系統(tǒng)集成及中間件1集成系統(tǒng)概述

集成系統(tǒng)概述李瑞軒rxli@sina:///~rxli/華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1主要內(nèi)容第一章概述第二章集成系統(tǒng)的建模方法第三章數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)第四章中件/群件/組件概論第五章中間件技術(shù)第六章分布式對象技術(shù)第七章數(shù)據(jù)集成技術(shù)第八章XML技術(shù)第九章Web效勞2引論交換與共享(互連、互通、互操作)分布式系統(tǒng)(DistributedSystem)手段、建模、標(biāo)準(zhǔn)、中間件、群件、組件…IntegratedSystem(集成系統(tǒng))34集成系統(tǒng)的特征異構(gòu)性分布性開放性平安性可伸縮性容錯能力并發(fā)性透明性5系統(tǒng)集成〔SystemIntegration〕所謂系統(tǒng)集成，就是通過計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將各個別離的設(shè)備、功能和信息等集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，使資源到達(dá)充分共享，實(shí)現(xiàn)集中、高效、便利的管理。系統(tǒng)集成采用功能集成、網(wǎng)絡(luò)集成、軟件界面集成等多種集成技術(shù)。系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于解決系統(tǒng)之間的互連和互操作性問題，它是一個多廠商、多協(xié)議和面向各種應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)。需要解決各類設(shè)備、子系統(tǒng)間的接口、協(xié)議、系統(tǒng)平臺、應(yīng)用軟件等與子系統(tǒng)、建筑環(huán)境、施工配合、組織管理和人員配備相關(guān)的一切面向集成的問題。6高低人的集成功能集成信息集成物理集成7IntegratedSystem研究路線以數(shù)據(jù)模型為根底以標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)那么以數(shù)據(jù)庫為核心以中間件、群件、組件為技術(shù)手段集成系統(tǒng)的核心與本質(zhì)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集成技術(shù)的源動力與目標(biāo)

