开放式系统架构

开放式系统架构（精选九篇）

开放式系统架构 篇1

关键词：系统工程,模块化开放式系统架构,商用可用技术

一、引言

近年来, 随着信息技术的飞速发展, 技术的进步, 为推动开放式系统设计的广泛应用, 奠定了重要基础。

模块化开放式系统设计方法是综合的技术及商业策略, 对组成系统的硬件及软件进行模块化设计, 并对关键接口采用商用、广泛应用的接口标准。通过应用开放式系统设计方法, 可以降低系统组建费用, 缩短开发过程, 同时为解决方案提供了灵活的系统架构, 可及时地注入新的技术, 跟进技术的发展。

通过深入研究开放式系统架构设计的指导原则和基本原理, 结合模块化开放式系统架构实施的系统工程学参考标准, 对于优化系统设计与开发, 具有重要意义。

二、开放式系统基本定义

开放式系统是为满足一定需要而设计的相互作用的组件及其子系统的集合, 系统由模块化的硬件及软件组成, 各组件及子系统之间松散耦合, 采用统一的、正式的接口规范来对关键接口进行定义, 并以此作为信息交互的基础[1]。

通常, 开放式系统具备以下主要特征: (1) 采用良好定义的、广泛使用的、非私有的接口标准及协议; (2) 使用由认可的标准组织或商用领域开发或采用的标准; (3) 对系统接口进行全面定义, 以实现方便地增加新的或额外的系统功能; (4) 通过整合额外的或更高性能组件, 以对系统最小的影响, 实现系统扩展或升级[2]。应用标准的开放式系统架构, 可以极大地促进系统开发, 以及提高未来注入新技术的能力[3]。

开放式系统设计方法, 并非针对某个特定领域的私有设计方法, 而是基于系统工程学的设计方法, 提供了系统架构设计的指导思想, 适用于系统工程设计。

如上图所示, 雷达开放式系统架构模型应用了开放

◆崔昆涛孙文力孙文强

式系统设计方法, 该模型适用于综合船桥系统、VTS系统中雷达子系统设计及开发。

系统设计对整个雷达系统进行了模块化分解, 主要包括:导航雷达传感器、雷达开放式应用模块 (ROAM-Radar Open Application Module) 、导航雷达应用系统三个组成部分。导航雷达应用系统通过ROAM提供的开放式接口完成对雷达传感器的通信控制、状态反馈, 以及资源管理。

完成开放式系统设计后的导航雷达系统, 在其典型的工程应用领域, 包括:综合船桥系统、VTS系统, 在系统开发、部署过程中, 可大量采用COTS产品, 并充分利用以信息技术核心的多种先进商用技术发展所取得的优势, 体现了开放式系统的重要特征, 同时也是开放式系统应用领域的发展趋势。

三、应用开放式系统架构的指导原则

当用开放式系统架构为工程开发设计解决方案时, 架构设计人员应遵循以下基本原则, 对于架构设计过程而言, 需要在以下方面反复地向前推进。

(1) 进行开放式系统原理的培训。对于开放式系统设计而言, 需要透彻理解一些特定的关键概念, 不仅仅局限于模块化和交互性, 通过开放式系统原理的培训, 达到从系统工程学方法解释开放式系统原理关键要素的能力。 (2) 进行开放式系统架构定义方法的培训。对于架构设计而言, 需要对UML、Sys ML、Mo DAF架构设计观点有清晰的认识, 通过开放式系统架构定义方法的培训, 达到具备为这些工具的如何使用建立指导原则的能力。 (3) 建立系统边界。建立系统边界是非常重要的, 同时, 也是较为困难的。系统设计时, 需要最早地考虑系统边界。 (4) 建立初选架构。架构是一个共享资源, 整个工作组围绕架构运作, 早期的候选架构将对系统运行发挥重要作用。初选架构的粒度也是重要的设计方面, 粒度不要太粗, 也不要太细。 (5) 应用COTS产品构建基础结构。当采用COTS产品为工程解决方案构建基础设施时, 需要尽早地对基础结构和特定领域的应用程序进行区分和识别。 (6) 组件重用性。对于开放式系统, 需要对解决方案中的大多数组件进行工程化处理, 以达到实现组件重用性的目的。 (7) 为开放式架构的应用建立管理组织。系统架构设计时, 应建立专门的实体组织负责架构及接口说明的开发, 同时, 该组织应同时具备商业/法律的能力, 以保持解决方案的开放性。 (8) 理解应用程序领域和基础结构所提供的可用标准。通常情况下, 在基础结构中, 应用COTS产品进行基础架构时, COTS产品均标明可用的协议和标准, 同样对于基础结构所支持的特定领域的应用程序也有相应的适合标准。 (9) 确定组件接口。对于工程应用, 一些接口需要进行重新定义, 特别是应用程序组件之间的接口。作为新的开放式标准, 管理工作组负责获得和维护这些定义。 (10) 确立远景系统和具备可持续性增加能力的构件。开放式系统具有长的生命周期, 会由很多功能构件组成, 因此, 确立远景系统 (长远目标) 和一系列的过渡性解决方案可以确保架构设计小组有一个共同的方向。 (11) 为开放式系统建立试验和验收程序。模块化和开放性为降低测试、鉴定和认证等过程的费用提供了新的途径。 (12) 为系统整合建立采办程序。应为系统整合建立一个支持开放性采购的综合环境。 (13) 为组件建立采办程序。当确立系统架构的时候, 应考虑组件采办方面的问题。 (14) 确立架构和说明的维护程序。 (15) 建立维护构件一致性和完备性测量的方法。

四、模块化开放式系统架构方法原理

模块化开放式系统架构 (MOSA-Modular Open System Architecture) 方法优点的实现依赖于五大基本原理, 包括:建立MOSA可行的环境;应用模块化设计;设定关键接口;关键接口采用开放式标准;符合性认证, 以上五大基本原理构成了模块化开放式系统方法实施的基础。

多年来, 美国国防部积极推动电器化组件应用于武器系统部署, 以使国防部能够同步进行系统现代化改造, 或应用新的组件建立新的武器系统。

2 0 0 1年6月1 0日, 美国国防部通过官方发布《Do D 5000.2-R重要防御系统和自动化信息系统采购程序的强制流程》, 指出美国国防部将开放式系统方法用于所有武器系统的电子设备采购, 以满足更快速、更经济性保持优势作战能力的要求。

2008年12月2日, 美国国防部通过官方又发布了《Do DI 5000.02指南》指出, 要将模块化开放式系统方法用于武器装备系统设计, 以实现经济性的改进, 并满足战场交互能力的需要[4]。

对此, 美国国防部建立的开放式系统联合任务工作组, 对在国防武器系统采办中评价和鉴别MOSA实施的五大系统工程基本原理进行了说明。

(1) 建立MOSA可行的实施环境。建立MOSA可行的实施环境, 项目管理者需要确立支持性要求、商业实践、技术开发、采办、试验评估和产品支持性的整体性战略, 以满足开放式系统有效开发的需要。

在工程应用开发过程中, 我们在建立可行的MOSA环境时, 积累了一些支持性实践经验, 主要包括:明确并分配MOSA实施的职责、保证适当的MOSA环境实施的经验和培训、进行连续的市场调查、主动识别和克服可能降低或破坏MOSA有效实施的困难和障碍等。

(2) 应用模块化设计。课题组在系统设计过程中, 包括综合船桥系统、VTS系统, 从工程角度, 对系统进行适当的功能性分割, 分成不同的功能性模块, 使系统更容易开发、维护、修正或升级。对系统进行模块化设计后, 对于经常变化或随时间演变的功能模块, 可以方便地进行升级和改变, 并对系统现存的其他部分或组件产生最小的影响。

