数据交换技术论文范文

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关键词：数据库集成化技术建筑CADSTEP

Abstract

ThispaperoutlinesthedevelopmentandapplicationofSTEP(Standardforexchangeofproductmodeldata)technology,presentsapracticeofbuildinganintegrateddatamodelforbuildingthermaldesignandanalysiswithSTEPtechnologyandmakessomesuggestionsconcerningthedevelopmentofstandardbuildingandHVACdatamodels.

Keywords：databaseCIBSCADSTEP

1前言

开发集成化建筑设计系统的关键在于实现CAD工具、分析软件以及各种数据库间数据交换。而要实现"开放式"系统，使集成化系统中的各个部分都可以独立研究开发并不断扩充，就需要有一种标准的数据交换方式。80年代以来国外逐渐开发出STEP技术（StandardfortheExchangeofProductModelData）作为产品数据交换标准。目前该技术已广泛用于机械制造业的CAD、CAM系统中，国际标准化组织ISOTC184并制定了国际标准（ISOCD10303）。在建筑设计CAD和集成化系统的开发研究中，也开始采用STEP技术。我国1994年由国家技术监督局牵头成立了STEP技术中心，1995年国家技术标准委员会成立了STEP标准分委员会（CSBTSTC159SC4），开始制定我国的STEP标准，并组织推广STEP技术。

2STEP技术简介

不同软件间一般通过数据文件进行数据交换。正确的数据交换的前提是要使数据的接收方能够完整准确地"理解"所接收的全部数据。最初这是通过数据生成方与数据读取方的协议来实现的。此协议包括数据的格式、顺序、数量以及数据文件中每一个位置上的数据的物理意义。

随着产品和工程数据复杂的增加，上述方式就愈来愈不适应。同一类型的事物，具体对象不同，所要描述的数据的数量就不同，所表示的物理意义亦不同，甚至数据类型也不同。例如描述一座建筑物数据，其结构及数量随建筑的楼层、房间数及门窗墙数的不同百有很大差别；描述一个空气处理室的数据，对于不同结构的空气处理室（表冷器、喷雾室），有些数据代表的意义相联系才有意义，一组数据只有与它们的相互关系的定义相结合才有意义。仅依靠预先约定的一些协议，很难准确反映每个数据的物理意义及数据间的相互关系，更难以适应被描述事物类可能具有的各种变化。数据的物理意义、数据间的相互关系以及数据本身三者共同构成了对事物的描述。数据交换与传递也应包括这三部分内容，而决不仅是数据本身。

基于上述观点，提出了STEP数据交换技术。将数据组织为数据项储存。每个数据项包括描述该项内容的若干个数据，其中亦可有与此项内容有关的其它数据项名。每个数据与它的物理名共同储存。为了准确地描述数据项内部结构及各数据项间的关系，对种每数据项的内部结构及其中每个数据的物理意义都要用EXPRESS语言严格定义。这种数据项的EXPRESS定义称作数据模型。根据此数据模型可以准确写出STEP方式的数据文件，也可以很容易地理解按此模型生成的STEP方式的数据文件。

以描述一个建筑物的几何尺寸为例。建筑物可看成是由许多封闭空间组成；每个空间由若干个表面所围成；每个表面由若干条线段为边界；每条线段由它的起始坐标确定。同时，每条线段又是两个表面的相交边界；每个围护结构都以两个表面为其两侧。这个数据模型可以用如下EXPRESS语言描述：

ENTITY：建筑

iscomposedof:SETOF围护结构

contains:SETOF空间

ENDENTITY:

ENTITY：空间

iscomposedof:SETOF表面

ENDENTITY:

ENTITY：表面

hasareaof:REAL

iscomposedof:SETOF线段

issurfaceof:围护结构

faceof:ONEOF(空间，外环境)

ENDENTITY:

ENTITY：线段

Point1:点

Point2:点

boundaryofsurface1:面

boundaryofsurface2::面

ENDENTITY:

ENTITY：点

xis:REAL

yis:REAL

zis:REAL

ENDENTITY:

