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本講介紹系統(tǒng)集成中最重要的技術—系統(tǒng)集成軟件技術。信息化集成系統(tǒng)的層級被集成為有機整體，主要是通過系統(tǒng)集成軟件實現(xiàn)的。信息化集成系統(tǒng)不同層級通過分層分布式軟件架構集成起來實現(xiàn)信息化集成系統(tǒng)整體目標。信息化集成系統(tǒng)軟件將硬件平臺、網(wǎng)絡平臺、數(shù)據(jù)庫平臺、工具平臺，各種子系統(tǒng)應用軟件平臺以及系統(tǒng)整體的各種資源有機、高效地集成到一起，形成了一個完整的信息共享環(huán)境。系統(tǒng)集成軟件平臺決定系統(tǒng)集成的成敗、對智能生產(chǎn)、智能制造的開發(fā)、維護有重要的影響。系統(tǒng)集成軟件成為構建信息化集成系統(tǒng)的關鍵。

工業(yè)4.0時代，互聯(lián)網(wǎng)滲透到企業(yè)間和企業(yè)內(nèi)的信息化集成系統(tǒng)。互聯(lián)網(wǎng)已成為新的計算基礎設施，它的出現(xiàn)和普及使計算機軟件開發(fā)、部署、運行和維護的環(huán)境開始從封閉、靜態(tài)逐步走向開放、動態(tài)。越來越多的企業(yè)提供基于互聯(lián)網(wǎng)的服務，新的業(yè)務模式得到了發(fā)展，企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)之間的交互逐漸增強，系統(tǒng)之間的通信和集成問題凸現(xiàn)出來；在企業(yè)內(nèi)部也存在異構系統(tǒng)之間的整合問題；因此，發(fā)展出了各種分布式系統(tǒng)集成技術。首先是分布式企業(yè)應用集成技術和分布式實時應用集成技術；進而言之，是系統(tǒng)集成軟件的核心——系統(tǒng)應用集成架構。

1.1　企業(yè)分布式應用集成技術

1.1.1　分布計算、分布式系統(tǒng)和分布式組件技術

在企業(yè)應用中分布計算是指各種不同的工作站通過網(wǎng)絡互相連接，由分布式系統(tǒng)提供跨越網(wǎng)絡透明地訪問各種異構設備所需要的支持，使得用戶可以充分利用網(wǎng)絡上的各種計算資源來完成自己的任務。與網(wǎng)絡技術的發(fā)展和日益增長的應用需求相適應，分布式計算已經(jīng)成為新一代計算和應用的主流。

分布式計算中所涉及的分布式系統(tǒng)是指組件分布在網(wǎng)絡計算機上且通過消息傳遞進行通信和動作協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)具有以下特征：組件的并發(fā)性和組件故障的獨立性。構造分布式系統(tǒng)的挑戰(zhàn)主要是其組件的異構性、開放性（允許增加或替換組件）、安全性、可伸縮性（用戶數(shù)量增加時能正常運行的能力）、故障處理以及組件的并發(fā)性和透明性。構造和使用分布式系統(tǒng)的主要動力來源是資源共享，分布式系統(tǒng)之間的通信和集成技術是重點。

分布式系統(tǒng)中，中間件能夠很好的完成異構分布系統(tǒng)的集成，互操作，并且能夠很好地保證這些系統(tǒng)的可移植特性，因而極大地降低了開發(fā)分布式應用的周期，能夠提高系統(tǒng)的可靠性，是當前分布式應用開發(fā)和分布式系統(tǒng)集成的主要手段。中間件技術是軟件技術發(fā)展史上一大進步。中間件是基礎軟件的一大類,是一種介于應用軟件和操作系統(tǒng)之間的獨立的系統(tǒng)軟件或服務程序。它能屏蔽操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡協(xié)議的差異,幫助管理各種復雜的異構的分系統(tǒng),并為處于上層的應用程序提供一個標準的開發(fā)與運行環(huán)境,使得分布式應用軟件能夠獨立于特定的硬件和操作系統(tǒng)平臺,幫助用戶靈活、高效地開發(fā)和集成復雜的應用軟件。中間件可滿足大量應用的需要，運行于多種硬件和OS平臺，支持分布計算，提供跨網(wǎng)絡、硬件和OS平臺的應用或服務的交互；支持標準的協(xié)議，支持標準的接口。