进行系统模块化设计时, 应注意以下几个方面: (1) 从系统工程学角度, 把系统分为松散耦合的、可升级的、可重用的功能性模块, 这些模块由独立的、齐全的功能性要素组成; (2) 对模块的接口进行严格而明确定义, 以面向对象的方式, 描述模块的功能; (3) 设计应容易改变, 以达到应对技术发展和满足最大程度上, 为关键接口应用通用工业标准的要求。

如图2所示, 即为模块化开放式系统架构设计模型。

(3) 设定关键接口。模块化开放式系统架构设计方法, 并不是控制和管理系统内部和系统之间的所有接口, 而是将接口分为关键接口和非关键接口来进行管理。

在实际工程实施过程中, 可通过技术稳定模块和易

变模块, 高可靠性模块和易失败的模块, 低交互性影响的模块和传输关键交互信息的模块等特征进行区分, 辨识关键接口和非关键接口。对于系统关键接口应采用开放式标准, 可以使系统达到最大的生命周期收益[5]。

(4) 关键接口采用开放式标准。接口标准规定了系统要素 (硬件和软件) 之间的物理性、功能性和操作性联系, 以实现可替代性、互联性、兼容性和通信, 并增强系统逻辑支持能力。通常情况下, 为系统接口选择合适的标准应基于对可用标准的市场调研, 以及严格的系统工程学处理特定应用。一个系统的开放程度, 很大程度上取决于其子系统、组件所采用的接口标准的开放性水平[6]。标准的选择应基于其成熟性, 市场接受性和可实现未来技术注入的允许程度。通常情况下, 应首选开放式接口标准, 其次是事实上的接口标准, 最后是政府和私有接口标准。

在识别接口标准过程中, 根据定义的接口, 对现有可能适用的接口标准进行市场调研, 以评估其开放性和成熟度[7]。应用开放式标准可以降低商业投入和技术退化的风险, 可以允许以较低的复杂性和费用实现系统的快速更新, 实现系统实施及维护的经济性。

(5) 符合性认证。系统开发管理过程中, 应建立确认和验证机制, 如符合性认证和试验计划, 保证系统及其组件模块, 符合内部和外部的开放式接口标准, 以实现模块的即插即用, 和网络为中心的信息交互。开放式系统认证和验证必须成为贯彻于整个组织变化和配置管理过程的综合组成部分。

五、MOSA实施的系统工程学参考标准

MOSA的有效性很大程度上取决于其是否是一个完善的系统工程学过程处理的综合组成部分。因此, 建议将MOSA与系统工程化过程整合, 因为, 其对系统设计产生了最大的影响, 并为用户的最终产品产生最大的效益。

MOSA是一种系统工程设计理念, 是基于模块的开放式体系设计的物化结构, 是开放式架构的发展[8]。

基于此, 在这方面, 可参考的, 作为MOSA实施基础的系统工程处理标准包括: (1) EIA 632:系统工程学处理 (Processes for Engineering a System) ; (2) ISO 15288:系统工程学—系统生命周期处理 (Systems Engineering-System Life Cycle Processes) ; (3) IEEE1220:系统工程学处理的应用和管理标准 (Standard for Application and Management of Systems Engineering Process) 。

结语

信息技术飞速发展, 应用开放式系统设计原理以及COTS技术, 充分发挥开放式系统的技术优点, 可以构建一个开放式的、面向信息的, 同时具备数字化、网络化、分布式、智能化等高级组织形态的开放式系统, 对于系统开发、部署、维护, 以及系统整个生命周期内的演变, 具有重要意义。H

参考文献

[1]李晓辉.开放体系结构计算环境发展研究[J].仪器仪表学报, 2011, 32 (6) :25-29.

[2]黄永葵, 薛秋晖, 李卫民.开放式系统结构及其标准研究[J].航空电子技术, 2005, 36 (1) :34-41.

[3]Nelson John A.Net centric radar technology and developmentusing an open system architecture approach[J].IEEE National RadarConference Proceedings, 2010, 1476-1479.

[4]DoD.Department of Defense Instruction:5000.02.2008.

[5]Swearingen Kevin, Majkowski Wayne, Bruggeman Brian etc.Anopen system architecture for condition based maintenance overview[J].IEEE Aerospace Conference Proceedings, 2007, 1-8.

[6]Nelson John A.Radar open system Architectureprovides net centricity[J].IEEE Aerospace and Electronic SystemsMagazine, 2010, 25 (10) :17-20.

[7]赵杰, 熊华钢, 朱晓飞, 等.国外通用开放式结构标准的应用情况[J].航空计算技术, 2011, 41 (2) :72-76.

开放式系统架构 篇2

图4-5

这是一个典型的分层架构，分为应用层、Framework层、Native层、内核层。这似乎与我们今天要说的微服务架构没有任何关系！大家需要注意的是这是一个更为宏观的架构，在这个分层架构之下还有其他的架构模式，微服务架构就是其中最为明显的一个。Android系统按照职责分为不同的层次，但是在Java层( Java应用程序和应用程序框架)与系统服务层( Android运行环境 )这两个层之间则是通过本地C/S模式进行通信，也就是我们的微服务架构。<?www.2cto.com/kf/ware/vc/“ target=”_blank“ class=”keylink“>vcD4NCjxwPs7Sw8fWqrXA1NpBbmRyb2lkz7XNs8b0tq/KsaOstPPWwrvh1rTQ0Mjnz8LLxLK9OjwvcD4NCmluaXS9+LPMxvS2r6O7o7sgU3lzdGVtIFNlcnZlcsb0tq+juyBBbmRyb2lkz7XNs7f+zvHG9Lavo6y9q7f+zvHXorLhtb1TZXJ2aWNlTWFuYWdlctbQo7sgQW5kcm9pZNTL0NC7t76zvajBoqOssqLH0sb0tq9MYXVuY2hlcrPM0PKhow0KPHA+1Nppbml0vfizzMb0tq+686Osu+G199PDaW5pdF9wYXJzZV9jb25maWdfZmlsZbe9t6i94s72aW5pdC5yY87EvP6jrMi7uvO9q2luaXQucmPW0Na4tqi1xMP8we6horf+zvG1yMb0tq/G8MC0oaM8L3A+DQo8cHJlIGNsYXNzPQ==”brush:java;“>int main(int argc, char **argv){ // 代码省略 // 创建系统文件夹 mkdir(”/dev“, 0755); mkdir(”/proc“, 0755); mkdir(”/sys“, 0755); // 代码省略 // 初始化内核 open_devnull_stdio; klog_init(); property_init(); process_kernel_cmdline(); // 代码省略 // 解析init.rc文件 init_parse_config_file(”/init.rc“); // 代码省略 return 0;}

init.rc是由一种被称为“Android初始化语言”的脚本写成的文件。在该文件中描述了一些动作、命令、服务、选项等，我们这里只关心服务这一项。init.rc中的一个服务描述大致是这样的。

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server class main socket zygote stream 660 root system onrestart write /sys/android_power/request_state wake onrestart write /sys/power/state on onrestart restart media onrestart restart netd

在上述代码中指定了一个zygote服务，这个服务会启动一个叫做zygote的进程，zygote是Android世界的万物之源，所以的进程都有它孵化。在启动zygote时又会启动System Server进程，System Server是所有系统服务的栖息地，也是应用与Zygote进程通信的中枢，例如需要启动某个应用时会通过System Server通知zygote fork一个新的进程。在System Server启动之后会调用com_ android_ server_ SystemServer. cpp类中的android_server_SystemServer_nativeInit函数，在该函数中会获取ServiceManager实例以及启动一些Native服务。最后会调用SystemServer内部类ServerThread的initAndLoop函数将WindowManagerService、ActivityManagerService等系统服务注册到ServiceManager中，这些服务为系统提供各种各样的功能，最后启动系统消息循环，此时Android的运行环境基本构建起来了。

public class SystemServer {// 主函数public static void main(String[] args) { // 代码省略 // Initialize native services. nativeInit(); // This used to be its own separate thread, but now it is // just the loop we run on the main thread. ServerThread thr = new ServerThread(); thr.initAndLoop(); }}// 内部类class ServerThread { public void initAndLoop() { // 1、启动主线程消息循环 Looper.prepareMainLooper(); // 代码省略 try {// 2、将各个系统服务注册到ServiceManager中// 添加PackageManagerServicepm = PackageManagerService.main(context, installer,wm = WindowManagerService.main(context, power, display, inputManager, wmHandler, factoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL, !firstBoot, onlyCore);// 添加 WindowManagerServiceServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm);// 数十种服务的注册，代码省略 } catch (RuntimeException e) { } // 3、启动消息循环 Looper.loop(); }} // end of ServiceThread} // end of SystemServer

