基于网格架构的行业监测预警Word文档下载推荐.docx
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作为一个综合多计量经济模型、多数据源的计算机系统，现有的软件解决方案主要采用单机版软件系统或LAN/Intranet网络软件的形式，在对行业信息的管理和使用上，存在着一些突出的问题，主要表现在：
（1）行业信息的共享不足。
目前的行业统计信息分为三大类：
一是政府统计系统的数据；
二是各企业各部门自己的统计数据；
三是业务、工作记录，如投资审批的业务记录等。
这三类数据分布在不同系统，分属不同实体，但由于没有建立规范的统计信息共享机制，实体之间缺少持久、顺畅的资料交换渠道，缺乏长期、协调的信息互补关系，使得这些资源没有得到充分的共享，成为“信息孤岛”。
（2）行业信息的实效性、快捷性不够。
共享不足，导致数据的采集和整合效率偏低，影响了经济信息的时效性。
（3）重复建设较多，造成资源浪费。
由于大量信息孤岛的存在，有价值的经济计量模型软件都分散在不同系统中却未提供外部访问和外部程序的接口，使得这些行业经济计量模型的重用和集成很难实现，而建设一个行业监测系统也往往因此要做很多重复性的工作，导致成本增加、资源浪费。
针对以上问题，本文采用一个基于开放网格体系架构（OGSA）来构建一个基于网格技术的行业监测预警系统（GMAFS）仿真平台。
利用现有的网络基础设施、协议规范、万维网技术和数据库技术，共享Internet环境中分布在不同地理位置且经常动态更新的数据、知识、软件等信息，为用户实现了充分的资源共享，使分布在不同地理位置的异构资源成为协同工作的整体。
1.系统的功能结构
基于OGSA的GMAFS平台可划分为6个子系统，即景气指数子系统、预警子系统、经济预测子系统、数据文件管理、异构数据集成平台和用户界面，其功能结构如图1所示。
（1）景气指数子系统：
功能包括景气指标的选取和合成景气指数。
（2）预警子系统：
通过选择一组反映经济运行状态的敏感性指标,运用有关的数据处理方法将多个指标合并为一个综合性指标，通过多种信号符对当前经济状况发出各种预警信号。
（3）预测子系统：
建立了由113个方程构成的联立方程模型，这是SNA核算体系下的供给、需求双导向的宏观经济计量模型。
（4）数据文件管理子系统：
由于在计算中需要对经济指标进行一系列的数据预处理,故参与计算的经济指标需要以数据文件的形式存储。
系统基础数据预处理是一项必须进行且繁琐的任务，因此开发了数据文件管理子系统来统一管理系统的数据。
（5）异构数据集成平台子系统：
异构数据集成平台是整个系统的数据基础，它从各分布式异构数据源中采集数据，并按模型运算所需格式进行数据转换和集成。
（6）用户界面子系统：
用户通过浏览器访问系统的Web门户，并进而访问各子系统。
模型运算结果以图形、图表等形式输出。
2.开放网格服务的体系架构
开放网格服务体系架构（OGSA）是网格技术和WebService标准相融合的产物。
在OGSA中，一切都被抽象为“服务”，包括计算机硬件、软件和数据源，并通过制定统一的标准接口和协议来管理和使用网格中的资源。
OGSA定义一组开放的标准接口和协议，用户可以方便的使用、共享各种资源，实现了分布式异构平台的资源管理，并提供授权、访问控制和委托代理等健壮的后台服务。
它的服务结构可以分为三层，如下图所示：
资源层：
一大批异构的资源组成了网格，通过标准接口将各种资源进行“封装”，屏蔽了资源的异构性，所有资源（软件、硬件、数据源）均以“网格服务”的形式对外提供访问接口，受外界（包括互相之间）访问，从而实现了最大程度的资源共享。
网格资源之间可以无障碍地进行互通信，从而提供了不同“网格服务”动态组合使用的可能。
各种资源，只要遵循OGSA的标准，即进行“网格化封装”后，就可以动态加入或退出网格系统，网格系统的规模是可以无限扩展的，具有动态性。
服务层：
包括Web服务层和基于OGSA架构的网格服务层，如图中所示。
在Web服务层，不管是物理资源还是逻辑资源都被定义为网格服务，把各种资源的异构性屏蔽起来，用网格服务向外提供统一接口。
在基于OGSA架构的网格服务层有网格核心服务、网格程序执行服务和网格数据服务等，如信息管理、资源管理、安全管理。
应用层：
为用户提供直观的可视化界面和应用开发环境，它通过调用网格服务来响应用户的要求。
应用层还具有用户认证的功能，即用户在访问网格资源之前，必须通过应用层的认证。
3.行业景气监测系统的体系结构
行业监测预警系统就遵循OGSA的体系结构，在行业信息网格中，分散在网络上的大量数据（行业数据源）、程序（计量经济学模型）和计算机硬件资源都被封装为网格服务，并通过特定的网格协议来实现这些服务之间的动态组织和协同，为满足各种经济分析需求提供支持，如下图所示：
