一種面向復(fù)雜信息系統(tǒng)的綜合集成工程實踐方法

韓永生

摘要：綜合集成作為解決復(fù)雜信息系統(tǒng)中信息融合共享的手段，越來越受到各方面的廣泛重視。介紹了系統(tǒng)綜合集成的相關(guān)內(nèi)容，包括通信及網(wǎng)絡(luò)集成、數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用集成，闡述了系統(tǒng)集成的內(nèi)涵和主要解決的問題，分析了系統(tǒng)綜合集成的關(guān)鍵技術(shù)，包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型及中間件等技術(shù)，結(jié)合工程實踐，提出了一套系統(tǒng)綜合集成的方法和步驟。

關(guān)鍵詞：信息系統(tǒng)；綜合集成；通信及網(wǎng)絡(luò)集成；數(shù)據(jù)集成；應(yīng)用集成

中圖分類號：TN948.61文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2020）17-53-4

0引言

信息系統(tǒng)是一種由人、計算機、通信設(shè)備和管理規(guī)則組成的，用于對信息進行采集、傳輸、處理、存儲和管理，有效供用戶使用的系統(tǒng)[1]。隨著企業(yè)信息化系統(tǒng)建設(shè)的不斷發(fā)展，企業(yè)在不同時期使用不同的技術(shù)路線，由不同的廠家研制多個信息化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)之間往往不能互聯(lián)互通和信息共享，形成一個個“信息孤島”，嚴重制約了企業(yè)整體效益的提升。

信息系統(tǒng)綜合集成就是根據(jù)應(yīng)用的需求，通過各種技術(shù)將計算機軟、硬件設(shè)備和相關(guān)信息等集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)運行的系統(tǒng)之中，使資源達到充分共享，實現(xiàn)集中、高效、便利的管理。

1綜合集成

系統(tǒng)綜合集成從不同的視角來看，會有不同的集成內(nèi)容，大致可分為通信及網(wǎng)絡(luò)集成、數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用集成[1-3]。

（1）通信及網(wǎng)絡(luò)集成

信息系統(tǒng)的底層骨架肩負著聯(lián)通各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的重要任務(wù)，通信及網(wǎng)絡(luò)集成的主要任務(wù)是設(shè)計整個信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、統(tǒng)一技術(shù)體制及規(guī)劃系統(tǒng)路由等，為整個信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通奠定基礎(chǔ)。

（2）數(shù)據(jù)集成

復(fù)雜信息系統(tǒng)中存在大量的異構(gòu)數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)集成的目的就是實現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交流與共享[4]。

要完成各類數(shù)據(jù)格式和語義的統(tǒng)一，提供統(tǒng)一的存儲和管理，以透明的方式對數(shù)據(jù)源進行無縫整合，屏蔽各種數(shù)據(jù)源之間的物理和邏輯方面的差異，使得整個系統(tǒng)在統(tǒng)一的語境下完成“交流”，維護數(shù)據(jù)整體上的一致性和完整性，提高信息共享利用的效率，為整個信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐[5-6]。

（3）應(yīng)用集成

聚焦信息系統(tǒng)解決的業(yè)務(wù)問題，梳理、整合、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，設(shè)計不同模塊之間的信息交互接口。應(yīng)用集成最終體現(xiàn)在軟件集成的設(shè)計和實現(xiàn)，包括底層基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)計和上層人機交互設(shè)計等方面。

2綜合集成的技術(shù)難點

系統(tǒng)綜合集成是一項復(fù)雜的大型工程，涉及技術(shù)、管理及人力等多個方面，從技術(shù)角度來講，復(fù)雜信息系統(tǒng)綜合集成的主要技術(shù)難點包括以下幾個方面：

（1）異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合

系統(tǒng)綜合集成首先要面臨的就是搭建信息“高速公路”，復(fù)雜信息系統(tǒng)往往面臨著多個異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，需要從總體上設(shè)計“一體化”的網(wǎng)絡(luò)，使整個信息系統(tǒng)形成一張網(wǎng)，實現(xiàn)多種傳輸手段、多種路由并存的通信網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)方面面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

