基于SOA-BPM的軍事裝備管理綜合信息系統體系結構研究*

代 銘 耿伯英 占明鋒

(1.海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)(2.91551部隊 九江 332000)

基于SOA-BPM的軍事裝備管理綜合信息系統體系結構研究*

代 銘1,2耿伯英1占明鋒2

(1.海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)(2.91551部隊 九江 332000)

隨著新型裝備的不斷涌現和裝備管理模式的改革創新,當前各級研發使用的裝備管理信息系統面臨的性能瓶頸和新技術的沖擊越來越大。從面向服務的系統設計需求出發,在對不同層次裝備管理系統體系結構進行需求分析的基礎上,引入了將面向服務(SOA)和業務流程管理(BPM)的思想,闡述了裝備管理信息系統各框架的組成和參考模型,所設計框架具有較好的可靠性和可升級性,為軍事裝備管理信息系統的研制打下基礎。

軍事裝備管理綜合信息系統; 體系結構; 面向服務; 業務流程管理

ClassNumberTP393

1 引言

裝備管理綜合信息系統(Equipment Management Integrated Information Systems,EMIIS),是在信息化條件下對傳統單系列裝備管理系統的拓展和延伸。裝備管理綜合信息系統主要功能是:依托現有武器裝備平臺上配置的各種類型的傳感器、故障診斷系統及各種維修資源,對多型裝備在各種運行狀態下的技術數據、戰技術性能、可維護性等關鍵參數進行分析管理,從裝備技術狀態角度給出輔助決策信息。它覆蓋從受領研發任務到裝備退役報廢各環節過程和各種職能角色(如圖1),對各型裝備實施全系統有效管控,為作戰決策提供裝備管理視角的全維度信息支撐。

圖1 某型裝備全壽命周期各階段裝備管理綜合信息系統多角色分工示意圖

面向服務架構(Service-Oriented Architecture,SOA)正是由于能根據環境、客戶需求和業務流程的變化,對組織內分布的異構應用和數據資源進行有效地封裝和集成,并以“服務組合”方式快速構建跨組織的復雜應用[2],而逐步成為美軍大力發展面向網絡中心戰的GIG(Global Information Grid,全球信息柵格)和NCES(Net-Centric Enterprise Services,網絡中心企業服務網)以及SoSCOE(System of Systems Common Operating Environment,體系的公共操作環境)的框架基礎,這對我們打破當前各類裝備管理信息系統“各自為戰”和“信息孤島”困境,完善系統一體化、網絡化功能,充分發揮信息系統潛在效益給出了較好的實踐樣例。

業務流程管理(Business Process Management,BPM)是20世紀90年代初美國著名企業管理大師邁克爾漢默提出的一種“以規范化地構造端到端的卓越業務流程為中心,以持續地提高組織業務績效為目的的系統化管理方法”,它通常以Web服務方式實現信息傳遞、數據同步、業務監控和企業業務流程的持續升級優化。具有很強的規范化和成熟的商業應用基礎,能進一步標準化業務流程,解決系統流程建模的冗余。

當前及未來一個很長時期內,作戰模式是基于信息系統的體系作戰,參戰的各類信息系統越來越龐雜,每個系統內部子系統之間的信息交換和信息融合也越來越頻繁,信息資源共享的層級越來越扁平化;各系統間武器裝備信息資源互聯、互通、互操作的需求也越來越迫切。這些作戰需求對系統構架在自適應性、分布性、自治性、移動性、交互性等方面上都有很高的要求。

針對以上要求,從裝備管理綜合信息系統建設的實際需求出發,引入SOA和BPM組合的思想,在對裝備管理綜合信息系統體系結構設計需求進行全面分析的基礎上,給出了基于SOA-BPM的軍事裝備管理綜合信息系統體系結構,以及各框架的組成和結構。