ENTITY：围护结构

Side1is:SETOF表面

Side2is:SETOF表面

ENDENTITY:

以上定义的EXPRESS数据模型中，大写字母为一些由语法决定的关键字。小写英文字母及中文说明物理意义。每一组ENTITY定义了一项数据项结构。按照这个数据模型，一个具体的建筑几何尺寸可用如下形式的STEP文件描述：

#1=建筑（（#80，#81，#82，#85，……），（#2，各围护结构的代号#3，#60，……））

各空间的代号

#2=空间（（#4，#5，#6，……））

各表面的代号

#3=表面（24.5，（#10，#11，……），#80，#2））

面积各线段代号所属围面对

护结构空间

#4=表面（32，（#10，#14，……），#81，#2）

……

……

#10=线段（#50，#51，#3，#4）

点1点2面1面2

#11=线段（#51，#52，#3，#6）

……

#50=点（0.3,12.8,0.3）

x坐标y坐标z坐标

#51=点（………）

……

#80=围护结构（#3，#4）

上述STEP文件中，#n仅作为一项数据的识别名，其顺序无任何意义。等号后的名称给出此项数据的结构。它表明括号内的内容必须与该项ENTITY在EXPRESS中定义的结构一致。括号内#n则给出各项数据间的相互联系。

这种方式的数据文件，各项数据顺序无关，根据被描述事物的复杂程度，总的项数亦可很不相同。只要得到它的数据模型，即可产生或理解全部数据内容。这样，EXPRESS定义的数据模型相当于严格定义的计算机化的数据文件协议。在它的公开与一致的基础上，即可实现数据的准确理解。

实际的建筑物涉及的信息当然远比上例复杂，但用同样方法亦可准确完整地描述清楚，并可灵活使用。

上例描述的基础，建立在数据模型的一致上。若数据模型不一致，也就是看待和描述事物的角度不一致，仍不能实现这种数据交换。例如，如果某个软件是用各面墙的中线描述建筑物几何信息，其数据就很难直接用上述数据模型表出。因此，制定统一的标准数据模型，即统一的EXPRESS形式的定义文件，是使用和推广STEP技术进行数据交换的关键。

经过十余年的努力，已开发出许多使用STEP的软件工具。例如以图形化方式定义数据模型并直接生成EXPRESS文件的NIAM；将EXPRESS文件自动转换为C++中数据类型说明的CCGEN；直接存储、管理和检索STEP形式数据的动态数据库软件等。目前随着STEP技术的普及与深入，新的工具还在不断出现。

3使用STEP的初步尝试

与英国建筑研究中心（BRE）合作，并结合国内的具体情况，作者近两年来开发出采用STEP数据交换方式的集成化建筑热环境分析系统IISABRE。它的基本思想就是试图将相关的各种计算软件及CAD工具集成到一起，每个软件可以使用其它软件的各种输出结果，它的输出结果亦可被其它软件所使用。系统的核心是使用STEP技术按照EXPRESS定义的建筑信息数据模型（IDM，IntergratedDataModel）。该数据模型包括建筑物的几何信息、围护结构热工性能、建筑物的运行管理方式以及微生物的能耗、采光、自然室温等各种物理性能。利用此数据模型可基本上描述与建筑热物理有关的各种信息。为了实现各软件与以此数据模型为原型的数据库交换数据，每个软件都配一个数据转换器。此数据转换器从STEP数据库中取出该软件所需要的数据，按其要求生成数据输入文件。数据转换器又将该软件的计算结果转换为STEP方式并存入STEP数据库中。

利用这一系统，用户首先AutoCAD上描述所分析建筑的三维几何形状，并通过从门窗墙部件库选择相应的部件来定义各建筑部件的材料和物理性能。这些输入结果都被转换为STEP的数据项，存入数据库中。用户可调用计算软件对此建筑进行分析。例如检查它的围护结构是否满足保温标准或进行能耗估算。用户还可进一步定义要求的房间范围以及HVAC形式，从而进行负荷计算或自然室温计算。这些计算结果亦存入数据库中，并可被其它软件利用。由于采用了开放式结构，此系统还可以运行现成的计算分析软件。目前已试将美国开发的SERIRES（建筑热模拟软件）和英国开发的BREDOM（建筑能耗估算）连入。利用这种方式现有的分析计算软件资源可以较方便地集成于此系统中。