Framework层（客户端）与Native系统服务（服务端）之间并不是直接调用的，而是通过Binder机制，客户端代码通过Java端的服务代理与Bidner机制向Native服务发起请求，具体的工作交给Native系统服务来实现。因此Framework和Native层的架构是如图 4-6 所示。

“炫视通”平台开放架构详解 篇3

然而，在实际操作进程中，服务提供商们都面临着机顶盒软硬件平台不统一、私有协议较多等限制，开发和移植效率低下，难以顺利完成各项业务的开展，更谈不上带来丰厚的收益。

正是在这一背景下，“炫视通”试图为增值服务提供商们搭建一个开放的平台，确切地说，这是一个“构架在双向互动宽带网络上、开放架构、具备基本视频业务的IPTV增值服务运营平台”。

总体来说，“炫视通”平台分为用户终端系统、后台支撑系统和服务三大部分。

后台支撑系统主要包括整个平台的运营支撑、安全认证、业务网关、信息发布、搜索引擎等模块；终端则由机顶盒硬件以及运行于其上的中间件平台组成；用户通过电视机所看到的一切都是“服务”，包括门户服务、电视服务、点播服务、以及各种增值服务。

应该说，这—体系结构与其他的IPTV系统并没有本质区别，但“炫视通”本身是为各种增值服务提供运行的平台，因此其最大的特点是采用开放的体系来支持各种增值服务的开发和接入，具体表现在以下诸多方面。

特色一:×86架构高端机顶盒

在IPTV系统中，机顶盒起着非常重要的作用，它负责响应用户的业务请求，从后台获取信息并通过电视机屏幕将业务展现出来。机顶盒硬件的核心由两部分组成:视频解码单元和CPU，视频解码单元负责实现视频的解码和显示，为用户提供高质量的视频服务；CPU完成除视频解码以外的其他信息显示和交互，例如EPG信息等。

前期，人们在考虑IPTV时更关注于如何在较低成本下提供高质量的视频服务，以取代目前的有线电视。于是，机顶盒大都采用DSP和RISC体系的CPU来实现。由于CPU本身能力的制约，机顶盒的运算能力、扩展能力都有非常大的局限性，难以实现复杂互动业务的开发和运行。

在“炫视通”中，我们采用了x86体系架构的机顶盒，它不仅支持对MPEG2、MPEG4等音视频格式的硬件解码，还包含一个主频1.5GHz的CPU，并配备了512M的内存和摄像头、移动设备等外设接口。这样的机顶盒硬件，除了可以实现基本的视频业务，还具备足够的能力来实现其他众多复杂的互动业务，为各种增值服务预留了足够的空间。

在这款基于X86架构的机顶盒上，我们选择了Linux作为操作系统，为这样的机顶盒开发应用，其本质与开发PC应用没有太大区别。更为重要的是，开源界众多的面向Linux的软件，几乎无需修改就可以移植到机顶盒上，开发人员可以借助于丰富的资源来实现业务，大大简化了开发过程，带来资源聚合效率的倍增。

特色二:采用E3/S架构实现所有业务

与目前互联网上的绝大多数应用一阵，“炫视通”平台的所有业务均采用B/S架构实现。不管是门户服务、电视服务、点播服务，还是其他的增值服务，在“炫视通”中实质上都是在浏览网页。机顶盒与后端系统之间的通讯全部通过浏览器完成，所以在“炫视靓通”的终端和后端之间没有任何私有协议的介入，全部采用开放的标准协议，如HTTP、SOAP等。

由于采用B/S架构，所以在“炫视通”上开发增值服务，与在互联网上提供服务几乎一样。所不同的是，“炫视通”面向电视机用户，因此每个页面、每次操作的用户感受必须符合电视机的使用偏好与习惯。这一特点，为增值服务的开发者带来一个非常大的好处，即原来开发互联网应用的技术工具，完全可以用来开发“炫视通”增值服务；已有互联网服务向“炫视通”移植，其后台系统整体架构无需做任何调整，只需要更改用户界面即可，大大降低了移植和开发的成本。

特色三:强大的浏览器中间件

纵观目前众多的IPTV系统，大都采用功能比较简单的浏览器，通常仅能支持图片和文字信息的简单显示，而无法支持更为复杂的元素，更无法支持Web2.0年代最为重要的AJAX技术，难以实现良好的用户体验。

为了解决上述问题，“炫视通”的终端软件中提供了功能强大的浏览器，它几乎支持目前所有主流的页面制作与标记技术，包括HTML、JavaScript、CSS、DHTML、XHTML、XML以及AJAX等，还提供插件扩展能力。目前，“炫视通”已提供FLASH9.0、Java5.0和视频播放等三个基本功能插件，顺利实现Java、Flash应用等复杂的网页内容。如有需要，增值服务提供商甚至可以为自己的业务开发专有插件。也就是说，人们开发互联网应用的所有Web页面制作与标记技术，都可以用来开发“炫视通”增值服务，为业务制作和开发人员提供了充分的发挥空间。

特色四:增值服务的易接人性

除了为增值业务的开发提供了强大支撑外，这些服务实际的开发和接人流程也非常简单，图2描述了一个增值服务商从有意向开始，到完成系统接入之间所需要的全部过程。

通常，增值业务在开发阶段无需过多考虑如何接入到“炫视通”中，因为后端支撑系统已打造了一套完整的面向增值服务的用户管理和鉴权认证体系，实现了各个增值服务所需要的共性功能。在依照“炫视通”开发规范完成服务开发后，接入平台仅需要两件事情:一是依照后台的接人规范进行简单功能修改，以接纳“炫视通”提供的鉴权认证体系；二是在“炫视通”平台的门户服务中开通一个人口，让用户能够通过门户进入到该服务中。

增值服务的易接人性，不仅简化了开发人员的工作难度，还为增值业务的快速移植和运营提供了保证，使得服务提供商可以投入很少的力量来快速完成移植。

开放式系统架构 篇4

1 汽车电子云制造架构的重要性

汽车电子云制造架构能够提供出高质量的服务, 因而越来越受到高度重视。为了更好的使其发挥出效能, 可以对其进行按需管理。凭借云服务, 从而建立起一整套具有系统性的资源组织、资源获取与资源合理使用的方式, 实现各种资源的优化配置, 提高资源的增值效益, 同时践行了绿色制造的理念。服务资源爆炸是云制造发展过程中不可避免出现的问题, 服务有序化是解决该问题的重要途径之一。在汽车制造过程中, 经常会采用购买资源的方式来满足多方的需求, 这种方式尽管具有一定便捷性, 但是很容易造成多种资源的浪费。而在汽车电子云制造的建设中, 采用集约化、智能化等现代化的制造工艺, 能够提高资源的利用率, 更加直接的满足用户的需求, 节约资源, 促进汽车制造业的服务转型。

2 汽车电子标准AUTOSAR及实时SOA

2.1 汽车电子标准

汽车电子标准AUTOSAR中明确指出了汽车电子软件开发和优化方法, 这套标准具有系统化和全面性, 可以应用到不同类型的汽车开发平台, 有利于提高电子软件的利用率, 降低开发成本。现阶段, 汽车制造中的电子系统, 在AUTOSAR标准影响下, 逐步向集成化、模块化、接口可控化及系统可扩展化方向发展, 使得汽车电子系统具有更高的性能。