（2）異構(gòu)數(shù)據(jù)集成

復(fù)雜信息系統(tǒng)中往往存在分布、異構(gòu)、多態(tài)和自治的數(shù)據(jù)源[6-7]，對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)一整合及對用戶提供簡便透明的訪問方式，使信息系統(tǒng)整體上保持數(shù)據(jù)的一致性和完整性，提高信息共享利用的效率是系統(tǒng)綜合集成的一個技術(shù)難點。

（3）柔性易擴展的業(yè)務(wù)整合

信息系統(tǒng)是為業(yè)務(wù)服務(wù)的，判斷綜合集成效果的標準就是對用戶具體業(yè)務(wù)的支撐和整合能力。通過信息技術(shù)的設(shè)計和應(yīng)用，使信息系統(tǒng)可以適應(yīng)用戶業(yè)務(wù)的不斷變化和擴展，避免信息系統(tǒng)因技術(shù)的飛速發(fā)展而帶來的過時和不能適應(yīng)用戶業(yè)務(wù)變化的問題，突破已有信息系統(tǒng)的限制，使信息系統(tǒng)具有柔性，便于擴展和升級。

3信息系統(tǒng)綜合集成的實現(xiàn)方法

3.1頂層架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)綜合集成首先要立足全系統(tǒng)，自上向下規(guī)劃全系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，進行具體的技術(shù)設(shè)計及實施。通過對該系統(tǒng)的深入分析，系統(tǒng)綜合集成的技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

信息采集層是整個信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，用于采集各類原始數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的標準規(guī)范，將采集的數(shù)據(jù)進行傳輸。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層完成整個信息系統(tǒng)的通信及網(wǎng)絡(luò)集成，設(shè)計全系統(tǒng)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和多手段并存的傳輸體制，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)接入、路由交換及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等，兼容已建網(wǎng)絡(luò)，為全系統(tǒng)提供高效的信息通路。

數(shù)據(jù)服務(wù)層完成整個信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，規(guī)范全局數(shù)據(jù)字典，依托云計算架構(gòu)，為整個信息系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲、處理、交換的平臺。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層完成整個信息系統(tǒng)的應(yīng)用集成，面向具體業(yè)務(wù)，梳理業(yè)務(wù)模式、優(yōu)化流程、統(tǒng)一操控界面，為用戶提供簡便、高效的應(yīng)用系統(tǒng)。

3.2通信及網(wǎng)絡(luò)集成

通過對該系統(tǒng)通信及網(wǎng)絡(luò)的詳細分析，結(jié)合具體業(yè)務(wù)應(yīng)用，在通信及網(wǎng)絡(luò)集成方面，提出了“一網(wǎng)多域、多體制協(xié)同”的技術(shù)路線，構(gòu)建滿足該信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求的通信網(wǎng)絡(luò)。信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)如圖2所示。

在基礎(chǔ)傳輸層，包括有線、無線等多種接入手段；在傳輸方面，由接入網(wǎng)絡(luò)、支線網(wǎng)絡(luò)、干線網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成多條路由的不同的傳輸系統(tǒng)，滿足不同的業(yè)務(wù)需求。在通信及網(wǎng)絡(luò)集成時，考慮到系統(tǒng)已經(jīng)存在的既有網(wǎng)絡(luò)，必須構(gòu)建多種不同接入手段、多種不同傳輸手段、多條傳輸路由的柵格化的網(wǎng)絡(luò)。

在業(yè)務(wù)域?qū)樱瑒澐植煌臉I(yè)務(wù)“域”區(qū)分不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用，各域之間既相互關(guān)聯(lián)，又可通過VLAN虛擬網(wǎng)絡(luò)的劃分相互隔離，形成一個物理上相互連接、邏輯上又相互隔離的一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

通信服務(wù)層提供全局統(tǒng)一的屬性查詢、信令路由及跨平臺調(diào)度等多種服務(wù)。

在通信及網(wǎng)絡(luò)集成時，設(shè)計了全局的運維管理系統(tǒng)，負責實時監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)運行和負載均衡情況等，為整個網(wǎng)絡(luò)運行提供保障。

3.3數(shù)據(jù)集成

3.3.1技術(shù)架構(gòu)