此系统目前仍处于开发完善中，但已显示出STEP方式的优越。随着系统复杂性的增加，这种优越性会越来越明显地表现出来。

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交换设备是人类信息交互中的重要实施，在相互通信中起着立交桥的作用。交换技术的发展总是依赖于人类的信息需求、传送信息的格式和技术，以及控制技术的发展而螺旋型发展。从电话交换一直到当今数据交换、综合业务数字交换，交换技术经历了人工交换到自动交换的过程。人们对可视电话、可视图文、图象通信和多媒体等宽带业务的需求，也将大大地推动异步传输技术（ATM）和同步数字系列技术（SDH）及宽带用户接入网技术的不断进步和广泛应用。

从交换技术的发展历史看，数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。

一、电路交换

自1876年美国贝尔发明电话以来，随着社会需求的增长和通信技术水平的不断发展，电路交换技术从最初的人工接续方式，经历了机电与电子式自动交换、存储程序控制的模拟和数字交换、第三方可编程交换等技术的变革，当前正在发展中的融合多媒体格式相互通信的软交换技术。

随着电子技术，尤其是半导体技术的迅速发展，人们在交换机内引入电子技术，这类交换机称作电子交换机。最初是在交换机的控制部分引入电子技术，话路部分仍采用机械接点，出现了“半电子交换机”、“准电子交换机”。只有在微电子技术和数字技术的进一步发展以后，才开始了全电子交换机的迅速发展。

1946年第一台电子计算机的诞生，对交换技术的发展起了巨大的影响。在20世纪60年代后期，脉冲编码调制(PCM)技术成功地应用在通信传输系统中，对通话质量和节约线路设备成本都产生了很大好处。随着数字通信与PCM技术的迅速发展和广泛应用，于是产生了将PCM信息直接交换的思想，各国开始研制程控数字交换机。1970年法国首先在拉尼翁(Lanion)成功地开通了世界上第一台程控数字交换系统，标志着交换技术从传统的模拟交换进入到了数字交换时代。程控数字交换技术采用PCM数字传输和数字交换，非常适合信息数字化应用，除应用于普通电话通信以外，并且为开通用户电报、数据传送等非话业务提供了有利条件。目前在电信网中使用的电路交换机全部为程控数字交换机，可向用户提供电路方式的固定电话业务、移动电话业务和窄带ISDN业务。

二、报文交换

报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。

每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。报文在每个节点的延迟时间，等于接收报文所需的时间加上向下一个节点转发所需的排队延迟时间之和。

三、分组交换

分组交换是交换技术发展的重要成果，代表着网络未来演进的方向。分组交换方式兼有报文交换和线路交换的优点。分组交换技术使用统计复用，与电路交换相比大大提高了带宽利用率。这要求在交换节点使用存储转发，从而导致掉队现象的发生。因此，分组交换全引入不固定的延迟的概念。分组交换网络主要有面向连接和无连接两种方式．分组网络包含3个功能面，分别是数据面、控制面和管理面。数据面负责分组转发，因此需要高性能的实现。目前主要的分组交换网包括面向连接的X．25、帧中继、ATM、MPLS以及无连接的以太网、CP／IP网络。

分组交换网有两种主要的形式：面向连接和无连接。对于分组交换技术来说，面向连接的网络与电路交换类似，也需要通过连接建立过程在交换机中分配资源；但由于它采用统计复用，所分配的资源是用逻辑标号来表示的。自分组交换技术出现以来，已经有多种分组交换网投人运行。电信领域最早提出的是X．25网络，但由于它协议复杂，速度有限，逐渐被性能更好的网络如帧中继代替。帧中继网络可以认为是X．25的改进版本，它简化了协议以提高处理效率。