2.2 实时SOA

在汽车制造过程中, 经常会用SOA来表示软件构件设计与集成基础模板。实时SOA作为一种基础模板, 得到了业内人士的高度认可, 因而在汽车电子系统设计与制造中得到了广泛推广与使用。实时SOA在云计算机系统构架中作为一种基础性构件, 主要提供出了各种所需的服务。当前, 实时SOA已经逐步在各行各业中渗透, 其性能也受到高度重视。实时SOA的提出与应用, 有效弥补了实时软件在体系构架上存在的缺陷。

3 汽车电子系统云制造构架的设计

电子标准AUTOSAR实施, 是对运行总线的一种扩充, 并与实时SOA相互配合使用, 从而改变了汽车车载的封闭性环境, 为云制造的实现创造了有利条件。但是两个系统在相互对接使用时, 并没有对服务请求、服务调用频率及协议适配器等方面的内容进行描述, 这些都是云制造环境下, 实现汽车电子云制造构架的重要影响因素, 下文对有关内容进行分析。

3.1 服务请求叙述

电子标准AUTOSAR的设计与使用, 离不开SOA和Web等服务语言的支持, 并要在相关制度标准的约束下, 形成特定协议标准。近几年, 随着信息技术的不断发展, 汽车电子云制造体系架构由三个部分组成, 即对基本操作信息的描述、约束操作信息的描述及操作服务质量信息的描述。具体内容如图1所示。

在该系统架构中, 每部分的信息都能够进行相应的服务性描述语言, 在该模型基础上, 对各种语言表示进行定义, 并实现了其特有的功能, 对各种操作进行了有效指示。由于电子标准AUTOSAR也是在可扩展标记语言的规范基础上得以实现, 因而相关的服务内容及描述会很容易被协议的适配器所接受, 并且还可以被解析成WSDL的标准文档。

3.2 服务调用频率

我们知道, 调用协议的适用性、安全性及执行性是汽车开发系统实现电子云制造构架的关键性影响因素。通常情况下, 车载环境中的远程调控主要有两种方式, 即简单对象访问协议和表象化状态转化协议。

3.3 协议适配器

在AUTOSAR描述与WSDL的描述影响下, 多种服务协议能够相互转化。通过上文对服务协议相关内容的分析可以知道, 协议扩展需要在满足文档功能和安全性能的基础上实现, 并要对其中种类的描述进行分析, 进而可以形成具有标准形式的文档, 在网络技术的支持下, 对云环境提供多种服务请求。当云计算环境接受到了服务请求以后, 就会自行进行查询与科学匹配, 进而就会得到相应的服务集或者是服务。并把此作为了依据, 根据请求地址的来源把相关的服务信息反馈到汽车的对应节点中, 当汽车的节点收到了反馈信息以后, 会自动根据请求内容作出服务分解与服务组装, 对协议机械能转换。在这个过程中, 能够把原本较为复杂的WSDL文档变化成能够被车载环境所适应和理解的AUTOSDL语言。通过所提供出的转换结果, 车载环境可以进行远程调控, 并不断重复结果反馈和协议调用转换的过程。通过多次试验, 可以得到相应的REST和SOAP协议, 在对Byte和Float进行处理时, 可以判断其对数据的处理能力。通过比较分析, 可以得知, REST的数据处理能力要明显高于SOAP, 因而在构建电子云制造构架时, REST是首先的服务调用协议。

4 汽车电子云制造架构的应用

通过上文对基于汽车开放系统架构的汽车电子云制造架构的设计分析, 可以得知, 我们对原有的电子标准AUTOSAR进行了不同程度的扩展, 实现了AUTOSAR与SOA两个不同的容器, 这两个容器能够分别对车载电子与云端软件的服务请求进行描述、组成、分发及协议转化, 通过不同协议之间的有效转化与响应, 从而能够使车载化环境和云计算环境相互融合, 有利于实现云端计算与汽车制造的无缝对接。

我们在对汽车开放系统架构的汽车电子云制造架构的设计分析后可以知晓, 汽车云制造架构的实现可以对汽车进行全方位有效的控制, 但是要实现这些目标, 需要利用控制器, 并要对汽车的能量管理、电气安全、动力学控制、远程控制标定以及故障诊断进行全面分析。控制器系统的基础软件还包括了内存服务、系统服务、诊断服务和组件对象模型等内容, 可以实现模拟输出、脉宽调制行业微控制等功能, 合理应用这些功能, 有利于汽车开放系统架构的汽车电子云制造架构设计的实现。

5 结束语

社会科学技术飞速发展, 在现代化汽车制造生产过程中, 人们的要求越来越高。娱乐性、安全性和可扩展性都是汽车必不可少的重要功能。在新时期的汽车制造生产, 逐渐向服务性强、管理虚拟化及更人性化等方向迈进。要实现这些, 都离不开云技术的大力支持, 因而, 我们要对汽车开放系统架构下的汽车电子云制造架构设计有足够重视, 不断进行研究, 在依托汽车电子标准AUTOSAR及实时SOA的基础上, 不断突破创新, 结合新时期人们对汽车功能的要求, 不断加强研究与设计, 提高汽车的系统性能, 生产出功能更齐全、性能更好的汽车。

参考文献

[1]吉莉, 王丽芳, 廖承林.基于汽车开放系统架构的汽车电子云制造架构[D].计算机集成制造系统, 2012, 07 (09) :15-16.

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[3]保罗·汉森.全球汽车电子行业十大发展趋势[J].汽车观察, 2013, 11 (01) :17-18.

[4]刘芳, 张海亮.“开放系统架构对汽车电子产业影响深远”——专访深圳汽车电子行业协会会长杨洪[J].信息技术时代, 2013, 05 (25) :11-12.

开放式系统架构 篇5

1 确定驻留功能的开发者

开放式IMA架构和封闭式IMA架构的选择需要考虑的最重要因素就是, 谁是驻留功能的开发者。开放式的IMA架构采用无产权的, 向公众免费开放的接口, 驻留功能的开发者使用已有的接口设计, 降低开发成本和周期。而封闭式的IMA架构, 采用的是个别公司专属的接口, 由接口设计所属公司根据采购合同为其它公司或组织提供接口规范, 用于驻留功能的开发设计。

开放式IMA架构也不能排除组织架构上管理机制, 驻留功能的集成方面的取证活动仍然需要协调, 不同驻留功能的供应商之间必须有合同约束。然而, 这种协调不仅仅是接口控制的协调。开放的标准架构不需要驻留功能供应商向接口设计公司采购接口规范, 同时排除了接口设计公司因为缺少竞争对手, 向驻留功能供应商提供接口规范时漫天要价的可能性, 从而大大减少了设计成本和风险, 同时有利于驻留功能供应商的管理。因此, 确定了驻留功能的开发者, 就决定了IMA架构的类型。

2 确定驻留功能的系统集成者

系统集成方法既要适合开放式的架构也要适合封闭的架构。开放的架构很容易将驻留功能的系统集成活动和IMA平台的开发活动分开。对开放系统来说, 作为IMA平台的开发活动, 系统集成活动可能由同一家公司的不同部门承担, 或者由第三方承担。系统集成活动是高度综合的IMA架构的重要组成部分, 当IMA平台供应商没有驻留功能系统集成方面的专家的时, 雇佣第三方供应商作为系统集成者, 是非常有必要, 能大大降低开发周期与成本。

封闭式的架构中, 接口规范是客户化的, 受人控制。由于第三方可能缺少客户化接口方面的专家, 雇佣第三方负责系统集成, 难度比较大。控制接口规范的公司或组织是最好的接口专家, 他们是驻留功能系统集成者的最佳选择。如果他们在系统集成方面有一定经验的时候, 不存在任何问题, 否则, IMA平台系统集成就存在开发风险。