2 SOA及BPM介紹

2.1 SOA特性

SOA是一個粗粒度、松耦合基于服務的開發模型,它將應用程序的不同功能單元通過服務之間定義良好的接口和契約聯系起來,接口獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言。這種模型有兩個優點: 1)適應性強,能夠根據業務的變化而對系統進行相應的調整,以適應變化; 2)當業務發生變化需要對相應的服務進行修改時,并不影響其它服務,減少了相互之間的關聯程度,便于系統的維護和升級。

SOA的基本運行模式是運用WSDL(Web Service Description Language,Web服務描述語言)、UDDI(universal description,discovery,integration,統一描述、發現和集成)和SOAP(simple object access protocol,簡單對象訪問協議)三個Web服務標準,在服務請求者(Service Requestor)、服務注冊庫(Service Provider)和服務方(Service Registry)等對象間進行發布(Publish)、查找(Find)、綁定(Bind)操作完成的服務,如圖2所示[1～2]。

圖2 基本SOA運行模式圖

2.2 BPM特性

BPM是一套發源于大型跨國金融集團對復雜業務環節進行規范化、條理化整合的全面管理模式。近年來,BPM融合了過程建模、過程自動化和應用集成技術,在以流程為驅動建立知識庫的基礎上,支持企業對業務過程的運作,使業務邏輯與信息系統實現柔性集成和持續在線改進。2006年BPMN1.0標準推出后,使BPM繼工作流、EAI和ERP之后,迅速成為流程描述和建模的全球性規范之一。

BPM的基本功能主要體現在兩個方面:流程的自動流轉和流程監控(如圖3所示)。利用可視化的流程建模工具能夠有效、靈活、快速地構建業務流程模型圖,并通過映射生成描述文檔(XML),工作流引擎和監控構件根據描述文檔進行流程調度和重組,從而完成基本的流程管理。

圖3 BPM管理流程描述圖

3 軍事裝備管理綜合信息系統體系結構設計需求分析

軍事裝備管理綜合信息系統作為從岸基延伸到艦船、從單個裝備到覆蓋全局武備資源的作戰輔助系統,在整個作戰系統中擔任裝備保障業務中樞神經的職責。當前各類裝備管理信息系統遭遇的瓶頸主要體現在以下幾個方面:

1)系統兼容性差,數據共享困難。各類單系列管理信息系統由于缺乏統一的建設規劃和技術標準,造成各種管理系統功能單一、兼容性差,致使裝備業務管理重縱向的業務環節輕體系架構設計,導致內部外部銜接不夠緊密,沒有形成真正的管理信息閉環,信息反饋不夠及時準確,不能實現裝備管理的信息資源共享和業務互動處理。

2)業務流程缺乏優化,系統資源復用率低。現行管理系統多數是模擬傳統的手工管理方式,基本業務流程設計缺乏對建模的整體思考,流程冗余較多,影響和制約了系統效能的提升[3～5]。

3)平戰結合不緊,輔助決策水平低。多數系統主要針對平時業務管理進行開發,很少考慮與戰時系統的接口,使得平時業務管理中積累的大量數據,由于缺乏輔助決策模型和數據挖掘工具,而難以為戰時裝備保障指揮提供數據支持,裝備管理信息潛能沒有得到挖掘和應用。

有針對性進行需求分析是確保整個系統設計管用好用的基礎,這里僅列出影響其體系結構設計的關鍵性需求:

1)多層次、多任務、多用戶需求

現存的各層次各類型裝備管理系統,分布層次廣,各層次各業務方向承擔使命任務不同,每個任務對上對下的數據需求差異性較大。如此廣泛的任務需求決定了裝備管理綜合信息系統除了滿足通用性要求之外,還要能體現各個層次各種裝備在管理使用上的靈活性、專業性、自組織性。

2)聯合作戰、協同作戰能力需求

系統構架要適應當前裝備協同保障模式的不斷發展,統一規范業務信息表述、加強裝備管理業務流程優化、完善數據標準化建設,提升交互、重組、抗損能力,具有即插即用,互操作和動態重組的能力。