行业监测预警仿真系统的体系结构从功能上分为三层，即行业信息资源服务层、运行服务层和应用层。
行业信息资源服务层在最底层，体现整个行业信息网格的服务能力，各种行业数据、经济模型封装后向运行服务层提供统一接口。
运行服务层提供各种有效机制和组件保证行业信息网格的有效运转，向下调用行业信息资源服务层的各种资源，向上解析应用层的请求。
应用层是行业信息网格和用户交互的“窗口”，网格用户通过应用层提供的界面提交用户请求，并不用关心网格内部的运作机制。
行业景气监测的主要工作流程是“景气指标选择——数据采集和整合——各景气指数合成——景气预警提示”，被授权用户通过经济信息网格所提供的Web界面使用这一功能。
用户可通过在Web界面上的特定操作（如点击鼠标）来使用“行业监测”功能，而网格系统在收到用户指令后将自动启动预先设计的景气工作流引擎，该引擎驱动分布在网格系统中的各模型服务和数据服务，实现这些网格服务的协同工作。
具体的运行机制为：
（一）在行业信息资源服务层，景气监测工作流中需要使用的各种行业计量模型被封装为网格服务。
而景气监测工作流中需要使用的分布式数据服务（数据源）通过OGSA-DAI这一中间件集成到行业信息网格中。
（二）在运行服务层，首先这些网格服务通过注册服务在经济信息网格中注册，注册成功后才能作为网格资源被工作流调用。
用户可以通过访问索引服务，查询所使用资源的工作负载、排队情况等。
当网格资源发生更新时，通知服务将更新信息发送到索引服务中，同时通知用户，由用户决定是否重新执行工作流。
在工作流运行过程中，优先访问本地数据管理以获取所需数据，如果本地数据管理中没有所需数据，则需要通过数据管理模块中的远程数据传输和远程文件访问等功能来获取数据。
（三）在应用层，用户输入帐号信息请求登录，审核通过登录成功后，用户才可以使用“行业监测”功能。
在工作流运行过程中，应用层是行业信息网格和用户交互的平台，用户通过应用层提交查询请求和获得查询结果，工作流运行中如果出现异常通过应用层通知用户。
4．基于开放网格架构的行业监测预警系统仿真
以上已从理论上论述了基于开放网格架构的行业监测预警系统是一种能够有效实现资源共享的机制，并通过研究它的体系结构各个组成部分提供了资源共享的实现方法。
本节通过对该系统的仿真研究，用实验数据进一步说明基于开放网格架构的行业监测预警系统所具有的优越性。
仿真实验的目的在于：
（1）在没有大规模建设网格系统的条件下，采用的一种替代性的网格系统的性能测试方案。
（2）可控制地、可重复地对基于网格的系统性能进行测试。
（3）先在模拟条件下验证方案的可行性，然后再进行基于开放网格架构的行业监测预警系统建设，可以避免投资浪费。
仿真实验的目标主要是考察基于开放网格架构的行业监测预警系统所具有的潜能，集中在两方面：
（1）考察拥有丰富资源的网格行业监测预警系统能否提高用户任务的运行效率。
与传统软件模式相比，基于网格架构的数据资源和经济模型数量更多，这些资源可以并发运行，协同工作。
本节通过实验来验证在资源相对较少类似传统软件模式下和在资源丰富的网格架构下同一任务的运行效率差别。
（2）考察在网格架构下灵活替换网格服务的组合对用户任务运行效率的影响。
由于在网格架构下，所有服务都是遵循标准接口的，所以可以根据实际情况对它们进行组装或者拆分。
本节通过实验验证在不同粒度网格服务的组合下同一任务的运行效率差别。
本实验采用可视化集成仿真软件Arena来建模和仿真开放网格环境下的行业景气监测工作流。
假设在该系统中已经存在多个Oracle数据服务、XML数据服务和txt文件型数据服务；
同时假设系统存在多个指标数据采集模型服务、季节调整模型服务、数据文件处理模型服务。
基于假设建立以下三个仿真模型：
（一）模型A
模型A可以看成一个基准模型，每一个网格服务都可被抽象为一个独立的功能节点，接受用户的服务请求，提供某种特定功能的服务。
网格中的工作流引擎驱动各网格服务按流程顺序运行任务，使信息流和数据流在服务链上有序传递，当某个网格服务完成任务后，由工作流引擎自动地将任务传递到下一个网格服务去运行。
模型A中具有的数据服务网格为Oracle数据服务、XML数据服务和txt文件型数据服务；
模型中具有的模型服务网格为指标数据采集模型服务（用ecoMod1表示）、季节调整模型服务（用ecoMod2表示）、数据文件处理模型服务（用ecoMod3表示）。
由Arena中的模块来模拟整个工作流的运行，如下图所示。
图中的6个Server模块分别表示3个异构数据库封装而成的数据服务和3种模型服务。
