論軟件架構建模技術與應用

論軟件架構建模技術與應用

                            

   摘要：2010年，我參加了湖南辰州礦業的污水監控平臺的開發，在這個項目中，我擔任系統設計和開發的工做。這個系統主要是對辰州礦業的排污進行數據採集，實時監控，超標報警，數據統計和管理。本文結合做者的實踐，以辰州礦業監控平臺弟弟系統架構建模爲例，論述了4+1視圖模型在工做中的運用。本論文先介紹4+1模型，而後結合我參與項目的實際狀況，詳細說明在此次項目中所涉及的軟件架構，最後是分析該項目取得實踐效果。

 

                                                                                                          正文

    軟件架構用來處理軟件高層次結構的設計與實施，它以精心選擇的形式將若干結構元素進行裝配，從而知足系統的主要功能和性能需求。軟件架構設計的首要問題是如何表示系統架構，即如何對軟件架構建模。根據建模的側重點不一樣，能夠將軟件架構模型分爲結構模型，框架模型，動態模型，過程模型和功能模型。Kruchten於1995年提出了4+1視圖模型，將這5種模型有機的結合了一塊兒。

    4+1視圖模型分爲爲：邏輯視圖，物理視圖，場景，進程視圖和開發視圖。邏輯視圖，主要是支持系統的功能需求，即體現了系統提供一個什麼樣的服務。在邏輯視圖中，系統分解成一系列的功能抽象，這些抽象主要來自於功能域.在OO技術中主要是經過類的繼承，封裝和抽象，用類圖來描述邏輯視圖。物理視圖，即軟件如何映射到硬件上，它一般考慮的是系統的拓撲結構，系統安裝和通訊等問題。場景，將4種視圖有機的聯繫起來，在UML中通常用用例圖來表示。進程視圖，體現了系統在運行中表現出來的特性，如分佈性，併發性和容錯能力，系統集成性。它定義了邏輯視圖的各個類操做具體是在哪個線程中執行的。開發視圖，主要描述系統的組織，與邏輯視圖精密相關，在UML中對應的是實現圖。其中用戶對應的是邏輯視圖，開發人員對應的是開發視圖，系統工程師對應的是物理視圖，系統集成工程師對應的是進程視圖。

    辰州礦業監控平臺是一個對礦業排污進行數據採集，根據集團領導的需求：公司的監測人員可以隨時監測排污的數據，當污染數據超標時可以即時通知相關的負責人員，可以查詢歷史的排污數據記錄，管理員可以經過工控機操做並管理各個數據採集儀。通過咱們的分析，結合需求，咱們作了以下設計：系統由B/S和C/S兩部分組成。其中B/S主要的功能包括：實時污染數據的監測和顯示，數據統計和管理，超標報警等，由礦業的PC客戶端瀏覽器和應用服務器，數據庫服務器組成。C/S的主要功能包括：控制數據採集儀器，進行數據採集，將採集的污染數據持久化，實時污染數據的顯示等，由工控機，數據採集儀，和數據庫服務器組成。

    在此次系統架構建模的工做中，咱們用到的建模工具是Microsoft Visio,用到的架構描述語言是UML,結合項目的實際狀況，用4+1視圖模型進行建模：

     1.對情景進行建模：通過咱們的分析，結合客戶的需求，在這個系統中有兩類角色，一類是礦業集團辦公室的負責排污監測的各位工做人員，即用戶類，他們通常會進行排污的數據查詢工做，另外當排污超標時，系統會進行報警並通知。另一類是礦業監控室的管理人員，他們通常在現場值班，負責對數據採集儀和工控機進行管理，監測各項排污數據，和進行排污數據的維護工做。因此係統的主要用例有以下幾個：數據查詢，超標報警，數據實時顯示，數據採集，數據維護。用例圖以下所示：
 





 

 

     2.對邏輯視圖進行建模：在這個系統中，咱們用UML的包圖來描述邏輯視圖，通過咱們的分析，在C/S部分，工控機和數據採集儀之間進行以下職責劃分：

* 應用層負責設備狀態的顯示，並提供模擬控制檯供用戶發送調試命令。

* 應用層使用通信層和嵌入層進行交互，但應用層不知道通信的細節。

* 通信層負責在SOCKETC協議之上實現一套專用的"應用協議"。

* 當應用層發送來包含調試指令的協議包，由通信層負責按SOCKET協議將之傳遞給嵌入層。

* 當嵌入層發送來原始數據，由通信層將之解釋成應用協議包發送給應用層。

* 嵌入層負責對調試設備的具體控制，以及高頻度地從數據採集器讀取設備狀態數據。

* 設備控制指令的物理規格被封裝在嵌入層內部，讀取數採器的具體細節也被封裝在嵌入層內部。

在B/S部分，客戶端PC和應用服務器進行以下職責劃分：表現層，邏輯業務層和數據訪問層。







 

 

     3.對物理視圖進行建模：咱們用UML的部署圖來描述進程視圖，對系統的拓撲結構和通訊進行描述。整個系統分爲B/S和C/S兩部分，B/S中的客戶PC端和應用服務器，應用服務器和數據庫服務器都經過局域網進行鏈接。C/S中工控機和數據庫服務器經過局域網進行鏈接，工控機和採集儀經過數據專線進行鏈接，工控機和採集儀之間採用串口SOCKET通訊，工控機和數據庫採集儀之間經過TCP/IP進行通訊，客戶PC端和應用服務器經過HTTP進行通訊。部署圖以下圖所示：

 

 

    4.對進程視圖進行建模：在C/S部分，表示層分爲三類線程：數據持久化線程，數據顯示線程和採集控制線程，分別用來對數據進行持久化，圖形的顯示，以及對採集儀進行控制，進行數據的採集。對應的UML建模圖以下因此：

                                                                                            

               

    經過對4+1視圖的情景，邏輯視圖和物理視圖建模，分別從系統提供的服務和功能，系統的網絡拓撲結構和通訊進行了建模，對系統進行了詳細的分析，爲系統的設計和接下來的項目開發提供了有力的支持。