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复杂信息系统架构建模理论研究及在铁路客运专线中的应用

作　者: 孙远运
导　师: 马钧培
学　校: 中国铁道科学研究院
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 复杂信息系统 架构模型 架构建模 架构分级 形式化描述 客运专线 运营调度系统
分类号: TP311.52
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


构建良好的架构模型是复杂信息系统成功建设的关键。本论文首先对复杂信息系统架构建模理论问题进行了研究。进而,紧密结合我国铁路客运专线实际需求,建立了铁路客运专线复杂信息系统架构模型。最后,依据该模型成功构建了客运专线运营调度系统。论文主要研究内容和贡献如下：第一,基于系统架构及架构生命周期的概念,给出了复杂信息系统分级架构模型的定义,描述了各级架构建模过程,并着重介绍了基于抽象代数方法的架构模型形式化描述和验证的相关基础理论。第二,在深入分析客运专线信息系统复杂性基础上,采用分层规划理念,建立了客运专线信息系统总体框架模型,并描述了该框架模型的结构及特点。第三,基于客运专线运营调度系统需求特点,构建了SOA风格的系统总体架构模型；并从业务、应用、数据和技术四个角度对总体架构进行了诠释。特别地,对应用架构进行了形式化描述与验证。第四,论文针对SOA架构模型实现中的若干关键问题开展了深入研究,并对该模型在客运专线运营调度系统建设中的实际应用效果进行了分析。本论文的主要贡献是提出了一种实用的复杂信息系统架构建模理论及方法,并应用于客运专线运营调度系统开发过程中。该系统在京沪线上的成功实施,既体现了本文所构建的系统架构模型的指导作用,也检验了本文给出的理论研究成果的正确性和有效性。此外,本研究所建立的系统架构模型在较高层次上具有可重用性,对铁路以及其它运输行业类似复杂信息系统的建设均具有借鉴意义。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1. 绪论  10-27
  1.1 研究背景  10-12
    1.1.1 研究动机  10-11
    1.1.2 研究目标  11-12
    1.1.3 研究意义  12
  1.2 架构建模相关理论研究回顾  12-17
    1.2.1 架构的起源  12-13
    1.2.2 系统架构分析  13-14
    1.2.3 系统架构设计  14-16
      1.2.3.1 设计方法  14
      1.2.3.2 架构风格  14-15
      1.2.3.3 架构描述  15-16
    1.2.4 系统架构验证  16-17
  1.3 国内外铁路复杂信息系统架构设计实践  17-23
    1.3.1 国外铁路典型案例  17-20
      1.3.1.1 德国铁路BZ2000调度信息系统总体架构设计  17-18
      1.3.1.2 西班牙DaVinci调度信息系统总体架构设计  18-19
      1.3.1.3 美国铁路NS信息系统总体架构设计  19-20
    1.3.2 国内铁路应用实践  20-23
      1.3.2.1 TMIS系统的总体架构设计  20-22
      1.3.2.2 客户服务中心系统的总体架构设计  22-23
    1.3.3 国内外铁路信息系统架构实践比较  23
  1.4 论文主要内容及组成结构  23-26
  1.5 本章小结  26-27
2. 复杂信息系统架构建模理论研究  27-47
  2.1 架构建模理论概述  27-33
    2.1.1 架构建模理论框架  27-28
    2.1.2 基本概念和原理  28-32
      2.1.2.1 基本概念  28-31
      2.1.2.2 基本原理  31-32
    2.1.3 架构模型分类  32
      2.1.3.1 基于架构的作用范围  32
      2.1.3.2 基于架构的形成顺序  32
    2.1.4 架构建模资源  32-33
  2.2 系统架构建模  33-36
    2.2.1 系统架构模型  33-34
    2.2.2 系统架构建模  34-36
  2.3 复杂信息系统架构建模  36-41
    2.3.1 复杂信息系统的分级架构模型  36-38
      2.3.1.1 企业级架构模型(ELA)  36-37
      2.3.1.2 系统级架构模型(SLA)  37
      2.3.1.3 组件级架构模型(CLA)  37
      2.3.1.4 三级架构模型间的关系  37-38
    2.3.2 复杂信息系统的三级架构建模  38-40
      2.3.2.1 企业级架构建模  38-39
      2.3.2.2 系统级架构建模  39
      2.3.2.3 组件级架构建模  39-40
    2.3.3 复杂信息系统架构建模的作用分析  40-41
  2.4 系统架构的形式化描述与验证  41-46
    2.4.1 形式化描述方法  41
    2.4.2 构件及相互关系的形式化定义  41-44
    2.4.3 连接件的形式化定义  44
    2.4.4 系统架构的的形式化验证  44-46
  2.5 本章小结  46-47
3. 客运专线复杂信息系统总体框架研究  47-53