隨著軟件的市場規(guī)模和軟件的系統(tǒng)規(guī)模快速擴大，特別是網(wǎng)絡普及后,軟件的運行已經(jīng)網(wǎng)絡化。軟件開發(fā)必須考慮網(wǎng)絡功能,即分布式特點，于是中間件技術又向前邁出一大步即分布式組件技術。21世紀的軟件工業(yè)面臨著如何將高效的應用程序開發(fā)和分發(fā)、較低的費用、良好的可管理性和足夠的安全性統(tǒng)一在一起。簡化軟件開發(fā)流程、降低開發(fā)成本、提高效益并開發(fā)出可用性、伸縮性、開放性好的軟件成為關鍵。分布式組件技術是解決這些問題的有效途徑，正在全面取代傳統(tǒng)的軟件設計方法。分布式組件技術具有面向?qū)ο蟮奶攸c,能夠良好地模擬真實世界的各種情況,且能直接對應到軟件模塊中;對于系統(tǒng)級開發(fā)人員,通過分布式組件方式開發(fā)的組件可提供給各類應用軟件使用,并且可以重復多次使用，不用考慮升級問題。對于獨立軟件供應商，則可專心開發(fā)領域內(nèi)應用組件,不用考慮跨平臺兼容性的問題。對于軟件使用人員,使用一致的應用組件節(jié)省了大量的學習時間。分布式組件技術使用經(jīng)過封裝的可重用的軟件組件來構造應用程序，為多層結構系統(tǒng)開發(fā)注入了新的活力,使分布式應用軟件變得易開發(fā)、易修改和易升級。

1.1.2　分布式應用集成技術

企業(yè)自上世紀七十年代開始使用IT支持系統(tǒng)至今，一些大型企業(yè)中各種IT支持系統(tǒng)平均達數(shù)十種之多。它們大部分是一個個的信息孤島，管理著企業(yè)特定的各個職能部門的工作，相互之間缺乏有效的通信。隨著信息技術的不斷發(fā)展，今天的企業(yè)需要一個集成的、開放的、面向用戶且隨需而變的IT支持系統(tǒng)，因此面臨著應用系統(tǒng)的整合問題。不同的應用（尤其是不同企業(yè)的）的開發(fā)語言不同，部署平臺不同，通信協(xié)議不同，對外交換的數(shù)據(jù)格式也存在著差異，如何去解決解決語言差異、平臺差異、協(xié)議差異、數(shù)據(jù)差異所帶來的高代價的系統(tǒng)集成是這個問題的關鍵。

企業(yè)應用集成（Enterprise Application Integration，EAI）將企業(yè)中的業(yè)務流程、應用系統(tǒng)、硬件和各種標準聯(lián)合起來，在兩個或更多的企業(yè)應用系統(tǒng)之間實現(xiàn)無縫集成，是它們像一個整體一樣進行業(yè)務處理和信息共享。企業(yè)應用集成不僅包括企業(yè)內(nèi)部的應用系統(tǒng)集成，還包括企業(yè)與企業(yè)之間的集成，以實現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)之間的信息交換、商務協(xié)同、過程集成和組建虛擬企業(yè)和動態(tài)聯(lián)盟等。目前，常用的企業(yè)應用集成技術有遠程過程調(diào)用技術、分布式對象技術、面向消息的中間件技術和Web服務技術。

（1）遠程過程調(diào)用技術

RPC（Remote Procedure Call Protocol）——遠程過程調(diào)用協(xié)議，在分布式環(huán)境下，遠程過程調(diào)用允許本地計算機上的程序調(diào)用遠程計算機上的進程。遠程過程調(diào)用采用客戶機/服務器模式。允許發(fā)送一個請求（客戶進程）到服務器進程，服務器進程執(zhí)行這個過程并發(fā)回一個結果（響應）消息。該方法最主要的特點是程序不需要知道調(diào)用的過程是本地還是遠地。遠程過程調(diào)用和傳統(tǒng)的過程調(diào)用不同就在于調(diào)用者（Caller或Client）和被調(diào)用的進程（Server）是在不同的機器上的不同的進程。遠程過程調(diào)用的靈活性體現(xiàn)在它的跨平臺性上，它不僅遠端的子程序，而且這種調(diào)用是可以跨越不同操作系統(tǒng)平臺的。遠程過程調(diào)用適合于小型的簡單應用，當需要支持多種通信模式時，遠程過程調(diào)用并不適合。