1、解決SD+NSDStructuredData+Non-StructuredData2、HDS的同化HDS：HeterogeneousDistributedSystem〔異構(gòu)分布式系統(tǒng)〕3、適應(yīng)體系結(jié)構(gòu)的變化Client/Server→Client(browser)/WebServer→Client/Cluster→Client/Networking→Client/VirtualServer→PervasiveComputing4、適應(yīng)大的集成〔提供一個良好的協(xié)同工作環(huán)境〕CSCW：ComputerSupportedCooperativeWork〔計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作〕11集成技術(shù)的定位應(yīng)用層概念層(Model)支撐層(M.G.C.)OS,DBMSNetworks系統(tǒng)集成的主要研究對象M:MiddlewareG:GroupwareC:Component121.3CIMS簡介CIMSComputerIntegratedManufacturingSystem，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)集成系統(tǒng)在工業(yè)(制造業(yè))中的應(yīng)用1、提出者：JosephHarringtor1973年132、概念核心(無統(tǒng)一定義)企業(yè)中各部門：市場分析，經(jīng)常管理工程設(shè)計(jì)，加工制造，裝配測試、質(zhì)量管理、倉庫管理、售前售后效勞等作為一個整體，它們協(xié)同工作為到達(dá)企業(yè)的經(jīng)營目標(biāo)而努力。在正確的時刻把正確信息以正確的方式送給正確的人(或機(jī)器)以便作出正確的政策。3、根本組成:生產(chǎn)指揮系統(tǒng)產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)質(zhì)量保證系統(tǒng)以Net.DB為根底的支撐系統(tǒng)14第二章集成系統(tǒng)的建模技術(shù)2.1幾何數(shù)據(jù)模型1、線框模型，外表模型，立休模型2、幾何的CSG(ConstructiveSolidGeometry)與B-rep(BoundaryRepresentation)表示方法152.2特殊的建模方法一、非結(jié)構(gòu)化〔分形圖形〕數(shù)文化：浪花、雪花、樹葉(1)koch雪花：科赫雪花曲線，從它的任何一個局部經(jīng)過放大,都可以得到一個和整體全等的圖形16英國的海岸線有多長？1967年法國數(shù)學(xué)家提出了“英國的海岸線有多長？〞的問題，這好似極其簡單，因?yàn)殚L度依賴于測量單位，以1km為單位測量海岸線，得到的近似長度將短于1km的迂回曲折都忽略掉了，假設(shè)以1m為單位測量，那么能測出被忽略掉的迂回曲折，長度將變大，測量單位進(jìn)一步變小，測得的長度將愈來愈大，這些愈來愈大的長度將趨近于一個確定值，這個極限值就是海岸線的長度。答案似乎解決了，但Mandelbrot發(fā)現(xiàn)：當(dāng)測量單位變小時，所得的長度是無限增大的。他認(rèn)為海岸線的長度是不確定的，或者說，在一定意義上海岸線是無限長的。為什么？答案也許在于海岸線的極不規(guī)那么和極不光滑。我們知道，經(jīng)典幾何研究規(guī)那么圖形，平面解析幾何研究一次和二次曲線，微分幾何研究光滑的曲線和曲面，傳統(tǒng)上將自然界大量存在的不規(guī)那么形體規(guī)那么化再進(jìn)行處理，我們將海岸線折線化，得出一個有意義的長度?？少F的是Mandelbrot突破了這一點(diǎn)，長度也許已不能正確概括海岸線這類不規(guī)那么圖形的特征。海岸線雖然很復(fù)雜，卻有一個重要的性質(zhì)——自相似性。從不同比例尺的地形圖上，我們可以看出海岸線的形狀大體相同，其曲折、復(fù)雜程度是相似的。換言之，海岸線的任一小局部都包含有與整體相同的相似的細(xì)節(jié)。要定量地分析像海岸線這樣的圖形，引入分形維數(shù)也許是必要的。經(jīng)典維數(shù)都是整數(shù)：點(diǎn)是0維、線是1維、面是2維、體是3維，而分形維數(shù)可以取分?jǐn)?shù)，簡稱分維。17(2)Mamdelbrot測量海岸線分形(Fractal)的創(chuàng)始人，曼德勃羅教授(BenoitMandelbrot)于1975年夏天一個寂靜的夜晚，在冥思苦想之余翻看兒子的拉丁文字典時想到的，其拉丁文的原意是"產(chǎn)生無規(guī)那么的碎片"我們把具有某種方式的自相似性的圖形或集合稱為分形自相似性就是局部與整體相似，局部中又有相似的局部，每一小局部中包含的細(xì)節(jié)并不比整體所包含的少，不斷重復(fù)的無窮嵌套，形成了奇妙的分形圖案，它不但包括嚴(yán)格的幾何相似性，而且包括通過大量的統(tǒng)計(jì)而呈現(xiàn)出的自相似性18曼德勃羅集的原始圖形，從它出發(fā)，每一個細(xì)部都可以演繹出美麗無比的夢幻般的仙境似的圖形1920分形應(yīng)用用分形理論看當(dāng)前股市分形分維的經(jīng)絡(luò)形態(tài)及解剖結(jié)構(gòu)用分形方法預(yù)測2020年我國乙烯年產(chǎn)量分形與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在衛(wèi)星數(shù)字圖像分類中的應(yīng)用分形理論在刀具磨損研究中的應(yīng)用變維分形模型預(yù)測臺風(fēng)路徑分形理論在社會科學(xué)中的應(yīng)用

…….21二、多媒體數(shù)據(jù)建模方法多媒體錄像：以鏡頭為單位的檢索(連續(xù)檢索)解決的問題：時間同步(圖像與聲音)建模時參加時間維1、基于文檔的模型(超文本模型)SMIL(SynchronizedMultimediaIntegrationLanguage)2、連續(xù)媒體模型(切入時鐘)3、AmsterdamModel{(1)+(2)}4、基于對象的分層模型如:MPEG4，MPEG7222.3結(jié)構(gòu)化建模經(jīng)典層次模型，網(wǎng)狀模型，關(guān)系模型，E-R模型SD+NSD集成模型自描述模型〔Self+D〕。用于制造業(yè)CAD、CAM與MIS集成〔建一個公共模型〕。

