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CIMS企业中的多数据库集成技术
2006年7月27日 14:13  来源:现代集成制造系统网

    摘要:计算机集成制造系统是一个极其复杂的系统,同时参与集成的企业之间的信息系统,包括了各种分散、自治、异构的多数据库系统,因此,如何有效地集成这些异构信息,就成为目前实现CIMS企业的一个关键问题。我们在开发的CIM集成平台HIT-IIS系统的基础上,设计了扩充信息服务器类的方案,着重讨论了其中在CIM集成平台环境下的多数据库系统的集成模式结构,及其基于Client/Server的系统结构,并提出了多数据库集成器的概念与功能结构。?

    关键词:计算机集成制造;CIM集成平台;多数据库系统;互操作性?

    中图分类号:TH166;TP391.4文献标识码:A??

    0引言?

    在CIMS环境中,数据的成分相当复杂,既有结构化数据,又有大量的非结构化数据;CIMS环境中的数据源也是十分异构的,既有关系型数据源,如Oracle、Sybase数据库等;又有导航式数据源,如IMAGE网状数据库、IMS层次数据库等;也有面向对象的数据源,如O2、ONTOS等面向对象数据库,甚至还存在大量的文件系统,如目前大多数CAD系统是以文件系统和专用数据库系统为基础的。CIMS环境中的数据源具有以下特点:①数据源是相当异构的;②数据源在地理位置上是分散的;③数据表示十分复杂,数据之间的语义联系也相当丰富;④在CIMS环境中存在大量的独立进行设计的数据源,在这些数据源之间既要进行数据的交换与共享,又要保持一定的独立性和局部自治性。?

    因此,在这种异构分布的环境下,如何实现分布的应用系统间、应用系统与多种异构数据源之间的互联与互操作,在各种数据源自治的基础上实现数据的共享与分布处理,是当前CIMS集成技术的关键之一??[1]?。?

    另一方面,CIMS的信息集成与功能集成需要依赖集成平台或基础结构系统的支持。CIM集成平台系统是CIMS的一个基本信息支撑环境,它为CIM系统的建立与运行提供一组包括信息集成、功能集成所需的基本处理和通讯功能在内的公共服务集合。面向CIM系统的多数据库集成往往要通过CIM集成平台来实现。我们曾自行开发了一个CIM集成平台原型系统HIT-IIS(HarbinInstitueofTechnology-InfraStructure)??[2]?,并对其信息服务器类进行扩充,增强了多数据库集成服务功能。该扩充平台通过基于Client/Server结构的多数据库集成技术,将CIMS环境中存在的各种自治和异构的多个局部数据库中的信息进行有效地集成,以实现全局范围内的信息共享。

    1HIT-IIS集成平台系统及其信息服务?

    我们在参照欧共体开发的CIM开放系统体系结构——CIM-OSA的基础上??[3]?,通过对CIM-OSA的具体化、修改、完善和进一步扩充,设计并开发了开放式CIM集成平台原型系统HIT-IIS,其功能结构如图1所示。该集成平台主要包括四大类服务器,即经营过程服务器、信息服务器、通讯服务器和前端服务器。?

    (1)经营过程服务器类。该服务器类为CIM企业经营过程的执行提供处理与控制服务。?

    (2)信息服务器类。该服务器类为CIM系统的建模、实施与运行提供一致的信息管理与服务。?

    (3)通讯服务器类。该服务器类负责CIM的系统范围的数据通讯与信息交换,并借助于网络通讯服务系统实现CIM的分布处理与控制。?

    (4)前端服务器类。该服务器类负责HIT-IIS系统与各类企业功能实体的连接与交互,并为企业行为与过程提供能力资源和执行机制服务。?

    其中,信息服务器类主要实现CIM系统范围内异地、异构数据库一致的透明存取,因此在设计该服务器类时,应充分考虑CIM系统的数据集成环境的特点:异构分布的数据库群与分布式的文件系统并存的情况、信息服务器类与CIM集成平台中其它各服务器类的相互关系、信息服务器类与外部支撑环境的关系等。?

    在HIT-IIS集成平台中,实现系统范围数据的访问服务,由多数据库集成服务器来完成。该服务器作为HIT-IIS集成平台的一个重要组成部分,有机地集成了CIM企业中各个异构的分布数据库,支持CIM系统中的信息集成。

    2多数据库集成系统的体系结构?

    在HIT-IIS集成平台中,采用基于Client/Server的方式来设计多数据库集成系统的体系结构,该系统具有高性能、易扩充、开放性和易维护等特点。?

    2.1多数据库集成系统的数据模式结构?

    在集中式数据库中一般采用传统的三级模式结构,但是随着数据库技术的发展,这种结构已不能完全描述多数据库集成系统的逻辑结构,因此,Sheth&Larson提出了一种多数据库集成系统的五级参考模型[4]。在HIT-IIS集成系统中,我们根据CIM应用与实际需要略去了成员模式,同时将其中的联邦模式改为集成模式,提出以下多数据库集成系统的数据模式结构:?