針對該系統(tǒng)的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)集成時，主要從以下2個方面進行設(shè)計：一是規(guī)劃全局數(shù)據(jù)字典，統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；二是統(tǒng)一全局計算和存儲資源，實現(xiàn)資源融合，統(tǒng)一管控、按需分配、靈活擴展[7-8]。系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成的技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。

3.3.2基于XML的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型

通過該系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)類型進行分析后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在大量異構(gòu)數(shù)據(jù)信息，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如XML文檔）及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（音視頻文件）等，這些異構(gòu)數(shù)據(jù)在分析、處理及存儲上要求不同，給全系統(tǒng)集成造成了很大的困難。

對于最終用戶而言，希望能夠同時訪問和處理來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，并且能夠屏蔽不同數(shù)據(jù)訪問方式的差異，采取透明的、統(tǒng)一的訪問方式，簡便快捷地得到需要的數(shù)據(jù)信息。

基于以上需求和分析，采用XML作為全局數(shù)據(jù)模型，利用XML的擴充性、可定義性及對不同類型數(shù)據(jù)的兼容性，將各類數(shù)據(jù)源的異構(gòu)數(shù)據(jù)通過預(yù)處理、結(jié)構(gòu)化和標準化處理后，轉(zhuǎn)換成為全局統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，規(guī)范數(shù)據(jù)表示的方式，為用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口和統(tǒng)一的展示方式，用于支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)的工作[9]。

3.3.3數(shù)據(jù)訪問中間件

中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，位于操作系統(tǒng)之上，管理計算資源和網(wǎng)絡(luò)通信[10]。

中間件的作用簡單來說就是試圖通過屏蔽各種復(fù)雜的技術(shù)細節(jié)，使得技術(shù)問題簡單化[11]。通過中間件技術(shù)可以將不同時期、不同操作系統(tǒng)上開發(fā)的應(yīng)用軟件集成起來，形成一個協(xié)調(diào)運行的統(tǒng)一整體。

通過設(shè)計數(shù)據(jù)訪問中間件，提供虛擬視圖的方式來整合異構(gòu)數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)用戶對數(shù)據(jù)源的透明化訪問，即無需知道數(shù)據(jù)源的位置、模式和存取方式的情況下，無差別訪問數(shù)據(jù)源。

數(shù)據(jù)訪問中間件如圖4所示。

在數(shù)據(jù)庫端，基于ODBC/JDBC進行封裝，屏蔽對不同數(shù)據(jù)源的訪問細節(jié)，對上提供統(tǒng)一的接口。在用戶端，通過XML配置文件，定義連接屬性以適應(yīng)不同的訪問需求。

3.3.4協(xié)議適配中間件

在進行系統(tǒng)綜合集成時，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在了一定數(shù)量的既有系統(tǒng)，由于種種原因，這些既有系統(tǒng)無法進行適應(yīng)性改造，或者適應(yīng)性改造代價太大。用戶的業(yè)務(wù)開展還離不開這些既有系統(tǒng)，這就要求綜合集成必須完成對這類特殊系統(tǒng)的集成。

通過對既有系統(tǒng)的分析，提出基于協(xié)議適配中間件技術(shù)完成集成。基于有限狀態(tài)機的協(xié)議適配中間件，為不遵守統(tǒng)一信息交互協(xié)議的系統(tǒng)之間搭建一座溝通的“橋梁”。通過協(xié)議適配中間件，在原有系統(tǒng)不進行升級改造的情況下，完成實時協(xié)議轉(zhuǎn)換。協(xié)議適配中間件如圖5所示。

協(xié)議適配中間件類似于現(xiàn)實世界中的“翻譯”角色，能夠識別不同系統(tǒng)的信息，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，以各自系統(tǒng)能夠識別的信息傳送給相應(yīng)系統(tǒng)，從而完成信息交互。

3.4應(yīng)用集成

3.4.1技術(shù)架構(gòu)

信息系統(tǒng)最終要為具體業(yè)務(wù)工作服務(wù)，針對用戶的具體業(yè)務(wù)立足業(yè)務(wù)邏輯，通過梳理業(yè)務(wù)模式、優(yōu)化流程、統(tǒng)一操控界面，為用戶提供簡便、高效的信息系統(tǒng)。系統(tǒng)的應(yīng)用集成的技術(shù)架構(gòu)如圖6所示。