3)持續升級、全程管控需求

可維護性是當前各種信息系統開發的短板,一方面是信息技術發展迅速與大型系統較長的研制開發周期相矛盾,另一方面是裝備革新帶來的新戰法新模式與現行系統標準不兼容的矛盾。因而要求系統具有很強的更新升級能力和自主學習功能。

4)輔助決策、數據挖掘、云計算服務需求

作為覆蓋武器裝備全壽命周期的綜合信息系統,數據容量大、數據更新頻繁、密級程度不一、同步管理難度大,保護和利用好這些數據資源是建立信息系統的出發點之一,這要求系統在海量數據存儲、數據挖掘、輔助決策、云計算兼容方面有構架上的考慮和預留空間。

4 軍事裝備管理綜合信息系統體系結構框架設計

基于上一節的分析,裝備管理綜合信息系統體系結構著重從服務解耦、規范接口映射關系和數據交換規則定義、流程整合完善兩個方面進行設計。

4.1 SOA-BPM組合

圖4所示的組合中,SOA集成層通過對系統各種服務的解構和分類,能夠快速實現各系統間的松散耦合(也稱解耦過程),形成彼此獨立的基本服務構件。

圖4 SOA-BPM組合邏輯關系示意圖

中間層(WEB service與workflow action映射層)則是將基本的服務構件通過映射規則與工作流模塊映射匹配。

業務流程管理層(BPM層)則通過對業務流程的分析解構、自動流轉、封裝(自動重組),不僅克服了單一關系重復映射帶來的效能過低,同時加強了流程的約束管控,為應用層實現各種交互提供了可控可信的組合方式。

這種基于SOA-BPM的組合架構,對內部已存的或即將兼并入的異構系統不作改變或都只需要做少量的改變就能實現系統間的協同工作與數據交換,而不需對系統進行大的改變,能夠為新系統的開發節省大量資源。

4.2 體系結構框架

4.2.1 系統支撐層

系統支撐層是由軟件和硬件共同構成,是組成應用系統的底層基礎。

硬件支撐層由網絡基礎設施、安全保密設施、信息服務(采集)設施等部分組成,主要是異構分布的計算機硬件環境、武器裝備接口、傳感器接口、網絡通信等支撐環境。

軟件支撐則是由操作系統、數據庫系統、開發環境工具等軟件組成,是其他軟件的開發和應用基礎。

4.2.2 核心構件層

核心構件層對上為服務層提供核心功能,對下操縱控制和訪問系統支持層,主要包括數據庫訪問構件、安全認證構件、網絡通信構件、地理信息構件等。

數據支撐層是存儲軍事裝備管理綜合信息系統數據資源的存儲中心,并為數據源提供一個可供外界訪問的接口,主要包括公共基礎數據庫、業務數據庫和共享數據庫。

4.2.3 服務層

共性應用服務層在基礎層和數據支撐層之上,為上層業務軟件提供業務流程、報表管理、信息交換服務等,主要包括業務流程服務、軟件集成工具、服務支撐工具、數據庫管理工具、運行監控環境等;專項服務包括各種武器平臺裝備系統信息采集服務、傳輸服務和信息交換服務等。

4.2.4 業務過程和服務集成層

業務過程和服務集成層,主要是根據任務目的對各種服務進行偵聽、發現并按照流程進行規范封裝。

其中通用業務按照日常辦公業務進行封裝管理,是各級通用應用功能的主要支撐平臺;專項、獨立業務軟件是以專項訓練、重大任務保障為主線,在通用業務軟件的基礎上,通過功能擴展和新研方式,為各級各專項業務應用提供服務環境和業務處理支持。

4.2.5 業務呈現層[6](表示層)

業務呈現層是面向軍兵種、不同級別系統和不同裝備管理專業,由相應的專業軟件和通用軟件、支撐軟件按需組合配置而成,用于完成單個、集群、局部乃至全局展現的人機交互服務。