计算机领域的一个侧重点是局域网，即小范围、小规模的网络，用于互连办公室内的计算机。目前以太网已成为占统治地位的局域网技术。

在20世纪90年代中后期，因特网获得较大发展，规模持续扩大，对核心路由器吞吐量的要求也越来越高。由于路由器对IP分组进行转发时路由表的查找比较复杂，转发速度受到很大限制。前面指出，面向连接网络使用逻辑子信道标号进行转发表查找，速度是很快的。人们结合ATM技术在这方面的优点，提出将核心网络改为使用类似于ATM的交换机，而只在边缘网络使用路由器的IP交换技术，最终发展为多协议标记交换(MPlS)。然而，在随后的几年中，提出了多种实用的高速路由查找方法，使其不再成为瓶颈。此时，MPLS最大的优点就是流量工程(TramcEn小needng)能力，即人为控制分组流向。但是由于目前高速路由器还能够很好地工作，MPLS技术并没有被广泛使用。

四、综合业务数字交换

综合业务数字网是集语音、数据、图文传真、可视电话等各种业务为一体的网络，适用于不同的带宽要求和多样的业务要求。异步传输模式ATM(AsynchronousTransferMode)就是用于宽带综合业务数字网的一种交换技术。ATM是在分组交换基础上发展起来的。它使用固定长度分组，并使用空闲信元来填充信道，从而使信道被等长的时间小段。由于光纤通信提供了低误码率的传输通道，因而流量控制和差错控制便可移到用户终端，网络只负责信息的交换和传送，从而使传输时延减小。所以ATM适用于高速数据交换业务。

随着通信技术和通信业务需求的发展，迫使电信网络必须向宽带综合业务数字网(B—ISDN)方向发展。这要求通信网络和交换设备既要容纳非实时的数据业务，又要容纳实时性的电话和电视信号业务，还要考虑到满足突发性强、瞬时业务量大的要求，提高通信效率和经济性。在这样的通信业务条件下，传统的电路交换和分组交换都不能够胜任。电路交换的主要缺点是信道带宽(速率)分配缺乏灵活性，以及在处理突发业务情况下效率低。而分组交换则由于处理操作带来的时延而不适宜于实时通信。因此，在研究新的传送模式时需要找出两全的办法，既能达到网络资源的充分利用，又能使各种通信业务获得高质量的传送水平。这种新的传送模式就是后来出现的“异步转移模式”(ATM)。

ATM是在光纤大容量传输媒体的环境中分组交换技术的新发展。在大量使用光缆之前，数字通信网中的中继线路是最紧张也是质量最差的资源，提高线路利用率和减少误码是最着重考虑的事情。光缆的大量使用不仅大大增加了通信能力，而且也大大提高了传输质量。这使得人们逐渐倾向于宁可牺牲部分线路利用率来减少节点的处理负担。

与此同时，人类对于通信带宽的需求日益增加。特别是传送图像信息和海量数据，已经使人们对于数据通信的速率由过去的几千比特／秒增加到几兆比特／秒。这样，节点的处理能力成了数据通信网中的“瓶颈”。ATM对于节点处理能力的要求远低于分组转送方式，更能适应现代的这种环境。

ATM方式中，采用了分组交换中的虚电路形式，同时在呼叫建立过程中向网络提出传输所希望使用的资源，网络根据当前的状态决定是否接受这个呼叫。可以说，ATM方式既兼顾了网络运营效率，又能够满足接入网络的连接进行快速数据传送的需要。

五、计算机网络数据交换技术发展的展望

近年来。以Internet为代表的新技术革命正在深刻地改变着传统的电信观念和体系架构，并且随着信息社会的到来，人们的日常生活、学习工作已经离不开网络，这导致了人类社会对网络业务需求急剧增长，并且对网络也提出了更高的要求，不仅要提供话音、数据、视频业务，也要同时支持实时多媒体流的传送，并且要求网络具有更高的安全性、可靠性和高性能。下一代网络应是—个能够屏蔽底层通信基础设施多样性，并能提供一个统一开放的、可伸缩的、安全稳定和高性能的融合服务平台，能够支持快速灵活地开发、集成、定制和部署新的网络业务。

