集成系統概述李瑞軒rxli@sina:///~rxli/華中科技大學計算機學院1主要內容第一章概述第二章集成系統的建模方法第三章數據交換標準第四章中件/群件/組件概論第五章中間件技術第六章分布式對象技術第七章數據集成技術第八章XML技術第九章Web效勞2引論交換與共享(互連、互通、互操作)分布式系統(DistributedSystem)手段、建模、標準、中間件、群件、組件…IntegratedSystem(集成系統)34集成系統的特征異構性分布性開放性平安性可伸縮性容錯能力并發性透明性5系統集成〔SystemIntegration〕所謂系統集成，就是通過計算機和網絡技術，將各個別離的設備、功能和信息等集成到相互關聯的、統一和協調的系統之中，使資源到達充分共享，實現集中、高效、便利的管理。系統集成采用功能集成、網絡集成、軟件界面集成等多種集成技術。系統集成實現的關鍵在于解決系統之間的互連和互操作性問題，它是一個多廠商、多協議和面向各種應用的體系結構。需要解決各類設備、子系統間的接口、協議、系統平臺、應用軟件等與子系統、建筑環境、施工配合、組織管理和人員配備相關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研究路線以數據模型為根底以標準為準那么以數據庫為核心以中間件、群件、組件為技術手段集成系統的核心與本質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集成技術的源動力與目標

1、解決SD+NSDStructuredData+Non-StructuredData2、HDS的同化HDS：HeterogeneousDistributedSystem〔異構分布式系統〕3、適應體系結構的變化Client/Server→Client(browser)/WebServer→Client/Cluster→Client/Networking→Client/VirtualServer→PervasiveComputing4、適應大的集成〔提供一個良好的協同工作環境〕CSCW：ComputerSupportedCooperativeWork〔計算機支持的協同工作〕11集成技術的定位應用層概念層(Model)支撐層(M.G.C.)OS,DBMSNetworks系統集成的主要研究對象M:MiddlewareG:GroupwareC:Component121.3CIMS簡介CIMSComputerIntegratedManufacturingSystem，計算機集成制造系統集成系統在工業(制造業)中的應用1、提出者：JosephHarringtor1973年132、概念核心(無統一定義)企業中各部門：市場分析，經常管理工程設計，加工制造，裝配測試、質量管理、倉庫管理、售前售后效勞等作為一個整體，它們協同工作為到達企業的經營目標而努力。在正確的時刻把正確信息以正確的方式送給正確的人(或機器)以便作出正確的政策。3、根本組成:生產指揮系統產品工程設計系統柔性制造系統質量保證系統以Net.DB為根底的支撐系統14第二章集成系統的建模技術2.1幾何數據模型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、非結構化〔分形圖形〕數文化：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年法國數學家提出了“英國的海岸線有多長？〞的問題，這好似極其簡單，因為長度依賴于測量單位，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發現：當測量單位變小時，所得的長度是無限增大的。他認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那么和極不光滑。我們知道，經典幾何研究規那么圖形，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，傳統上將自然界大量存在的不規那么形體規那么化再進行處理，我們將海岸線折線化，得出一個有意義的長度。可貴的是Mandelbrot突破了這一點，長度也許已不能正確概括海岸線這類不規那么圖形的特征。海岸線雖然很復雜，卻有一個重要的性質——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節。要定量地分析像海岸線這樣的圖形，引入分形維數也許是必要的。經典維數都是整數：點是0維、線是1維、面是2維、體是3維，而分形維數可以取分數，簡稱分維。17(2)Mamdelbrot測量海岸線分形(Fractal)的創始人，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"產生無規那么的碎片"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節并不比整體所包含的少，不斷重復的無窮嵌套，形成了奇妙的分形圖案，它不但包括嚴格的幾何相似性，而且包括通過大量的統計而呈現出的自相似性18曼德勃羅集的原始圖形，從它出發，每一個細部都可以演繹出美麗無比的夢幻般的仙境似的圖形1920分形應用用分形理論看當前股市分形分維的經絡形態及解剖結構用分形方法預測2020年我國乙烯年產量分形與神經網絡方法在衛星數字圖像分類中的應用分形理論在刀具磨損研究中的應用變維分形模型預測臺風路徑分形理論在社會科學中的應用

…….21二、多媒體數據建模方法多媒體錄像：以鏡頭為單位的檢索(連續檢索)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結構化建模經典層次模型，網狀模型，關系模型，E-R模型SD+NSD集成模型自描述模型〔Self+D〕。用于制造業CAD、CAM與MIS集成〔建一個公共模型〕。