3 权衡内部开发和工业支持开发

开发式接口还是封闭式接口影响IMA系统的开发方法。开放式IMA架构允许IMA系统利用工业技术成果, 这些工业技术成果可以独立于IMA系统的开发。开放的架构可以受益于现有的专家、现有的COTS (Commercial Off-The-Shelf) 产品如现有的组建和系统、现有的IMA模块的取证数据。利用现成的产品和经验, 可以大大减少系统的开发成本和周期。

封闭式接口能对开放式的标准架构带来功能和性能方面改善, 这些功能和性能是开放式接口所不能提供的。然而, 任何接口都有改善的空间。如果有计划使客户化的接口变成开放的, 那么只要花点时间, 就可以让那些忽视开放式接口的公司和组织改变观点, 接受开放的架构。如果客户化的接口仍然保留封闭式的接口, 则利用封闭式接口的公司将在开发过程受到影响与限制。

影响IMA架构类型选择的另一个因素长期的支持活动。长期的支持活动包括接口问题的解决, 接口缺陷的升级完善。封闭式IMA系统的供应商将要承诺长期开发独有的接口规范。一般公司没有途径和动机承担独有接口的开发。开放的家口获益于长期的支持活动, 开放架构可以利用工业支持, 持续开发独立于IMA系统的开放式标准。飞机的使用寿命跨越几十年, 因此, 支持是选择IMA架构一个重要的考虑因素。

4 权衡采用一型飞机支持的架构还是多型飞机支持的架构

开放式IMA架构和封闭式IMA架构的驻留功能都可能用于不同的飞机型号, 但是封闭式接口规范不可能被不同飞机型号的不同的驻留功能供应商所采用。其中有两个方面的原因, 首先, 封闭式接口趋向于客户化定制的解决方案, 不适合其它飞机型号, 除非为新的飞机型号重新定制新的方案。封闭接口的独有特性大大减少了其它公司参与设计的积极性。因此, 多个不同型号的飞机, 不可能采用同样的封闭式接口。

另外一方面, 开放式架构, 鼓励不同型号飞机重复利用相同的设计。利用工业标准、开放式接口的新型号飞机的开发团队, 也能利用使用相同接口, 驻留在其它飞机上驻留功能系统的开发成果。由于开放式接口是公开的、非私有的, 其它公司或组织选择相同接口的可能性大大增加。不仅对那些希望自己的产品在多个不同的飞机型号上使用的驻留功能开发者来说, 还是对于那些希望利用其它机型上已经运用的成熟技术的飞机制造商来说, 均能大幅度降低开发成本和开发周期。

总之, 采用封闭式的架构还是开放式的架构, 取决于IMA系统架构的开发者希望谁来负责驻留功能的开发, 谁来负责驻留功能的系统集成, 决定公司内部独自开发还是希望利用工业成熟技术, 决定采用支持单个飞机的系统架构还是利用支持多个型号飞机的系统架构。

参考文献

[1]RTCA DO-297 November 8, 2005.Prepared by SC-200 2005, RTCA Inc..

[2]ARINC REPORT 651-1.Published:November 7, 1997.

开放式系统架构 篇6

1 物联网的关键技术

物联网的关键技术主要包含了智能网关技术、统一编码技术、IPv6 技术等, 如何实现开放式全局范围内的物与物互联, 重点需要解决的是统一编码、传感网络路由 (智能网关) 等关键技术。开放式物联网的应用, 必将是架构在internet网络基础之上, 数据包封装在TCP/IP协议之内, 那么如何实现物联网数据包的智能传递, 从任意的internet网络终端, 通过通用的物联网终端识别设备, 读取物品的RFID芯片信息, 标识的信息能在网络上找到对应的信息服务器, 反馈回物品的详细记录数据。只有解决了开放式物联网的体系架构和应用技术, 物联网的应用才能真正实现普及应用。

1.1 物联网的层次结构

物联网层次结构通常可分为三层:感知层、网络层和应用层。

(1) 感知层由传感器和传感网关构成, 各种传感器包括常规的一些温度传感器、湿度传感器、光感传感器、声音传感器、烟雾传感器、化学传感器、红外传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、GPS等感知终端。感知层的作用它是物联网识别物体, 采集信息, 并且将信息传递给智能网关, 由网络层传递给应用层进行处理。

(2) 网络层可以是由各种类型网络, 包含专有网络、光纤网络、有线和无线通信网、网络管理平台等组成, 其核心是Internet网, 网络层相当于人的神经中枢, 负责传递和处理感知层获取的传感信息。

(3) 应用层是物联网和用户的应用接口, 它与行业应用相结合, 实现物联网具体的智能化应用。

1.2 物联网的编码技术

目前, 国际上还没有统一的RFID编码规则, 我国的RFID标准还未形成。现有的欧美支持的EPC (Electronic Product Code, 电子产品码) 标准和日本支持的UID (Universal Identification, 泛在识别) 标准是当今影响力最大的两大标准。EPC编码有通用标识 (GID) , 也有基于现有全球唯一的编码体系EAN/UCC的标识。

物联网上的任何信息的流动, 都需要给物体做一个唯一的识别码 (身份标识) , 包含物体的一些具体身份信息与内容, 同时这个识别码能够在网络上被传送和识别, 如何有效地把物体的RFID编码与最新的IPv6 编码相结合, 是物联网技术与INTERNET有机集合的关键, 也是物联网广泛应用和技术突破的瓶颈。

1.3 ONS的架构层次化机理设计

ONS是将一个EPC映射到一个或多个URI服务器地址服务, 通过这些服务器地址可以查找到在EPCIS (或web) 服务器上关于此产品的其它详细信息记录。ONS存有制造商产品服务器位置的记录, 而DNS则是到达EPCIS服务器位置的记录, 其工作原理与网络技术的DNS一致。ONS系统的层次和DNS的层次结构都是分布式的, 主要由根ONS、ONS服务器、本地ONS、本地ONS缓存 (Cache) 及映射信息组成。根ONS服务器是ONS层次中的最高层, 它拥有EPC名字空间的最高层次域名。ONS本地缓存则是保存经常、最近查询的URI。而映射信息则是ONS系统所提供服务的实际内容, 它指定了EPC编码与其相关的URI的映射关系, 并且分布存储在不同层次的各个ONS服务器记录中。如图1所示。

1.4 EPC信息服务 (EPCIS)

EPCIS用PML为系统的描述语言, 包括了客户端模块、数据存储模块及数据查询模块三个部分组成。客户端模块主要实现物联网EPC标签信息向指定EPCIS服务器传输终端;数据存储模块将通用数据存储于服务器的数据库中, 在产品信息初始化的过程中调用通用数据生成针对每一个产品的原子信息, 并将其存储于PML数据库中;数据查询模块根据客户端的权限和查询要求, 访问相应的PML数据及信息, 返回给客户端。如图2 所示。

1.5 物联网RFID及组网技术研究

RFID:射频识别技术 (Radio Frequency Identification, 简称RFID) 是物联网发展的关键与起源。RFID是20 世纪90 年代开始兴起的一种自动识别技术, 是目前比较先进的一种非完全接触识别技术。在“物联网”体系的构想中, RFID标签中存储着规则的且具有交互作用的信息, 通过传感网络把它们自动采集到信息服务器上, 实现物品 ( 商品) 的识别和信息的中间处理, 进而通过开放性的计算机网络实现信息交互和处理, 从而实现对物品的“透明”管理。

Zigbee:Zigbee是IEEE 802.15.4 协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线网络通信技术。其包含了距离近、复杂度低、具备自组织性、功耗低、数据传输速率也低、成本低等特性。主要适合于远程自动控制领域, 可以嵌入到各种电子设备中。简而言之, Zig Bee就是一种便宜的, 低功耗的近距离无线通讯组网技术。

WSN:无线传感网络 (WSN) 是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织系统, 其目的是传感器节点之间协助地感知、采集和处理网络覆盖区域中传感器节点的信息, 它能够实现数据的采集、网络融合和传输应用。