下一代网络将是—一个以软交换为核心、光网络为基础、分组型传送技术的开放式的融合网。软交换的出现，可通过一个融合的网络为用户同时提供话音、数据和多媒体业务，实现国际电联提出的“通过互联互通的电信网、计算机网和电视网等网路资源的无缝融合，构成一个具有统一接入和应用界面的高效率网路，使人类能在任何时间和地点，以一种可以接受的费用和质量，安全的享受多种方式的信息应用”的目标。

参考文献:

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中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)26-6356-02

Research on Application of Heterogeneous Data Exchange Technology Based on XML+Web Service

MIN Jie, LIU Li-juan

(Xinyang Agricultural College, Xinyang 464000, China)

Abstract: With the popularization of the network and the development of the university informationization, Under the Internet environment there are a growing number of heterogeneous database systems, the "information isolated island" phenomena stands out gradually. This paper presents a technology based on XML and Web Service to solve the problems existing among data exchange in heterogeneous database application system so that can provide an effective way for heterogeneous data sharing and exchange.

Key words: XML; Web services; data exchange; heterogeneous data

随着数据库技术和信息化的发展，数据成为Internet环境下的核心资源。企事业单位内部各职能部门根据需要构建了众多业务系统，各业务系统之间不可避免的会遇到数据交换的问题。这些业务系统通常采用不同的技术和体系结构，且大部分是相互独立的应用系统，因此使WEB环境下的数据交换变得更为复杂。针对此问题本文提出了一种基于XML和Web Service技术实现异构应用系统之间的数据交换系统体系结构，用统一的方式，对各系统之间不同结构、不同格式的数据进行共享和交换。

1 XML和Web Service介绍

1.1 XML介绍

XML[1]为eXtensible Markup Language的简称，即可扩展标记语言。它是用来自动描述信息的一种标准语言，并提供了一种独立的运行程序的方法来共享数据。XML与其它语言相比，在Web数据交换应用中具有以下优势：1）跨平台，可扩展性。XML允许组织、个人建立适合自己需要的标记集合，采用纯文本格式而非二进制格式表示数据，避免了不同平台对数据表示的不一致性。2）简单灵活，异构系统间自由互通信息[2]。XML描述的是数据的结构和语义，而不是格式，能有效地实现数据与格式的分离。由于不负责显示，XML在网络中扮演着不同显示平台、不同格式数据源之间进行数据交换的中介角色，获得了浏览器无关的特性。3）便于对XML数据加密[3]，以保证数据交换的安全性。XML加密的方法可以嵌入到文档内部，并且把安全粒度细化到XML文档元素和属性级别，实现同一文档的不同部分的安全要求。

1.2 Web Service技术

Web Service是由应用程序完成的服务，通过Internet标准可以和其他Web Service集成，它是一个URL服务资源，客户端可以通过编程方式请求得到它返回的信息，而无需知道所请求的服务是怎样实现的。Web Service是在各种协议集下大家共同遵守，使商务应用能够在Internet网上进行交流并且同其他应用系统进行协同工作。其相关标准协议有：1）SOAP[4] (Simple Object Access Protocol)简单对象访问协议，它是一个基于XML的开放性协议，是Web Service的核心。其采用HTTP作为底层通讯协议，RPC作为一致性的调用途径，XML作为数据传送的格式，允许服务提供者和服务客户穿越防火墙在Internet进行交互通讯。2）UDDI[5] (Universal Description, Discovery and Integration)统一描述、发现和集成协议标准，为Web Service在技术层次上提供了三个重要支持：标准化的、透明的、专门描述Web Services的机制；调用Web Services的简单机制；可访IP的Web Service注册中心。3）WSDL[6] (Web Service Description Language，服务描述语言)是一种用来描述Web Service的语言。它是一种XML格式，定义了一种绑定机制，这种机制用于附加协议、数据格式、抽象消息或用于定义服务位置的端点组。在Web Service模型[7]的核心中，WSDL用作定义Web Service的元数据语言，描述服务提供方和请求方之间如何进行通信。

