动转换工具在内部建立表格框架37Chk-BalancePer-Chk-rateE4/AccountE5/Chk-AcctE6/Save-AcctE7/Loan-AcctAcct-Start-DateSave-BalanceLoan-BalanceInterest-RateLoan-AmountAcct-typeAcct-typeAcct-#Acct-#Acct-#Acct-#isa38AccountItem/3due_dateinvoice_numberstatuspo_number(PK)vendor_number(PK)invoice_dateBilled/8Overdue/7Paid/6overcharge_duecheck_numberdate_receivedpo_number(FK)po_number(FK)po_number(FK)vendor_number(FK)vendor_number(FK)vendor_number(FK)status39练习：根据实际背景建立一个信息系统的IDEF1.X模型要求：①

实体数>5 ②

联系种类≥2③

属性个数≥3教师，课程，学生教授，副教授，讲师，助教博士生，硕士生，本科生工厂，职工，车间供给商，零件，工程例1：例2：例3：40412.5Petri网1.概述1962C.A.Petri在其博士论文中提出(1)形式化语义图形化描述基于状态表达力强丰富的分析技术表达能力与图灵机等价(2)应用人工智能，OS形式语义，并行系统，网络协议，软件工程，线路设计……422、根本表达两类结点的有向图Place〔库所〕：资源、状态，用○表示Transition〔变迁〕：活动，用□表示弧(有向)例：经典Petri网：StartFinishfreebusyinout点火433、高级Petri网有色Petri网〔color〕时向Petri网〔time〕层次Petri网〔hierarchy〕……ISO——1997年形成高级Petri网标准44第三章数据交换标准

网上交换共享产品模型数据设计数据CAD工艺数据CAPP管理数据环境异构应用异构语义差异功能PDES：ProductDataExchangeSpecification(产品数据交换标准)(美国标准)STEP：StandardfortheExchangeofProductModelData(产品模型数据交换标准)(ISO标准)IGES：InitialGraphicsExchangeSpecification(初始图形交换标准)3.1产品数据交换标准453.2多系统信息交换方式1、直接传输执行效率高，但缺乏独立性系统A系统B数据传输程序——数据交换的主要方式462、专用传输方式效率高缺点：系统数n↑，接口数n(n-1)/2↑系统A系统BA、B专用传输方式前处理程序后处理程序前处理程序后处理程序473、公用传输格式所有系统间定义一个公用的传输格式优点：接口为2n个缺点：实施时(特别是IGES实施)有缺陷公用传输方式前后前后A1An484、统一的数据模型n个系统采用统一的数据模型用它的数据(库)管理软件，各系统直接交换与共享统一的数据模型及管理软件标准数据格式File或DBA1A2An493.3XML数据交换XMLeXtensibleMarkupLanguage可扩展的标记语言SVG：ScalableVectorGraphicsVML:VectorMarkupLanguageSMIL:SynchronizedMultimediaIntegrationLanguage……——主流数据交换标准50第四章中间件、群件、组件

中间件:Middleware群件:Groupware组件:Component514.1中间件定义：中间件是一种独立的系统软件或效劳程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于客户机效劳器的操作系统之上，管理计算资源和网络通讯特点：处于应用软件和系统软件之间的一类软件中间件=平台+通信中间件应实现应用之间的互连、互通与互操