（2）分布式對象技術

分布式對象技術支持多種通信模式，提供了一種通訊機制，透明地在異構的分布式計算環(huán)境中傳遞對象請求，而這些對象可以位于本地或遠程機器。主流的分布式對象技術有以下三種：（1）對象管理組織（Object Management Group,OMG）制定的CORBA（Common Object Request Broker Architecture，通用對象請求代理架構）技術。（2）Microsoft公司提出的DCOM（Distributed Component Object Mode，分布式組件對象模型）技術。（3）Sun公司提出的RMI（Remote Method Invocation，遠程方法調(diào)用）技術。

CORBA是OMG專門為異構平臺上不同語言開發(fā)的分布式對象進行互操作而制定的規(guī)范。是為應用開發(fā)提供一個公共框架，使得基于對象的軟件在分布異構環(huán)境下具有良好的可重用性、可移植性和互操作性，從而能夠在由多種操作系統(tǒng)構成的異構分布環(huán)境中，方便的建立異構分布式應用系統(tǒng)，或?qū)崿F(xiàn)企業(yè)信息資源的集成。CORBA自發(fā)布以來，已經(jīng)有很多實現(xiàn)。目前市場上流行的產(chǎn)品有：IONA公司的Orbix，Inprise/Borland公司的VisiBroker等。

DCOM是由Microsoft于1996年提出的分布式對象構件標準，旨在提高應用軟件的互操作能力。COM（Component Object Model，組件對象模型）技術使得程序的各個組件之間可以用一種統(tǒng)一的方式進行交互，而DCOM實際上是COM技術在分布式環(huán)境中的擴展， DCOM屏蔽了COM對象的位置差異，使用戶不需知道COM對象的實際位置，就可以使用該COM對象。

RMI是Sun公司于1997年所提出的分布式計算模型，用以解決訪問Java分布式對象的通信問題。Java是一個提供了可移植的面向?qū)ο缶幊陶Z言和高性能的Java虛擬機組成的應用系統(tǒng)運行和開發(fā)平臺。RMI能夠支持一臺Java虛擬機（JVM）上的對象與另一臺Java虛擬機（JVM）上的對象進行通信。

（3）面向消息的中間件技術

面向消息的中間件（Message-Oriented Middleware，MOM），提供了以松散耦合的靈活方式集成應用程序的一種機制。它們提供了基于存儲和轉(zhuǎn)發(fā)的應用程序之間的異步數(shù)據(jù)發(fā)送，即應用程序彼此不直接通信，而是與作為中介的MOM通信。MOM提供了有保證的消息發(fā)送，應用程序開發(fā)人員無需了解遠程過程調(diào)用（RPC）和網(wǎng)絡/通信協(xié)議的細節(jié)。

傳統(tǒng)的面向消息中間件通常采用點對點的消息傳輸結構，但在實踐中存在較多問題，此后消息中間件開始向發(fā)布/訂閱架構轉(zhuǎn)變，并成為企業(yè)應用集成中間件的一種核心機制，而基于發(fā)布/訂閱架構的消息中間件通常稱為發(fā)布/訂閱消息中間件（Publish/Subscribe Middleware，簡稱P/S MOM）或消息代理（Message Broker）。

在基于消息代理的分布式應用系統(tǒng)中，消息的發(fā)送方稱為發(fā)布者，消息的接收方稱為訂閱者，發(fā)布/訂閱模型用稱為主題的內(nèi)容分層結構代替了點對點模型中的惟一目的地，不同的消息通過不同的主題進行區(qū)分。發(fā)布者向消息代理發(fā)布其它應用系統(tǒng)感興趣的消息，而訂閱者從消息代理接收自己感興趣的消息，發(fā)布者和訂閱者之間通過消息代理進行關聯(lián)。消息代理適合于具有實時性、異步性、異構性、動態(tài)性和松耦合的應用需求。