Arrive模块表示任务的到达；
Batch模块表示访问完三个数据库后才会驱动下一个网格服务运行。
其它模块主要是用来计算时间的。
由于模型A的资源数量和运行流程都缺乏柔性，可以看成是对传统软件模式的模拟。
模型A各模块参数说明如下，其中，时间的单位是毫秒（ms）：
（1）任务到达时间间隔服务概率密度：
EXPO（100）。
EXPO（X）是指时间服从均值为X的指数分布。
（2）各Server模块处理时间所服从的分布为正态分布NORM（X，Y）。
NORM（X，Y）表示时间服从均值为X，方差为Y的正态分布。
模型A各网格服务处理时间参数如下表：
（二）模型B
在基于开放网格架构的行业监测预警系统中存在大量功能相同或相似的网格服务，由于这些资源功能相似，任务运行时，能够选择负荷较低的资源进行工作，并且这些资源可以并行运行，所以通过建立模型B来考察存在大量功能相同或相似的网格资源时，系统对任务运行效率的影响。
在模型B中，将模型A的数据服务改为若干个可以并行工作的数据服务，分别为4个Oracle数据服务，3个XML数据服务，2个txt文件型数据服务。
为了与模型A具有可比性，在模型B中，各并行数据服务的性能之和与模型A中的一个数据服务性能相等。
也就是用多台性能较低的节点与一个性能较高的节点进行比较。
模型A和模型B中网格服务的性能关系如下表所示：
通过性能之间的比例关系，模型B中各个服务的参数可以基于模型A计算出来的。
模型B中各节点的网格服务处理时间的概率参数如下表所示：
（三）模型C
由于网格服务都遵循标准的通讯协议和接口，因此可以通过拆分或者组合进行灵活的粒度控制。
一个复杂的网格服务可以由若干个粒度更小的网格服务组合完成。
在模型B中，由于网格服务“季节调整”的平均处理时间较长，成为整个工作流的效率瓶颈，依据行业景气监测过程，将它分解为“季节调整子活动1”、“季节调整子活动2”、“季节调整子活动3”，并分别由三个独立运行的子网格服务来完成，即ecoMode2_1、ecoMode2_2、ecoMode2_3。
为了与模型B具有可比性，在模型C中，粒度变换之前，3个季节调整网格服务的性能分别为模型B中的季节调整网格服务性能的40%、20％、40%。
这样，其性能总和保持和模型B季节调整网格服务的性能一致，具体的“季节调整服务节点”的性能关系与粒度关系如下表所示：
模型C网格服务处理时间参数如下表所示：
5．仿真实验结果
根据上述的模型和参数，在Arena中运行后，模型A和模型B的运行结果对比如下表所示：
可见，从模型A到模型B，任务总处理时间大大减少，排队个数也减少。
模型B和模型C的运行结果对比如下表所示：
可见，从模型B到模型C，任务总处理时间减少了，季节调整网格服务的排队个数也减少。
上述实验结果用图表表示如下：
对实验结果进行分析，在保持任务到达时间和其它网格服务处理能力不变的条件下，当网格资源增加是，模型B的任务总处理时间只有的模型A的17.8％，其中模型B的数据服务的平均处理时间只有模型A的4.9%，并且每个数据服务的排队个数也明显减少。
这是因为在行业监测预警系统的网格架构下，模型B通过多个数据服务的并发处理，尽管并发处理的数据服务的性能总和与非并发处理的系统相同，但是由于模型B能够根据资源的忙闲状况选择性能发送请求，大大提高了资源的利用率以及整个系统的运行效率。
此外，在保持其它数据不变的条件下，模型C的任务总处理时间只有模型B的31.2%，其中模型C“季节调整”环节的处理时间只有模型B的3.96%，该服务的排队个数也显著减少。
以上数据表明，在基于网格的行业监测预警系统中，通过合理分解和组合网格服务，控制工作流中的网格服务组合，能有效改善网格工作流中的瓶颈环节，提高任务的运行效率。
6．结语
本文提出了一种基于开放网格架构的行业监测预警系统（GMAFS），是基于开放网格服务体系架构的系统，文中详细论述了该行业景气监测系统的体系结构，包括行业信息资源服务层、运行服务层和应用层，并对各层的功能进行了剖析。
然后，本文采用Arena离散事件仿真软件作为实验手段，建立了三个行业监测预警系统的对比仿真模型。
通过实验数据分析，验证了GMAFS所具有的性能优势。
首先，丰富的网格资源使得用户可以选择负荷较低的网格服务来完成任务，又可以使多个网格服务并发运行来完成任务，所以充分提高了工作效率。
其次，所有的网格服务是遵循标准接口的，所以可以根据需要进行组装或拆分，具有粒度控制与组合优势。
这些都使得基于网格架构的行业监测预警系统具有良好的研究前景与应用价值。
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