經(jīng)典——語義建模232.4IDEF－復(fù)雜系統(tǒng)建模方法

IDEF:ICAM〔IntegratedComputerAidedManufacturing)DEFinitionmethod，集成計(jì)算機(jī)輔助制造定義方法建模方法：程序方法圖形方法——IDEF以圖形方式建模有成熟商品化軟件〔選件〕最初的IDEF方法是在美國空軍ICAM工程建立的，有開發(fā)3種方法:IDEF0——功能建模 IDEF1——信息建模IDEF2——動態(tài)建模2425隨著信息系統(tǒng)開展，又開發(fā)出IDEF族方法：IDEF0——通過分解功能、分類功能間的聯(lián)系來描述系統(tǒng)功能IDEF1X——數(shù)據(jù)建模IDEF2——一種以數(shù)字邏輯為根底的模擬方法IDEF3——過程描述獲取方法，為自使用者描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法IDEF4——面向?qū)ο蟆睴O〕的設(shè)計(jì)方法IDEF4C＋＋——使用C＋＋語言的OO設(shè)計(jì)方法IDEF5——本體描述獲取方法IDEF6——設(shè)計(jì)理論〔rationale〕獲取方法IDEF8——人－系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)方法IDEF9——業(yè)務(wù)約束發(fā)現(xiàn)方法IDEF14——網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法……26IDEF0FunctionModelingIDEF1InformationModelingIDEF1XDataModelingIDEF2SimulationModelDesignIDEF3ProcessDescriptionCaptureIDEF4Object-OrientedDesignIDEF5OntologyDescriptionCaptureIDEF6DesignRationalCaptureIDEF8UserInterfaceModelingIDEF9Scenario-DrivenISDesignIDEF10ImplementationArchitectureModelingIDEF11InformationArtifactModelingIDEF12OrganizationModelingIDEF13ThreeSchemaMappingDesignIDEF14NetworkDesignIDEF族2728根據(jù)用途，可將IDEF族方法分成兩類：第一類IDEF方法的作用是溝通系統(tǒng)集成人員之間的信息交流。主要有：IDEF0通過對功能的分解、功能之間關(guān)系的分類〔如按照輸入、輸出、控制和機(jī)制分類〕來描述系統(tǒng)功能IDEF1用來描述企業(yè)運(yùn)作過程中的重要信息IDEF3支持系統(tǒng)用戶視圖的結(jié)構(gòu)化描述IDEF5用來采集事實(shí)和獲取知識第二類IDEF方法的重點(diǎn)是系統(tǒng)開發(fā)過程中的設(shè)計(jì)局部。主要有兩種IDEF設(shè)計(jì)方法：IDEF1X可以輔助語義數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)IDEF4可以產(chǎn)生面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)方法所需的高質(zhì)量的設(shè)計(jì)產(chǎn)品29IDEF1.X(信息建模)1、定位于概念模型層2、根本術(shù)語：PK主關(guān)鍵字ALK候選關(guān)鍵字FK外鍵PK遷移NormalForm范式DEFI1Xe303、模型的構(gòu)建：實(shí)體，屬性，聯(lián)系IDEF1.X信息建?？蚣躀DEF1.X>3NF實(shí)體獨(dú)立實(shí)體從屬實(shí)體聯(lián)系確定聯(lián)系非確定聯(lián)系連接聯(lián)系分類聯(lián)系可標(biāo)定聯(lián)系非標(biāo)定聯(lián)系完全分類不完全分類314、實(shí)體獨(dú)立實(shí)體：實(shí)體的每個實(shí)例都能被唯一標(biāo)識，而不取決于它與其它實(shí)體的聯(lián)系無FK作為該實(shí)體的PK表示法：用長方形盒表示實(shí)體名PKAFK…B附屬實(shí)體：實(shí)體的實(shí)例唯一標(biāo)識賴于實(shí)體與其它實(shí)體的聯(lián)系一個完整的FK是該P(yáng)K〔或一局部〕表示：用圓角盒325、連接聯(lián)系〔父子，1對多〕可標(biāo)定聯(lián)系子實(shí)體每個實(shí)例由它與父的聯(lián)系而確定注意：子必須繼承父的PK，且作為自身PK〔或一局部〕子實(shí)體一定是附屬實(shí)體表示方法：用父→子的實(shí)線表示非可標(biāo)定聯(lián)系子實(shí)體的每個實(shí)例都能被唯一標(biāo)識無須了解與父的聯(lián)系注意：子必須繼承父的PK，但納入屬性欄內(nèi)子可以是獨(dú)立實(shí)體，也可以是附屬實(shí)體〔其它作用產(chǎn)生〕表示方法：用父→子的虛線表示工廠名PK……工廠名FK倉庫名……336、分類聯(lián)系：表示父〔一般實(shí)體〕與子〔分類實(shí)體〕之間的聯(lián)系〔1〕完全分類一般實(shí)體中的每一個實(shí)例一定是某個分類實(shí)體的實(shí)例表示方法：教師教授講師助教見習(xí)一般實(shí)體分類實(shí)體注意：分類實(shí)體一定是附屬實(shí)體，它與一般實(shí)體有相同的PK鑒別器——分類的準(zhǔn)那么，它可以有屬性鑒別器34〔2〕不完全分類：存在一個一般實(shí)體的實(shí)例，它不與任何分類實(shí)體的實(shí)例相聯(lián)系表示方法：鑒別器7、非確定聯(lián)系(m：n)——必須轉(zhuǎn)化〔1〕引入一個相關(guān)實(shí)體(AssociativeEntity)〔2〕相關(guān)實(shí)體的PK=∑PKi〔3〕相關(guān)實(shí)體是附屬實(shí)體?！?〕去掉〔m:n〕連線，改為2個1:m35