經典——語義建模232.4IDEF－復雜系統建模方法

IDEF:ICAM〔IntegratedComputerAidedManufacturing)DEFinitionmethod，集成計算機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3種方法:IDEF0——功能建模 IDEF1——信息建模IDEF2——動態建模2425隨著信息系統開展，又開發出IDEF族方法：IDEF0——通過分解功能、分類功能間的聯系來描述系統功能IDEF1X——數據建模IDEF2——一種以數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結構的方法IDEF4——面向對象〔OO〕的設計方法IDEF4C＋＋——使用C＋＋語言的OO設計方法IDEF5——本體描述獲取方法IDEF6——設計理論〔rationale〕獲取方法IDEF8——人－系統交互設計方法IDEF9——業務約束發現方法IDEF14——網絡設計方法……26IDEF0FunctionModelingIDEF1InformationModelingIDEF1XDataModelingIDEF2SimulationModelDesignIDEF3ProcessDescriptionCaptureIDEF4Object-OrientedDesignIDEF5OntologyDescriptionCaptureIDEF6DesignRationalCaptureIDEF8UserInterfaceModelingIDEF9Scenario-DrivenISDesignIDEF10ImplementationArchitectureModelingIDEF11InformationArtifactModelingIDEF12OrganizationModelingIDEF13ThreeSchemaMappingDesignIDEF14NetworkDesignIDEF族2728根據用途，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、功能之間關系的分類〔如按照輸入、輸出、控制和機制分類〕來描述系統功能IDEF1用來描述企業運作過程中的重要信息IDEF3支持系統用戶視圖的結構化描述IDEF5用來采集事實和獲取知識第二類IDEF方法的重點是系統開發過程中的設計局部。主要有兩種IDEF設計方法：IDEF1X可以輔助語義數據模型的設計IDEF4可以產生面向對象實現方法所需的高質量的設計產品29IDEF1.X(信息建模)1、定位于概念模型層2、根本術語：PK主關鍵字ALK候選關鍵字FK外鍵PK遷移NormalForm范式DEFI1Xe303、模型的構建：實體，屬性，聯系IDEF1.X信息建模框架IDEF1.X>3NF實體獨立實體從屬實體聯系確定聯系非確定聯系連接聯系分類聯系可標定聯系非標定聯系完全分類不完全分類314、實體獨立實體：實體的每個實例都能被唯一標識，而不取決于它與其它實體的聯系無FK作為該實體的PK表示法：用長方形盒表示實體名PKAFK…B附屬實體：實體的實例唯一標識賴于實體與其它實體的聯系一個完整的FK是該PK〔或一局部〕表示：用圓角盒325、連接聯系〔父子，1對多〕可標定聯系子實體每個實例由它與父的聯系而確定注意：子必須繼承父的PK，且作為自身PK〔或一局部〕子實體一定是附屬實體表示方法：用父→子的實線表示非可標定聯系子實體的每個實例都能被唯一標識無須了解與父的聯系注意：子必須繼承父的PK，但納入屬性欄內子可以是獨立實體，也可以是附屬實體〔其它作用產生〕表示方法：用父→子的虛線表示工廠名PK……工廠名FK倉庫名……336、分類聯系：表示父〔一般實體〕與子〔分類實體〕之間的聯系〔1〕完全分類一般實體中的每一個實例一定是某個分類實體的實例表示方法：教師教授講師助教見習一般實體分類實體注意：分類實體一定是附屬實體，它與一般實體有相同的PK鑒別器——分類的準那么，它可以有屬性鑒別器34〔2〕不完全分類：存在一個一般實體的實例，它不與任何分類實體的實例相聯系表示方法：鑒別器7、非確定聯系(m：n)——必須轉化〔1〕引入一個相關實體(AssociativeEntity)〔2〕相關實體的PK=∑PKi〔3〕相關實體是附屬實體。〔4〕去掉〔m:n〕連線，改為2個1:m35

例：學號,課號非確定聯系〔轉化后必須去掉〕學生課程368、屬性單主規那么：除了Key的遷移外，一個屬性只能出現在一個實體中。只有父的PK才能向下遺傳。9、IDEF1.X建模步驟 工程方案，確定目標范圍收集數據定義實體定義聯系定義Key定義非PK屬性集成模型保證標準化程度>3NF自動轉換工具在內部建立表格框架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：根據實際背景建立一個信息系統的IDEF1.X模型要求：①

實體數>5 ②

聯系種類≥2③

屬性個數≥3教師，課程，學生教授，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表達力強豐富的分析技術表達能力與圖靈機等價(2)應用人工智能，OS形式語義，并行系統，網絡協議，軟件工程，線路設計……422、根本表達兩類結點的有向圖Place〔庫所〕：資源、狀態，用○表示Transition〔變遷〕：活動，用□表示弧(有向)例：經典Petri網：StartFinishfreebusyinout點火433、高級Petri網有色Petri網〔color〕時向Petri網〔time〕層次Petri網〔hierarchy〕……ISO——1997年形成高級Petri網標準44第三章數據交換標準

網上交換共享產品模型數據設計數據CAD工藝數據CAPP管理數據環境異構應用異構語義差異功能PDES：ProductDataExchangeSpecification(產品數據交換標準)(美國標準)STEP：StandardfortheExchangeofProductModelData(產品模型數據交換標準)(ISO標準)IGES：InitialGraphicsExchangeSpecification(初始圖形交換標準)3.1產品數據交換標準453.2多系統信息交換方式1、直接傳輸執行效率高，但缺乏獨立性系統A系統B數據傳輸程序——數據交換的主要方式462、專用傳輸方式效率高缺點：系統數n↑，接口數n(n-1)/2↑系統A系統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間定義一個公用的傳輸格式優點：接口為2n個缺點：實施時(特別是IGES實施)有缺陷公用傳輸方式前后前后A1An484、統一的數據模型n個系統采用統一的數據模型用它的數據(庫)管理軟件，各系統直接交換與共享統一的數據模型及管理軟件標準數據格式File或DBA1A2An493.3XML數據交換XMLeXtensibleMarkupLanguage可擴展的標記語言SVG：ScalableVectorGraphicsVML:VectorMarkupLanguageSMIL:SynchronizedMultimediaIntegrationLanguage……——主流數據交換標準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：中間件是一種獨立的系統軟件或效勞程序，分布式應用軟件借助這種軟件在不同的技術之間共享資源，中間件位于客戶機效勞器的操作系統之上，管理計算資源和網絡通訊特點：處于應用軟件和系統軟件之間的一類軟件中間件=平臺+通信中間件應實現應用之間的互連、互通與互操