2 开放式物联网体系架构设计与分析

现行物联网的应用都集中于单体的应用, 其应用的特点是闭环于一个具体的应用, 因为的服务器IP地址都是固定的, 在客户端没有安装其客户端软件的情况下是无法访问其服务器端平台, 而要实现物联网的通用开放, 必须实现通用的射频识别和通用化的网络支持, 其原理架构图如图3 所示。

物联网要得到广泛的普及化应用, 必将是架构在internet网络基础之上, 数据包封装在TCP/IP协议之内, 那么如何实现物联网数据包的智能传递, 从任意的internet网络终端, 通过通用的物联网终端识别设备, 读取物品的RFID芯片信息, 标识的信息能通过本地ONS、大类ONS、行业ONS服务器, 最后检索到物品生产厂家的产品服务器的地址, 把物品的标识信息发给厂家的产品信息服务器, 由服务器给智能网关和终端提供物品的详细信息。只有解决了物联网的体系架构和关键技术, 物联网的应用才能真正实现普及广泛应用。如图4 所示。

3 结束语

物联网是一个新兴产业, 其技术的应用也是多个学科技术的集成, 包含了传感技术、通信网络技术、软件技术等多个学科的技术内容。而现阶段的物联网的应用, 还处于局部单体的应用, 还没有形成一个开放的统一的物联网架构体系及技术标准, 本文在研究物联网的现有架构及关键技术的基础上, 提出一个整体的开放式的物联网体系架构模型, 以适应物联网与INTERNET网络的无缝结合, 为物联网的广泛应用提供架构标准, 推动物联网的普及与应用。

参考文献

[1]李甲, 吴一戎.基于物联网的数字社区构建方案[J].计算机工程, 2011, 33 (7) :263-265.

[2]物联网智慧农业实验室建设解决方案[Z].http://www.frotech.com/index.php/Program/detail/id/24.html, 2015.

[3]孔灵, 李晓东等.物联网资源寻址模型[J].软件学报, 2010, 21 (7) :1657-1666.

[4]物联网业务特征与业务模型研究[w].http://www.docin.com/p-462765721.html, 2014.

[5]黄映辉, 李冠宇.物联网:标志性特征与模型描述[J].计算机科学, 2011, 38 (10) :4-6.

开放式系统架构 篇7

然而传统以专有硬件为基础的可视性架构无法支持最新一代移动网络, 所以通过以软件为中心的开放式架构, 重新定义移动分组核心网中可视性基础架构, 成为运营商的不二之选。

运营商面临的可视性挑战

在博科中国区技术经理谷增云看来, 目前的可视性架构是为传统服务设计, 而4G设备、服务或应用缺乏相应的可视性, 同时已有的可视性架构也难以拓展到物联网, “移动运营商正失去对自己网络的可视性, 包括用户、网络、应用、设备和地点等关键需求。”

面对这样的难题, 近期博科宣布推出新的网络可视性解决方案与合作伙伴生态系统, 为运营商提供有关其网络流量的关键洞察力, 同时把其可视性基础架构从封闭的整体模式过渡到通过软件实现、开放且分离的模式。

谷增云表示, 与传统的由专有硬件、封闭且僵硬的平台、高生命周期成本组成的“可视性1.0”相比, 博科正在推进“可视性2.0”进程, 包括将SDN控制面、NFV架构、动态资源编排等特性加入进去。

多厂商可视性基础架构

据悉, 博科的网络可视性方案包括数据包中转设备、虚拟数据包中转设备、会话导向器、数据包探针、可视性管理器、开放式APIs等, 是通过创新方法实现的开放式可视性架构, 以此解决运营商面临的挑战。

在软件实现方面, 其横向扩展的动态架构, 可实现每个分组核心网最多支持1亿用户;网络数据包中转设备的实时可编程性, 可以用于优化发送到探针和分析应用的流量;分组网络的SDN可编程性, 可以根据改进的可视性与分析来影响网络行为;虚拟数据包中转设备和虚拟数据包探针能按需提供容量;并可实现跨物理和虚拟可视性基础架构的单一管理平台。

在开发性方面, 在可视性基础架构增设每一层的开放式APIs, 以支持多厂商部署, 同时建设合作伙伴生态系统, 以加速创新、提供同类最佳的解决方案并帮助确保第三方互操作性。目前, 博科的合作伙伴已包括Viavi Solutions、EMC、Guavus和Avvasi等。

开放式系统架构 篇8

自2003年以来,由广东省科技厅和广州市科技局联合,启动生物种质资源数据库共建联动项目,逐步建成了水稻、蔬菜[1]、旱地作物、果树[2]、茶树、山茶[3]、蚕桑[4]、名优花卉[5]、树木、真菌、昆虫[6]、淡水鱼、Beagle犬等23个生物种质资源库(圃),保存有农作物种质资源43600多份,并建有6个国家资源圃和分圃,建立了46个种质资源数据库,录入数据库数据36万个。广东农作物种质资源保存数量居全国各省前列,也是国内开展生物种质资源库建设时间最早、规模最大、涉及生物门类最多的省份,并且成为了华南地区具有国际意义的生物多样性中心[7]。从以上可见,广东在生物种质资源库的建设以及数据采集与整理方面已取得了较大成效。

2 存在问题

尽管广东生物种质资源库及数据收录方面已取得显著成绩,但也存在许多制约因素阻碍了其长足发展以及发挥物种信息的实用价值,主要存在以下突出问题[8]:

2.1 种质资源数据分散

我省生物种质资源丰富,数量繁多,但由于地域差异、种质资源的特征特性各异,物种研究单位多,目前仍没有建立统一的、规范的种质资源数据管理体系,已建成的各个生物种质资源数据库的结构也存在较大差异,物种资源采集记录信息不完整,造成各物种研究单位的数据分散。

2.2 信息开放性和数据共享管理程度低

我省已建立了相关的作物种质资源保护体系,包括6个国家资源圃和分圃,省内40多家物种研究单位通过广东生物种质资源数据库管理系统保存了比较丰富的品种资源数据,但各单位间各自为政,自我保护意识强,具有同类属性物种间信息开放性和共享程度低,即使已对外提供有偿数据共享单位也存在共享管理缺陷,满足不了用户及时获取数据的需求,不能形成有效的合力进一步发挥物种资源的开发价值。

2.3 缺乏数据的深层挖掘与开发

目前数据资源收集和整理方面已较完善,但大量优异种质资源未能得到及时、深入的研究和挖掘,未能提取有效信息去实现种质资源信息的增值服务,造成不必要的人力、物力的浪费和不利于创新、选育出更多的新品种、新品系,阻碍了种质资源的创新和利用。

2.4 数据库的利用率没有得到充分发挥

种质资源数据库作为一种网络化载体的信息资源,已成为各级物种研究单位资源的重要组成部分,省内各生物种质资源研究单位都很注重数据库建设工作,已有22个种质资源圃库都建立了种质资源数据库,其中荔枝、香蕉种质资源的部分数据建立在国家资源圃数据库上,然而其利用率却不是很高,构建数据库的目的主要还是为了本单位数据管理、保存方面,未进行信息高度共享,没有充分发挥对我国相关生物产业的支撑作用,战略生物资源的利用效率低。

通过分析广东生物种质资源库及数据资源建设的现状及存在问题,反映出一个事实:即实现物种资源的合理共享和数据的适度开放性,支持分散的异构数据库的集约化管理,提高物种资源的利用率,是我们当前急需解决的关键问题[9]。因此,本文针对以上问题而提出以开放式访问的方法研究广东生物种质资源数据共享管理平台架构,并构建开放式访问的生物种质资源数据共享管理平台,通过该平台实现对生物种质资源信息的共享管理,克服种质资源数据仅被个人或单位占有、互相封锁保密的状态[10],面向广大物种科研机构、教学机构、科研工作者、生产服务部门等提供多元化的生物种质资源数据共享服务,为开发、利用和保护广东丰富的生物种质资源提供信息和依据[11]。