    (1)局部模式。每个局部数据库的概念模式称为局部模式,用局部数据库的原始数据模型表达。?

    (2)输出模式。在参与多数据库集成时,每个局部数据库向外部提供一种集成所需的输出模式,它描述了局部数据库中参与全局系统共享的局部数据信息。?

    (3)集成模式。多个输出模式的有机集成,是全局一致的模式,可将其视为系统范围的概念模式。它描述了参与集成的局部数据库间数据的关系、集成模式与各局部数据库的输出模式及其数据操纵命令间的映射等等。?

    (4)外部模式。多数据库系统拥有一组外部模式,它们包含面向外部特定用户和应用的描述。?

    目前对象-关系数据库管理系统(ObjectRelationalDataBaseManagementSystem,ORDBMS)既支持SQL,具有良好的通用性,又具有面向对象特性,支持复杂对象和复杂对象的复杂行为,同时正在制定的新的SQL国际标准(SQL3)也体现了ORDBMS的特征,ORDBMS适应了新应用领域的需要和传统应用领域深化发展的需要,因而近几年来获得了快速的发展。基于以上考虑,在HIT-IIS集成系统中,采用ORDB(Object-RelationalDataBase)作为集成模式的数据模型。

    2.2多数据库集成系统体系结构?

    多数据库集成系统的体系结构如图2所示。它采用Client/Server体系结构,客户节点的Client包括远程数据库访问RDA客户、各种DBMSDriver、多数据库集成器(Multi-DataBaseIntegrator,MDBI)以及应用程序编程接口API等;服务节点的Server包括远程数据库访问(RemoteDataAccess,RDA)服务器、各局部数据库及其相应的Agent等。?

    多数据库集成系统分为局部层、通讯层与互操作层。?

    2.2.1局部层?

    局部层实现具体的数据的存取,它包括各个自治、异构的局部数据库及其相应的Agent。Agent和局部数据库在同一主机上运行,它从通讯层的RDA服务器接收,经过翻译的数据库命令传送给相应的局部数据库;局部数据库完成此数据库命令后,负责接收响应的结果,然后将其反馈给RDA服务器。局部层中的Agent与互操作层中的Driver是对应体。因为要实现一个多源数据库集成系统,参加集成的各个局部数据库在数据模式、操作模式等方面都存在很大的相异性,同时参与集成的各个局部数据库又要保持一定自治性,因此,把各个相对独立的局部数据库中预参与集成的部分信息,如局部数据库的配置信息、数据模式信息,以及参与集成的部分表信息等等包含在各自的Agent中,以便减少整个系统配置的工作量,同时可大大加快数据查询的速度;Client端中的Driver包含与其对应的Agent中的相关信息,如局部数据库中SQL语句操作规范信息、部分数据字典信息等等。这个接口对于系统的通用性和可扩展性也很重要。如果在系统中配置一个新的DBMS,只需为其编写相应的Agent,并在Client端编写对应的Driver,即可添加新的DBMS。

    2.2.2通讯层?

    通讯层主要基于计算机网络实现Client/Server机制,由远程数据库访问RDA客户和RDA服务器组成。RDA是在OSI各项标准的基础上,支持在不同成分数据库之间进行访问的一个标准。关于RDA服务和协议,在RDA标准与SQL2上都有详细的规定。?

    我们在分析了RDA客户/服务器结构模型的基础上,为适应CIMS集成平台的特点对其进行了修改,其中RDA客户是发起RDA对话和请求服务器执行RDA操作的用户,RDA服务器向其客户提供数据库服务。其工作流程为:由RDA客户发出经DBMSDriver进行必要处理后的数据库访问的请求,通过LAN或WAN把这些请求传送到远程RDA服务器,该服务器访问对应的局部数据库的Agent,然后返回响应(给出结果或出错信息)。该响应再按照上述相反方向反馈RDA客户,从而完成一次远程数据库访问在通讯层的请求-响应。

    2.2.3互操作层?

    互操作层由各种DBMSDriver、多数据库集成器(MDBI),以及应用程序编程接口API等组成。?

    (1)DBMSDriver。HIT-IIS集成平台的多数据库集成系统与局部数据库的接口,通过DBMSDriver以及相对应的Agent来完成。为了实现与Agent相互间的通讯,在Client端配置了DBMSDriver,以支持集成模式、输出模式以及它们之间的部分转换。DBMSDriver接收从MDBI发出的带有源数据库地址信息的数据请求,同时还向MDBI提供从相应的DBMSAgent反馈回的数据请求的响应信息。Driver具有专用性,每个局部数据库都有自己的Driver。?

    (2)多数据库集成器。该集成器是HIT-IIS集成平台中多数据库集成系统的核心部分,主要支持异地、异构数据库的集成。?