（4） Web服務技術

Web服務提供了一種在廣域網(wǎng)絡上共享數(shù)據(jù)和功能的方法，是分布對象技術的重要補充。Web服務能夠通過XML消息及Internet協(xié)議完成與其他軟件應用的直接交互，它是傳統(tǒng)組件技術在互聯(lián)網(wǎng)應用環(huán)境下的延伸，其目的和作用是提供一種統(tǒng)一的規(guī)范和技術，為連接異構的企業(yè)應用系統(tǒng)提供基礎，為互聯(lián)網(wǎng)軟件應用提供統(tǒng)一的功能描述和共享機制，提供一種在不同平臺/系統(tǒng)之間進行應用層功能自動整合、自動化處理所需要的技術架構。

Web服務采用一套完全開放且獨立于實現(xiàn)平臺及程序設計語言的交互機制，形成了較為全面的協(xié)議族，其中SOAP、WSDL、UDDI以及上層面向服務組合的WS-BPEL等構成了Web服務協(xié)議族的核心。

XML語言的提出為Web服務相關標準的制訂做出了里程碑式的貢獻，目前幾乎所有的Web服務標準都建立在XML語言的基礎上。Web服務協(xié)議族最重要的是簡單對象訪問協(xié)議SOAP（Simple Object Access Propotol），它是Web服務通信的事實標準。SOAP支持應用程序與應用程序之間的通信，主要應用于商務對商務的通信以及企業(yè)應用集成。SOAP定義了如何通過軟件以獨立于各種編程語言或平臺的方式來構造消息、處理消息，從而使那些用不同編程語言編寫的程序之間具有互操作性，并能夠在不同的操作系統(tǒng)上運行；Web服務描述語言WSDL（Web ServicesDescription Language）用于描述Web服務的功能調(diào)用語法。它將Web Services描述定義為一組服務訪問端點，客戶端可以通過這些服務訪問端點對包含面向文檔信息或面向過程調(diào)用的服務進行訪問(類似遠程過程調(diào))；還有跨網(wǎng)絡尋找網(wǎng)絡服務的技術——UDDI ，它提供了一組基于標準的規(guī)范用于描述和發(fā)現(xiàn)服務，還提供了一組基于因特網(wǎng)的實現(xiàn)。服務注冊中心存儲了描述商業(yè)或其他實體的信息及其提供的服務的相關技術調(diào)用界面(或API)。至此，以上協(xié)議的引入和發(fā)布奠定了Web服務的基礎。

由于Web服務采用基于XML的開放的Web規(guī)范技術，具有更好的封裝性、高度的可集成性以及更好的開放性與互操作性。相對于COM/DCOM，RMI和CORBA等分布式組件模型，Web服務具有松散耦合性、簡單性、高度可集成性和開放標準等特點。通過Web服務能夠屏蔽分布式系統(tǒng)間的差異，為跨平臺、松耦合、語言無關的網(wǎng)絡環(huán)境下的資源共享和集成提供了解決方案。

Web服務運行平臺為Web服務提供了運行和管理環(huán)境，實現(xiàn)了服務部署、執(zhí)行、管理、監(jiān)控等功能，使得服務能夠遵照標準的服務契約向服務消費者提供業(yè)務功能。目前，主流的開源Web服務運行平臺包括：Apache的Axis、Axis2和Apache CXF。商業(yè)Web服務平臺包括IBM 的WebSphere、Microsoft的Windows通信框架（WCF：Windows Communication Framework）、SUN的Sun GlassFish Enterprise Server等。

作者簡介：

魏曉東，1967年畢業(yè)于天津大學精儀系。1984~1991年任安徽工業(yè)大學自動化系副教授。1991年出版《分散型控制系統(tǒng)》（ 上海科技文獻出版社） 。2000~2012年任北京和利時系統(tǒng)工程公司副總工、事業(yè)部總設計師，北京地鐵13號線、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程技術總負責人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動化系統(tǒng)與技術》初版與第二版（電自工業(yè)出版社）；2010年主編國家標準《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設計規(guī)范》（GB50636-2010）《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB/T50732-2011）；2010年主編關于兩化融合的國家標準《工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)規(guī)范》（GB/T26335-2010）。2013年至今任清華同方數(shù)字城市工程中心技術專家，住建部城市軌道交通標注技術網(wǎng)Eu委員會委員，全國自動化系統(tǒng)與集成標準技術委員會委員。

摘自《自動化博覽》2017年5月刊