3 开放式访问的数据共享管理平台的关键技术

为了满足提供多元化的生物种质资源数据共享管理与服务,生物种质资源数据共享管理平台开发将主要采用开放式访问(Open Archive Initiate,OAI)技术和联合国粮农组织元数据标准(FAO AgMES)的农业数据资源组织方法相结合,并引用当前计算机网络技术、信息技术来实现。

3.1 开放式访问(Open Archive Initiate,OAI)技术

基于开放式访问的OAI协议的模式是由美国弗吉尼亚理工大学发起的NDLTD(network digital library of thesis and dissertation) [12],这种方式非常符合生物种质资源的数据共享,其目的是实现分散的、不同系统平台之间的数据交换和共享,提高系统的互操作能力。遵循OAI协议的系统依据其任务的不同,可分为数据提供方( Data Provider),是对来自服务提供者的request(请求)做出response(响应),以OAI要求的格式(XML)向服务提供者提供元数据;服务提供方( Service Provider)作用是 "获取"(harvest)元数据,在OAI框架下,开放式访问的种质资源库,作为数据提供者,可以是任意技术平台和内部结构,可以有自己专门的服务系统、元数据格式、检索协议,但可以支持第三方系统(即数据采集方)利用元数据采集协议采集自己的元数据,服务提供方采集数据提供方的元数据,并以此为基础建立索引,提供数据共享、查询服务,并基于元数据进行物种数据的集约化管理和深层挖掘、分析服务。

OAI的优点是数据提供方和服务提供方为实现跨库检索所需付出的编码代价都比较小,比较容易实现,而且这种方式开放共享的只是元数据,而不是数字对象本身,即有利于各类异构资源的发现,又能保障商业数据库的利益,实现的OAI协议,对数据采集方而言,就是按照协议规定的格式和参数发送指令;对数据提供方而言,就是能对由采集方发起的请求指令按协议规定的格式返回对方想要的数据,从而为用户提供数据共享服务。因此,采用OAI技术构建生物种质资源数据共享管理平台,非常符合物种数据资源的开放服务,目前已被各级图书馆领域引用来实现开放式访问系统的建设。

3.2 元数据标准(FAO AgMES)的数据资源组织方法

种质资源信息资源组织主要采用元数据获取机制实现,从而达到数据共享管理的目的。元数据获取是一种互操作解决方案,允许物种资源提供者与物种资源利用者之间进行沟通,以统一命名(标准化的元数据)、基于常用句法的数据结构和元数据获取协议,即遵循OAI协议由数据提供方( Data Provider),是对来自服务提供者的request(请求)做出response(响应),以OAI要求的格式(XML)向服务提供者提供元数据;服务提供方( Service Provider),作用是 "获取"(harvest)元数据,由此定义了两个等级合作伙伴间沟通为主的架构,从而两者之间的沟通可以通过被称为“元数据收获”的互操作解决方案实现[12]。并且通过元数据对生物种质资源的整合,构建生物种质资源数据库,并以可以理解的信息描述进行传递,为复杂的生物种质资源共享平台建立一种机器可理解的框架,该框架最终生成一个完整的物种资源数据词典。数据词典标准格式的建立,是提供物种数据资源规范化管理和共享服务的重要基础。

4 平台设计与实现

4.1 开发工具

开放式访问生物种质资源数据共享管理平台以开放式访问(OAI)技术和元数据标准的数据资源组织方法为核心,并基于J2EE体系的多层结构、主要采用Java语言开发,同时引入Web2.0的RSS技术,实现物种研究单位共同织网的目标,以种质资源科研机构为中心,让每个用户都参与到不同物种知识库建设中来,从而为用户提供一个物种数据集中管理、数据共享和数据服务的人机交互的网络平台。

4.2 平台体系架构

平台体系主要由表现层、逻辑事物层、数据服务层三层结构组成,其中表现层是数据共享管理平台的显示终端,逻辑事物层是平台的主要业务功能,数据服务层是平台的整个数据聚集中心,该中心整合各物种研究单位种质资源数据,实现对种质资源的保存、信息检索查询和应用,以网络的形式向物种单位及相关育种部门提供科学参考[13]。

4.3 平台功能模块

平台功能包括用户管理、我的工作台、数据浏览、数据检索、数据订阅、用户交流等6个模块,通过各业务功能实现种质资源数据的共享管理并提供数据共享服务。平台功能模块组成图如下所示:

(1)用户管理

平台将用户设置为注册用户、物种单位用户等用户角色,根据用户角色的不同限制用户的共享权限。注册用户可以浏览、检索平台信息、RSS订阅自己喜欢的专题以及在平台上在线咨询、反馈意见等;而物种单位用户在注册用户的功能上有针对性的开放不同栏目的信息上传、编辑、删除以及浏览全文数据内容的权限,使得各物种单位不仅可以在平台上查看到所有的信息,并且可以在平台上管理本单位的物种资源数据。这将使生物种质资源数据在实现共享的同时,也能保障数据不会被任意上传和编辑、详细的种质资源参数不会被任意浏览,能有效保障数据的可靠性、安全性。

(2)我的工作台

为了适应不同用户的功能需求,平台设置“我的工作台”功能,可根据用户的权限,出现不同的功能界面。如注册用户可修改用户信息,包括修改用户姓名、联络电话和密码,而作为物种单位的管理用户,除注册用户的功能以外,还可在我的工作台中上传、修改、删除该物种单位的物种资源数据,以及查看该单位已经上传成功的物种资源数据。

(3)数据浏览

为使用户能很方便、快速的查看到所需的数据,平台设置了按专题、日期、作者、关键字等多种浏览方式。例如,按专题浏览是按照物种选育单位及物种类别进行分类的,用户可根据物种单位和物种类别,快速查看到各个单位及各个物种类别的数据。

(4)数据检索

数据检索是用户查找所需数据内容的主要手段[14],但生物种质资源数据的参数多,仅靠元数据字段不能充分展示出资源的特性,这对用户检索数据带来了阻碍。为此,本平台通过引用全文检索引擎,使数据检索不仅支持信息元数据的检索,还能支持附件文章的全文检索,并且在传统全文检索的倒排索引的基础上,实现了分块索引,能够针对新的文件建立小文件索引,提升索引速度。用户只需使用NOT、OR、AND等检索关键字就能在本平台中高效、快速的检索到生物种质资源数据。

(5)数据订阅

为了用户能更方便、更快捷地了解生物种质资源数据动态,我们推出了RSS(简讯聚合)订阅功能。用户只需在RSS阅读器或者具备RSS订阅功能的浏览器内订阅感兴趣的专题,即可自动获取即时的报道信息,以便及时了解所关注物种的最新数据。

(6)用户交流

用户交流功能是方便用户可以将需要咨询的问题、意见及建议等,通过用户反馈功能实时提交给平台管理人员,用户提交后,平台管理人员将会立即收到用户反馈过来的信息并及时回复。

5 平台开放式服务

通过集成广东生物种质资源各级共建联盟单位丰富的数据资源,并为平台中各物种单位分配权限,对于有需求的用户,通过平台传达后由物种单位用户授权开放相关物种数据浏览、检索、下载等。

6 结论

通过引入开放式访问技术研究广东生物种质资源数据共享管理平台架构,整合现有分散的生物种质资源数据,对种质资源数据进行集中管理,提高物种数据的共享程度,对各科研、教学机构的种质资源数据进行重组和系统优化,扩大了种质资源信息交流的范围,有助于省内众多种质资源异构数据库间的管理及种质资源知识的挖掘,并对大量的、分散的、不一致的种质资源资料进行归纳整理,转换成集中统一的、可随时取用的深层信息,充分发挥品种资源数据信息的优势,更好地为科研、教学机构、广大科研工作者、育种工作者和生产部门服务。