例：學(xué)號,課號非確定聯(lián)系〔轉(zhuǎn)化后必須去掉〕學(xué)生課程368、屬性單主規(guī)那么：除了Key的遷移外，一個屬性只能出現(xiàn)在一個實(shí)體中。只有父的PK才能向下遺傳。9、IDEF1.X建模步驟 工程方案，確定目標(biāo)范圍收集數(shù)據(jù)定義實(shí)體定義聯(lián)系定義Key定義非PK屬性集成模型保證標(biāo)準(zhǔn)化程度>3NF自動轉(zhuǎn)換工具在內(nèi)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練習(xí)：根據(jù)實(shí)際背景建立一個信息系統(tǒng)的IDEF1.X模型要求：①

實(shí)體數(shù)>5 ②

聯(lián)系種類≥2③

屬性個數(shù)≥3教師，課程，學(xué)生教授，副教授，講師，助教博士生，碩士生，本科生工廠，職工，車間供給商，零件，工程例1：例2：例3：40412.5Petri網(wǎng)1.概述1962C.A.Petri在其博士論文中提出(1)形式化語義圖形化描述基于狀態(tài)表達(dá)力強(qiáng)豐富的分析技術(shù)表達(dá)能力與圖靈機(jī)等價(2)應(yīng)用人工智能，OS形式語義，并行系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，軟件工程，線路設(shè)計(jì)……422、根本表達(dá)兩類結(jié)點(diǎn)的有向圖Place〔庫所〕：資源、狀態(tài)，用○表示Transition〔變遷〕：活動，用□表示弧(有向)例：經(jīng)典Petri網(wǎng)：StartFinishfreebusyinout點(diǎn)火433、高級Petri網(wǎng)有色Petri網(wǎng)〔color〕時向Petri網(wǎng)〔time〕層次Petri網(wǎng)〔hierarchy〕……ISO——1997年形成高級Petri網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)44第三章數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)

網(wǎng)上交換共享產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)CAD工藝數(shù)據(jù)CAPP管理數(shù)據(jù)環(huán)境異構(gòu)應(yīng)用異構(gòu)語義差異功能PDES：ProductDataExchangeSpecification(產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))(美國標(biāo)準(zhǔn))STEP：StandardfortheExchangeofProductModelData(產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))(ISO標(biāo)準(zhǔn))IGES：InitialGraphicsExchangeSpecification(初始圖形交換標(biāo)準(zhǔn))3.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)453.2多系統(tǒng)信息交換方式1、直接傳輸執(zhí)行效率高，但缺乏獨(dú)立性系統(tǒng)A系統(tǒng)B數(shù)據(jù)傳輸程序——數(shù)據(jù)交換的主要方式462、專用傳輸方式效率高缺點(diǎn)：系統(tǒng)數(shù)n↑，接口數(shù)n(n-1)/2↑系統(tǒng)A系統(tǒng)BA、B專用傳輸方式前處理程序后處理程序前處理程序后處理程序473、公用傳輸格式所有系統(tǒng)間定義一個公用的傳輸格式優(yōu)點(diǎn)：接口為2n個缺點(diǎn)：實(shí)施時(特別是IGES實(shí)施)有缺陷公用傳輸方式前后前后A1An484、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型n個系統(tǒng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型用它的數(shù)據(jù)(庫)管理軟件，各系統(tǒng)直接交換與共享統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型及管理軟件標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式File或DBA1A2An493.3XML數(shù)據(jù)交換XMLeXtensibleMarkupLanguage可擴(kuò)展的標(biāo)記語言SVG：ScalableVectorGraphicsVML:VectorMarkupLanguageSMIL:SynchronizedMultimediaIntegrationLanguage……——主流數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)50第四章中間件、群件、組件

中間件:Middleware群件:Groupware組件:Component514.1中間件定義：中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或效勞程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，中間件位于客戶機(jī)效勞器的操作系統(tǒng)之上，管理計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通訊特點(diǎn)：處于應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件之間的一類軟件中間件=平臺+通信中間件應(yīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用之間的互連、互通與互操