2 异构数据交换系统体系结构

利用XML和Web Service技术实现异构数据库之间的数据交换，需要约定数据交换的内容，各个异构数据库只需针对XML进行交换而无需考虑其他数据库的内容。利用WEB服务的方式，源系统通过Web服务提供需要交换的内容，目的系统则根据请求得到的数据进行处理。在实际交换过程中总是面向XML进行设计，增加了系统的灵活性。

2.1 数据交换系统总体架构设计

通过对现有的数据交换技术进行研究，并结合实际应用对数据交换的要求，针对不同异构应用系统之间的数据交换设计了下述数据交换系统体系结构，其具有会话层、数据处理层、数据持久层的三层结构。如图1所示。

每个系统在WEB环境下可以都是对等的节点，但是在进行数据交换时，分为服务器端和客户端两种，因此功能各有不同。

1）会话层

会话层作为系统与系统之间的交互窗口，实现数据的、交互、接收和发送功能。

① XML接收模块：负责接收XML数据，该模块实际上是一监听组件，监听并接收来自分节点传入的数据。服务器端负责监听客户端的请求XML(request)并作出响应，客户端负责接收服务器端的响应数据XML(data)并进行处理。

② XML发送模块：负责通过各种传输协议把XML数据发送到指定目的地。服务器端负责发送数据XML(data)到客户端，客户端负责生成的请求XML(request)并发送到服务器端。

③ web服务：传统的数据通信使用简单的HTTP协议，由服务器提供接口，用户需要详细了解服务器接口的使用细则，在服务器提供的接口变更以后，客户端需要重新定义。针对此问题系统之间的通信采用了Web服务的方式，由服务器端提供Web服务接口，这样整个系统间的数据通信使用Soap协议来进行交流，服务器端使用WSDL用来描述Web服务和说明如何与Web服务通信。

2）数据处理层

也可称为业务逻辑层，是整个系统体系结构的核心，实现用户的身份、权限认证，数据的解析、转换和处理。

① XML解析模块：负责将XML解析成数据。该模块主要完成如下功能:

XML解析DD首先分析该XML文档的语法和格式是否正确，这里需要用到XML的一个关键技术XML Schema[8]，利用用户的XML Schema，可以严格的检查接收的XML数据，以确保在传输过程中没有数据丢失和错误；分析业务系统所用的schema是否和平台使用的Schema一致，如果不一致，则需要用到转换处理；然后处理XML文档中的数据，在服务器和客户端各有不同。服务器端XML解析，负责处理Soap请求中所包含的数据，即客户请求的内容，其中还包含了客户端的资料和信息。客户端的XML解析，负责处理服务器端发送的Soap文档中的return数据，即需要进行数据交换的源数据端数据。

身份验证[9]DD服务器端根据Soap请求中的信息验证用户身份，是否提供服务。

数据请求/处理DD通过XML解析到得数据连接数据库进行操作，主要包括了数据库的读取、存储等操作。

② XML封装模块：负责将数据封装成XML。该功能块主要完成如下功能:

数据/请求封装DD服务器端将从数据库中读取的数据封装成XML，通过Web服务发送给客户端。客户端封装的内容为Soap请求中的数据。

数据/请求生成DD数据生成是根据数据请求读取数据库中的内容；请求生成是客户端根据需求决定需要对哪些数据进行数据交换。

XML映射DD客户端根据映射表将数据映射成XML文件。

3）数据持久层

该层只有一个模块，即数据持久化模块，它直接同数据库或各应用接口相互交互。面向不同的异构数据库进行处理。其包括数据库的各种操作：选择，更新，插入，删除等。并处理异构数据库中的各种异构数据类型，如各种字符串的转换等。并且通过事务，保证写入数据的完整性和一致性，防止写入失败后数据不一致，在出错后进行回滚。