    (3)应用程序编程接口API。该应用程序编程接口保证了应用程序员对后台DBMS的透明访问。通过应用程序编程接口API,程序员只需指出所要访问数据源的所在,并提出一些必要的配置,就可以以一种统一的方式对后台数据源进行存取、检索等处理,真正做到系统访问的透明性。

    3MDBI集成器

    在多数据库集成系统的互操作层中,设置了一个MDBI集成器。HIT-IIS集成平台通过应用编程接口API或直接和MDBI集成器交互,通过DBMSDriver透明存取它所需的全局范围内的数据信息。MDBI主要实现多数据库集成系统中模式转换、语法转换、语义控制、并发控制和数据信息的分布收发控制等功能。其功能结构如图3所示。

    现将MDBI各功能模块描述如下:?

    (1)接口管理模块。接口管理模块为HIT-IIS集成平台、应用程序编程接口提供一致的与MDBI集成器交互的方式。?

    (2)全局事务管理模块。该模块将对全局范围的事务进行管理,实现多数据库集成环境中全局事务的一致性的并发控制与恢复机制,保证全局事务的原子性、可串行性、可持续性及隔离性等。为使全局事务在各个局部数据库中实现串行化,多数据库集成必须解决在局部事务之间产生直接冲突(在MDB事务的子事务之间产生)与间接冲突[5]?。?

    (3)全局查询处理模块。该模块负责接收查询、语法检查、查询优化与查询分解。全局查询被分解成一些子查询,每个子查询在相应的局部数据库中执行。此模块中的查询优化器负责建立一个存取策略,以解决查询涉及的相关局部数据库、相关数据库的访问策略、相关数据库查询结果的组合以及全局处理的位置等等。在查询处理过程中,应检查全局查询约束。

    (4)模式转换模块。模式转换模块实现输出模式与集成模式之间的相互映射及其转换,为MDBI提供一致的集成模式。?

    (5)语义控制模块。语义控制模块解决由于各局部数据库的异构性而引起的在数据对象的命名、数据的格式以及数据结构等方面存在冲突的问题,并进行全局语义完整性控制,为全局用户提供全局数据信息的集成和统一的表示。?

    (6)全局数据字典模块。全局数据字典模块存储数据库以及系统当前的配置信息,包括异构数据库的模式结构信息,语义约束、语法规则的定义,不同模式之间的映射关系,不同语义、语法之间的转换规则等等。?

    (7)定义维护模块。定义维护模块负责数据库定义与描述,支持多数据库结构的增删,以及更改现有系统的配置,为系统提供良好的可扩充性与可维护性。?

    (8)结果处理模块。结果处理模块收集并处理查询请求的返回信息,并进行一致化处理与合并,从而反馈给用户所要的数据。?

    (9)分布控制模块。分布控制模块接收MDBI查询的命令,对数据进行分布查询处理,然后根据数据包中数据库的源地址信息,发送到相应的DBMSDriver;同时它还负责接收从底层DBMSDriver发送的响应信息的数据包,经过分布查询结果的合并后提供给MDBI。

    4MDBI集成器中的数据存取流程

    在HIT-IIS集成平台环境下,多数据库集成系统的数据存取流程如下:?

    (1)CIM企业的应用系统通过经营过程、活动及功能操作,经由HIT-IIS集成平台中的信息服务器向多数据库集成系统发出数据访问请求;?

    (2)多数据库集成系统首先对该请求进行语法检查、模式和语义转换、查询分解与翻译,形成MDBI统一的数据查询格式;

    (3)通过MDBI中分布控制模块,将需要访问的数据信息进行分布查询处理,以数据包的形式传送给DBMSDrivers;?

    (4)DBMSDriver在RDA客户/RDA服务器通讯层的支持下,实现与相应DBMSAgent的交互,将具体的数据存取任务交予局部数据库处理取得结果数据;?

    (5)DBMSAgent将接收到的处理结果,通过RDA客户/RDA服务器通讯层,将结果数据传送给对应的DBMSDriver;?

    (6)MDBI集成器的分布控制模块,将接收到的结果数据进行合并处理,并经过数据的重新组合,转换成多数据库集成系统的统一格式后,通过经营过程、活动及功能操作等提交给CIM应用系统。

    5结束语?

    多数据库集成是目前数据库研究中的一个重要领域,其中在系统体系结构和设计等方面还存在诸多的问题有待解决。根据CIMS信息集成的需求,在CIMS集成平台的环境下,对多数据库集成的模式结构和系统体系结构进行了探讨和研究,提出了HIT-IIS集成平台中基于Client/Server的多数据库集成系统的体系结构,并介绍了多数据库集成器—MDBI的结构与功能。我们在基于CIMS集成平台HIT-IIS特点的基础上,采用面向对象的技术,完成了对该多数据库集成系统的详细设计任务,目前正力图开发出一个通用的多数据库集成器——MDBI,支持CIMS的信息集成。  

 
 [关键词]:CIMS 数据库 集成技术  发表评论    【推荐】 【打印

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