根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)情況，分類、整理其不同的模式，根據(jù)應(yīng)用模式的不同，對應(yīng)設(shè)計信息系統(tǒng)的信息流轉(zhuǎn)關(guān)系，確定信息系統(tǒng)各組成部分直接的信息交互關(guān)系及信息流轉(zhuǎn)通路等。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計并優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，使信息系統(tǒng)能夠更好地為用戶服務(wù)。

3.4.2應(yīng)用集成框架

在系統(tǒng)應(yīng)用集成時，設(shè)計了一套“平臺+構(gòu)件”的應(yīng)用集成框架，通過業(yè)務(wù)邏輯與交互界面松耦合設(shè)計，便于系統(tǒng)升級擴展。應(yīng)用集成框架如圖7所示。

應(yīng)用集成框架最終的實現(xiàn)形式是一套軟件集成平臺，是各類業(yè)務(wù)軟件開發(fā)的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)服務(wù)和共性服務(wù)以構(gòu)件形式封裝在平臺內(nèi)，對外提供開發(fā)和應(yīng)用接口，供各應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用。

上層應(yīng)用系統(tǒng)專注于業(yè)務(wù)實現(xiàn)，在開發(fā)各應(yīng)用系統(tǒng)時，可以總結(jié)和提煉不同系統(tǒng)之間的相同或近似需求，將其開發(fā)為共性服務(wù)構(gòu)件集成到軟件集成平臺之中，從而實現(xiàn)軟件集成平臺的不斷升級和完善，以適應(yīng)用戶不斷發(fā)展的需求。

軟件集成平臺內(nèi)封裝有大量的基礎(chǔ)共性服務(wù)構(gòu)件，其中訂閱分發(fā)構(gòu)件是各業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息交互的紐帶，具有重要的意義。3.4.3訂閱分發(fā)中間件

系統(tǒng)信息交互的復(fù)雜度很高，傳統(tǒng)的基于點對點的信息交互方式很難滿足需求。為了適應(yīng)大數(shù)據(jù)、高實時和方便擴展的需求，設(shè)計了訂閱分發(fā)中間件。以數(shù)據(jù)為中心的訂閱分發(fā)中間件，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的發(fā)布者和訂閱者在時間、空間和數(shù)據(jù)傳輸上的解耦，發(fā)布者和訂閱者節(jié)點均可隨意地加入和退出，滿足復(fù)雜信息系統(tǒng)的信息交互關(guān)系、業(yè)務(wù)需求多變的特點。訂閱分發(fā)中間件的體系架構(gòu)如圖8所示。

發(fā)布者節(jié)點將主題發(fā)布到數(shù)據(jù)總線上，各訂閱者節(jié)點均可看到，并可以提出訂閱請求，得到批準后，后續(xù)該主題的數(shù)據(jù)便可發(fā)送到訂閱者節(jié)點。訂閱者節(jié)點可以隨時退訂任一主題信息。同理，信息發(fā)布節(jié)點也可以隨時取消信息發(fā)布。

訂閱分發(fā)中間件在該系統(tǒng)綜合集成應(yīng)用中，可同時處理上千路數(shù)據(jù)的訂閱分發(fā)，數(shù)據(jù)最大并發(fā)量達到100 Mbit/s，滿足了用戶的實際業(yè)務(wù)需求，并很好地適應(yīng)和解決了用戶業(yè)務(wù)發(fā)展變化的需求。

4結(jié)束語

綜合集成立足解決全系統(tǒng)信息互聯(lián)互通和信息融合，使整個信息系統(tǒng)形成一個有機整體，發(fā)揮整體優(yōu)勢。

綜合集成是一項涉及眾多領(lǐng)域和學(xué)科的綜合性技術(shù)，目前并沒有統(tǒng)一的規(guī)范和定義，其相關(guān)技術(shù)也在不斷發(fā)展和進步，綜合集成應(yīng)該堅持統(tǒng)籌規(guī)劃、一體設(shè)計、制定標準、強化落實、逐級集成和分布實施的原則，只有這樣，才能保證綜合集成的整體效益。

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