2.2 数据交换过程

针对上述两个不同异构应用系统间的数据交换系统架构设计，假设两个应用系统中，源系统是SQL Server数据库，目的系统是MySQL数据库，两个系统间数据通过XML进行交换，数据交换时的数据流程图如图2所示。

3 结束语

利用XML和Web Services技术为解决异构数据库应用系统间数据共享和交换的问题提供了一种有效方案，也为数据交换提供有力的支持，能避免“信急孤岛”繁多数据的重复录入、资源浪费、数据不一致性问题，实现各信息系统的信息共享，以充分利用现有资源，避免重复开发。

参考文献：

[1] 李雯,谢辅雯,邹道明.XML数据交换技术的应用与研究[J].计算机与现代化,2008(1):91.

[2] 胡能发,唐为萍.基于XML的通用异构数据交换模型[J].计算机工程和设计,2010,31(8):1744-1745.

[3] 叶枝平.基于XML的数据交换平台及其关键问题的分析与设计[D].广东工业大学硕士学位论文,2008:9-11.

[4] Simple Object Access Protocol (SOAP)[EB/OL]./TR/soap/.

[5] 顾宁,刘家茂.Web Services原理与研发实践[M].北京:机械工业出版社,2006:19-90.

[6] 王宣,李燕.应用Web Services构建多层架构的高效.Net应用[M].北京:科学出版社,2005:31-39.

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一、现阶段交换技术介绍

在现代网络应用主要集中在网络层（第3层交换）的集成和开发，但随着带宽资源的利用，从而对互联网上的应用、内容进行管理，日益成为服务提供商关注的焦点。为了得到传输层到应用层进行管理的网络技术，从而推动了第7层交换技术的发展，只有解决好第7层交换技术的发展问题才能完成真正的互联网智能化。

(一)第2层交换技术

第2层交换技术可以识别数据帧中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在内部的一个MAC地址表中。广义上的第2层交换技术表示任何数据的转发都称之为交换，狭义上仅包括数据在数据链路层的转发。

第2层的交换机对于路由器和主机是“透明的”，主要遵从802.1d 标准。该标准规定交换机通过观察每个端口的数据帧获得源MAC 地址，交换机在内部的高速缓存中建立MAC地址与端口的映射表。当交换机接受的数据帧的目的地址在该映射表中被查到，交换机便将该数据帧送往对应的端口。如果它查不到，便将该数据帧广播到该端口所属虚拟局域网（VLAN）的所有端口，如果有回应数据包，交换机便将在映射表中增加新的对应关系。当交换机初次加入网络中时，由于映射表是空的，所以，所有的数据帧将发往虚拟局域网内的全部端口直到交换机“学习”到各个MAC地址为止。

总之，第2层交换技术在交换式局域网得到了很好的应用，由于其带宽为客户所独享，所以她为提高局域网效率做出了重大贡献。但是由于现如今Internet的不断发展使得第2层交换技术受到了限制。

(二)第3层交换技术

第3层交换技术是现在主流的网络交换技术，它已经成为构建多业务融合网络的主要力量。在大规模局域网中，为了减少广播风暴的危害，必须把大型局域网按功能或地域等因素划分为多个小局域网，这样必然导致不同子网之间的大量互访，而如果在网络中只是单纯使用第2层交换技术，则无法实现子网间的互访问题，而第3层交换技术成功解决了广播域问题。。

第3层交换机在硬件上将与路由器有关的硬件模块集成到原有的第2层交换机的高速背板/总线上，使用该种方式后可以实现路由间的高速数据交换，在软件方面第3层交换机有了很大的改进：