4.2.6 云計算(云服務集成)接口

云計算作為一種商業計算模型,是以往包括效用計算、分布式計算、軟件即服務(SaaS)、網格計算、虛擬化技術、Web服務以及面向服務架構(SOA)等諸多技術的自然進化。常見的云計算(服務)有:Google在線云存儲中心、Windows azure平臺、i-cloud平臺等。

SOA和云計算均強調服務的概念,二者均承諾為用戶低成本地提供能夠靈活快速地應對業務需求變化的應用,區別在于,在SOA描述中基本組成元素是可重用的服務集合,云計算認為一切資源(從硬件到軟件)皆服務。由于眾多一致性特點,學界通常認為SOA是云計算的預備技術,或云計算是SOA的一種實現。因而基于SOA和BPM的架構能夠通過對應的整合和遷移,順利平滑過渡到云計算框架。

同時利用云計算強大的數據處理和挖掘能力,作為數據管理和挖掘的新手段,在體系結構設計和數據管理方式上為系統預留云計算升級接口,是系統構架中不能忽視的一個環節。

4.3 系統構建和開發流程描述

在設計好裝備管理綜合信息系統體系結構的框架后,可以按照圖5所示的角色分工和功能組件開發流程構建系統。

圖5 裝備管理綜合信息系統總體架構

5 結語

在結合分析了軍事裝備管理綜合信息系統設計需求的基礎上,引入SOA和BPM組合,并以此為基礎設計了體系結構的框架模型,給出了系統構建和開發流程圖。采用面向服務的思想和業務流程管理方法構建該信息系統,可以最大限度地減少系統內不同應用程序之間以及不同系統間的耦合差異性,且當某個服務出現故障時,可動態甚至是在不中斷系統運行的情況下替換另一個服務,大大提高系統的可擴展性和可靠性。我們還將深入研究具體實現技術如服務的描述與封裝,服務管理中的注冊、發現、選擇、組合等方法,信息安全保證措施和原型系統開發等。

[1][美]Thomas Erl,王滿紅,陳榮華,譯.SOA概念、技術與設計[M].第1版.北京:機械工業出版社,2007:1.

[2]方江雄,何紅波,李義兵.基于SOA和BPM的ERP系統的研究與實現[J].計算機應用,2007(5):1264-1267.

[3]趙恒,王振宇.SOA在海戰場綜合電子信息系統中應用的構想[J].艦船科學技術,2006,28(6):17-21.

[4]沈濤,周曼,周榮坤,等.面向服務的綜合電子信息系統軟件策略[J].中國電子科學研究院學報,2008,3(2):158-164.

[5]張宣,陳云翔,朱榮昌.網格構建裝備管理信息系統研究[J].計算機工程與設計,2006,27(12):2211-2212,2226.

[6]郭勇.構建面向服務(SOA)的軍事信息系統[J].艦船電子工程,2010,30(9):5-9.

StudyontheArchitectureFrameworkoftheMilitaryEquipmentManagementIntegratedInformationSystemsBasedonSOA-BPM

DAI Ming1,2GENG Boying1ZHAN Mingfeng2

(1. College of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

(2. No. 91551 Troops of PLA, Jiujiang 332000)

With the emergence of new equipments and rennouation of equipment management patlerns, the currently-used equipment management information systems are faced with performance bottleneck and crushes from new technologies. Starting from the design needs of service-oriented systems, service-oriented architecture and business process management are introduced based on the need analysis of different levels of equipment management system structure. Then the components and architecture of equipment management information system are elaborated. The designed structure has good reliability and saclability, and lays foundations for the research on equipment management information system.

military equipment management integrated information systems, architecture framework, SOA, BPM

2013年10月12日,

:2013年11月21日

代銘,男,碩士研究生,研究方向:信息系統融合,數據挖掘。耿伯英,男,博士,副教授,研究方向:信息系統構架,裝備保障。占明鋒,男,碩士,研究方向:裝備保障管理。

TP393DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.04.030