  3.1 客运专线复杂信息系统概述  47-48
  3.2 企业级架构模型构建  48-50
    3.2.1 架构需求分析  48
    3.2.2 分层规划理念  48-49
    3.2.3 合理分层问题  49-50
  3.3 层次化框架模型描述  50-52
    3.3.1 模型描述  50-51
    3.3.2 模型分析  51-52
  3.4 本章小结  52-53
4. 客运专线运营调度系统架构模型研究  53-79
  4.1 客运专线运营调度系统概述  53-55
    4.1.1 系统定位  53-54
    4.1.2 系统环境  54-55
  4.2 架构模型构建  55-62
    4.2.1 架构需求分析  55-57
      4.2.1.1 运营模式  55
      4.2.1.2 架构需求  55-57
    4.2.2 架构风格选型  57-61
      4.2.2.1 系统架构风格的定义与作用  57
      4.2.2.2 典型的架构风格  57-59
      4.2.2.3 SOA架构风格  59-60
      4.2.2.4 SOA架构风格的选择  60-61
    4.2.3 架构模型设计  61-62
  4.3 架构模型描述  62-71
    4.3.1 总体架构描述及特点  62-63
    4.3.2 业务架构总体描述  63-64
    4.3.3 应用架构描述  64-67
      4.3.3.1 总体描述  64-66
      4.3.3.2 细化描述  66-67
    4.3.4 数据架构描述  67-70
      4.3.4.1 数据架构规划  68-69
      4.3.4.2 数据架构设计  69-70
    4.3.5 技术架构描述  70-71
  4.4 应用架构的形式化描述与验证  71-78
    4.4.1 应用架构构件的形式化定义  71-74
    4.4.2 应用架构连接件的形式化定义  74-75
    4.4.3 应用架构构件关系的形式化定义  75-76
    4.4.4 应用架构模型的形式化验证  76-78
  4.5 本章小结  78-79
5. 客运专线运营调度系统架构实现关键问题研究  79-102
  5.1 业务架构中的关键问题研究  79-86
    5.1.1 UML建模工具的选择  79-80
    5.1.2 规划型客运专线运营调度业务流程建模理念  80-81
    5.1.3 基于UML的客运专线运营调度系统业务流程建模  81-86
      5.1.3.1 基于活动图的核心业务流程建模  81-86
      5.1.3.2 基于甬道图的总体实现流程建模  86
  5.2 数据架构中的关键问题研究  86-89
    5.2.1 数据分布问题  86-88
    5.2.2 数据规模估计  88-89
    5.2.3 数据共享分析  89
  5.3 应用架构中的关键问题研究  89-93
    5.3.1 ESB技术简介  90
    5.3.2 ESB在客运专线运营调度系统SOA架构中的核心作用  90-91
    5.3.3 基于ESB的客运专线运营调度系统集成服务实现过程  91-93
      5.3.3.1 日计划编制流程参考实现  92-93
      5.3.3.2 行调实施计划下达参考实现  93
      5.3.3.3 基地实际执行上报参考实现  93
  5.4 技术架构中的关键问题研究  93-100
    5.4.1 客户端集成框架  93-94
    5.4.2 服务器部署架构  94-97
      5.4.2.1 通用应用服务器  95-96
      5.4.2.2 专业应用服务器  96-97
      5.4.2.3 计划编制服务器  97
      5.4.2.4 数据库服务器  97
    5.4.3 存储架构设计  97-100
      5.4.3.1 存储系统架构的基本原则  97-98
      5.4.3.2 存储系统架构的部署设计  98-99
      5.4.3.3 存储交换机选型问题  99
      5.4.3.4 存储阵列盘选型问题  99-100
      5.4.3.5 数据库系统选型问题  100
  5.5 本章小结  100-102
6. 客运专线运营调度系统架构模型应用效果分析  102-107
  6.1 架构模型在系统研发过程中的作用分析  102-103
    6.1.1 架构模型是团队沟通的有效媒介  102
    6.1.2 架构模型是分工协作的基本依据  102
    6.1.3 架构模型是系统集成的技术蓝图  102-103
  6.2 系统功能性评价  103-105
  6.3 系统非功能性评价  105-106
    6.3.1 性能  105
    6.3.2 可用性  105-106
    6.3.3 灵活性  106
    6.3.4 可扩展性  106
  6.4 本章小结  106-107
7. 总结与进一步研究  107-109
  7.1 总结  107-108
  7.2 进一步研究  108-109
参考文献  109-113
致谢  113-114
博士研究期间主要工作介绍  114-116
详细中文摘要  116-121
详细英文摘要  121-126

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