目前平台在标准化数据词典的基础上建成了近40个物种的数据资源库,录入数据2万多条,并已面向广东省各级物种单位提供开放式种质资源信息服务,有效地克服了数据资源的个人或单位占有,互相封锁保密的状态,使分散在各地的种质资源变成可供迅速查询的种质信息,为国家科学基础数据共享平台提供数据对接与数据共享搭建了桥梁,对促进生物种质资源数据的共建共享、提高生物种质资源数据的共享管理水平以及持续发挥种质资源数据库的综合利用率具有现实意义。

摘要：根据广东生物种质资源库及数据资源的建设情况,分析生物种资源数据共建共享方面存在的问题,引入开放式访问技术提出一套生物种质资源数据共享管理平台的构建方法,为相关科研单位提供开放式访问的生物种质资源数据共享服务。

三维一体:教学内容的开放架构 篇9

《义务教育数学课程标准 (2011年版) 》总目标提出 :“通过义务教育阶段的数学学习, 学生能体会数学知识之间、数学与其他学科之间, 数学与生活之间的联系, 运用数学的思维方式进行思考, 增加发现和提出问题的能力, 分析和解决问题的能力。”可见, 数学课程标准要求教学内容需开放, 只有开放, 才能使自身更“有序”, 使学生“了解数学的价值, 提高学习数学的兴趣, 增强学好数学的信心, 养成良好的学习习惯, 具有初步的创新意识和科学态度”。

作为一线教师, 我们有责任在读懂教材的基础上创造性地利用、开发教材, 将“静止”的教材内容“活化”为教学内容。我们认为, 教学内容是非线性的, 也不是平面化的, 而是一个由长、宽、高相互关联, 相得益彰, 共同构筑起来的长方体。“架构数学知识之间的联系”成其长, “架构数学与其他学科之间的联系”成其宽, “架构数学与生活之间的联系”成其高, 三者缺一不可。

一、向长度开放:架构数学知识之间的联系

数学知识是一个结构严密的整体, 任何一个知识点、一节课、一个单元乃至一册、一个学段都不是知识孤岛, 而是联系紧密、协调发展的知识体系。所以, 我们需要用系统、开放思想来设计教学内容, 站在一个知识点要能看到一节课、一个单元、一册教材、整个学段和知识体系的长度, 要明确这一知识点的位置和作用, 不仅要找到这一知识点与旧知之间的“连接点”, 还要找到这一知识点与后续知识之间的“生长点”。

具体教学时, “知识点”要夯实, “连接点”要形成清晰的网络, 而“生长点”就是将解决问题所需要的知识点重新整合, 形成新的、解决问题的知识网络。“知识点”、“连接点”、“生长点”的形成是一个解读信息, 调动、运用知识, 重新整合的思维过程, 贯穿知识变迁而始终不变的是思想方法, 这样就形成了“前有蕴伏渗透, 后有发展提高”的开放体系, 就能很好地促进数学元学习能力的长远发展。

苏教版四年级上册的《认识含有亿级和万级的数》是认识整数领域的最后一节课, 在这节课上, 可以引导学生将“万以内的数”、“整万的数”、“整亿的数”、“含有万级和个级的数”、“含有亿级和万级的数”、“含有亿级、万级和个级的数”梳理成纵横交错的知识网络图, 使学生在新旧联系中通过同化自然获得对新知识的理解和生长点的有意义扩张。

苏教版三年级下册的《小数大小的比较》是小数大小比较的起始课, 课时学习目标是“学会比较一位小数的大小”, 但我们可以借助数轴帮助学生整体建构整数大小的比较和一位小数大小的比较, 还可以悄悄地蕴伏两位小数和一位小数大小的比较, 追问 :“1.9< ( ) <2.4, 括号里除了填2.0、2.1、2.2、2.3, 你还能想到哪些小数呢? 五年级我们将继续学习。”这就为五年级上册的小数大小比较作了思想和知识上的双重准备。

二、向宽度开放:架构数学与其他学科之间的联系

有人说学习就像钻井一样, 钻得越深看得越窄, 这话有一定道理。学科知识的发展不是相互隔离、彼此封闭的, 而是相互作用、相互开放的。数学学习和其他学科的学习一样, 其最终目的都在于促进人的发展。今天, 数学已经越来越广泛地深入到自然和社会科学的各个领域, 教师就更需要打破单纯强调学科系统的局限性, 引导学生从与其他学科联系的宽度去学习, 从而更好地理解与把握数学教育的“三维目标”。

具体教学时, 一方面, 可以通过与其他学科的联系更好地促进“学会思维”, 即通过思维方法的分析使之真正成为可以理解、掌握和推广应用的。例如复习“奇数、偶数、质数、合数”时, 请学生任意选择一个自然数用“是……不是……”或“不是……就是……”等关联词造句。再例如“认识秒”, 在体验了1秒、10秒的时间后, 教师继续让学生通过跳绳来体验30秒的长短。然后追问 :在同样的时间里, 为什么有的同学跳得多? 有的同学跳得少? 这种差别, 是因为时间的差别, 还是因为人的差别呢? 以上学科整合不仅有利于知识间的融会贯通, 更使学生在别样的活动体验中发展思维能力。

另一方面, 可以通过与其他学科的联系更好地促进人的发展。例如通过解决“废纸生产再生纸”、“树木吸收二氧化碳、释放氧气”等问题, 不仅能提高学生分析和解决实际问题的能力, 增强发现和提出问题的能力, 更是对学生进行环保教育的良好契机。再例如《轴对称图形》一课能让学生感受到数学的对称美……美术元素的有机融入, 不仅拓展了学生对数学的认识, 还能培养学生的审美感。著名数学家徐利治教授曾这样阐述数学美 :作为科学原理的数学, 具有一般语言文学与艺术所共有的特点, 它包括简单美、对称美、和谐美、静态美、动态美、结构美、形式美、符号美、机智美, 等等。

三、向高度开放:架构数学与生活之间的联系

《义务教育数学课程标准 (2011年版) 》指出, 为了适应时代发展对人才培养的需要, 数学课程要特别注重发展学生的应用意识。也就是要突出数学与生活之间的联系, 这样的数学学习才会从“纸上谈兵”的平面上站立起来, 成为有高度、有生命的活力数学。

首先, 教材多会从学生熟悉的生活情境或感兴趣的事物出发, 把教学内容和生活实际有机结合起来, 让学生经历从现实情境中抽象出数学知识与方法的过程, 从而认识到现实生活中蕴涵着大量与数量和图形有关的问题, 这些问题可以抽象成数学问题, 用数学的方法予以解决。例如教学苏教版四年级下册《用字母表示数》第二课例2, 先请学生理解题意 :一个冷水壶装有1200毫升橙汁, 倒出3杯, 每杯X毫升, 求冷水壶中还剩多少毫升果汁? 学生列出“1200-3X”的字母式子后, 再请他们说说背后的数学思考, 这可以理解为“学”的过程。

其次, 有意识地利用数学的概念、原理和方法解释现实世界中的现象, 解决现实世界中的问题, 就会使知识变得更有意义, 从而也能使学生体会到数学的价值和魅力, 提高学习数学的乐趣。教学苏教版四年级下册《用字母表示数》第二课例2, 在抽象出实际问题的数量关系式后, 教师将冷水壶的情境置换为购物情境 :如果超市里购进1200千克西瓜, —, —, —? 你能根据“1200-3X”将题目补充完整吗? 学生联系实际生活畅所欲言。

生1 :每个西瓜3千克, 卖掉了X个, 还剩多少千克?

生2 :卖掉了3筐西瓜, 每筐X千克, 还剩多少千克?

生3 :卖掉了3个西瓜, 每个X千克, 还剩多少千克?

生4 :已经卖了3天, 平均每天卖X千克, 还剩多少千克?

……

结尾, 教师再意犹未尽地追问“1200-3X还可能表示什么”。同样的X, 在不同情境中意义不同, 它所对应的式子表示的意义也不同, 这个思维发散过程不仅使学生进一步感受到“用字母表示数是简洁而概括的”, 还使学生体会到数学之应用价值。这可以理解为“习”的过程, 它着力于在使用中精进和完善所学。