1. 数据封包转发：通过已有的硬件集成实现IP/IPX封包转发工作，大大提高了封包转发速度。

2. 数据接收软件：路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。假设两个使用IP协议的站点通过第三层交换机进行通信的过程，发送站点A在开始发送时，已知目的站的IP地址，但尚不知道在局域网上发送所需要的MAC地址。要采用地址解析（ARP）来确定目的站的MAC地址。发送站把自己的IP地址与目的站的IP地址比较，采用其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定目的站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，A广播一个ARP请求，B返回其MAC地址，A得到目的站点B的MAC地址后将这一地址缓存起来，并用此MAC地址封包转发数据，第2层交换模块查找MAC地址表确定将数据包发向目的端口。。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站C通信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP（地址解析）封包，而“缺省网关”的IP地址已经在系统软件中设置。这个IP地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。所以当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，若第三层交换模块在以往的通信过程中已得到目的站B的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址；否则第三层交换模块根据路由信息向目的站广播一个ARP请求，目的站C得到此ARP请求后向第三层交换模块回复其MAC地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送站A.以后，当再进行A与C之间数据包转发时，将用最终的目的站点的MAC地址封包，数据转发过程全部交给第2层交换处理，从而实现信息的高速交换。

总之第3层交换技术具有如下突出特点：有机的硬件结合使得数据交换加速；优化的路由软件使得路由过程效率得以提高；除必要的路由决定外，大部分数据转发有第2层交换进行处理。。

(三)第7层交换技术

第7层交换技术的数据包的传送不仅仅依据MAC地址或目标IP地址以及TCP/UDP端口来分发数据，而是可以根据内容（表示/应用层）进行分发数据。

第7层交换技术可以称得上真正意义上的应用交换机，它可以保证不同类型的传输流赋予不同的处理优先级。同时可以对传输流进行过滤并分配优先级，使得可以不必依赖于业务或网络设备来达到目的，通过该交换技术可以实现所有高层网络的功能，使得网络管理者能够以更低的成本来分配网络资源。虽然目前关于第七层交换功能还没有具体的标准。第七层交换功能和目前很多类似的技术具有很大的互补性，它可以和其他的网络服务和谐地共存。但是第七层交换和类似的解决方案之间最大的优势，也就是交换技术具有的最大优势，就是高速而且不影响智能处理。采用第七层交换技术可以以交换的线速度做出更智能性的传输流内容的决策。用户将自由地根据得到的信息就各类传输流和其目的地做出决策，从而优化网络访问。

二、光交换技术介绍

密集波分复用技术的进步使得一根光纤上能够承载上百个波长信道，传输带宽最高记录已经达到了T比特级。同时，现有的大部分情况是光纤在传输部分带宽几乎无限——200Tb/s，窗口200nm。相反，在交换部分，仅仅只有几个Gb/s，这是因为电子的本征特性制约了它在交换部分的处理能力和交换速度。由于电子的此种特性决定了致使光交换／光路由技术的发展，该种技术可以在光子层面上完成网络交换工作，消除电子瓶颈的影响。

三、ASON技术及其发展

ASON（Automatically Switched OpticalNetwork）：自动交换光网络结构的核心特点就是支持电子交换设备动态的向光网络申请带宽资源，可以根据网络中业务分布模式动态变化的需求，通过信令系统或者管理平面自主的去建立或者拆除光通道，而不需要人工干预。采用自动交换光网络技术以后，原来复杂的多层网络结构可以变得简单和扁平化，光网络层可以直接承载业务，避免了传统网络中业务升级时受到的多重限制。ASON 的优势集中表现在其组网应用的动态、灵活、高效和智能方面。支持多粒度、多层次的智能，提供多样化、个性化的服务ASON的核心特征。ASON主要由以下3个独立的平面组成，即传送平面、控制平面和管理平面总之，ASON 技术是光传送网技术的一项重大突破，它的出现，深刻的改变了光传送网的体系和功能，可以相信，随着这种技术的逐步成熟，光传送网将会发挥更大的作用。

ASON 可以提供丰富的业务模型, 主要包括: 按需带宽分配业务(BoD) 、光虚拟专用网业务(OVPN) 和指配带宽业务( PBS) 。

参考文献：

[1]顾畹仪，张杰，等．全光通信网（修订版）[M].北京：北京邮电大学出版社，2001.

[2]移动网IP化演进质量指体系研究[R]，上海：中国移动通信有限公司，2008