開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮國(guó)杰 郭瑋

摘 ?要： 為解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室耗材信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理水平較低、可視化存儲(chǔ)空間受限等問(wèn)題，設(shè)計(jì)新型開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)。在智能整合框架中，良性分配耗材數(shù)據(jù)集成模塊、開(kāi)放性角色管理模塊的運(yùn)行空間，完成新型智能整合系統(tǒng)的硬件運(yùn)行環(huán)境搭建。在此基礎(chǔ)上，選擇較為適宜的信息服務(wù)協(xié)議，并將共享數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)試到極佳的存儲(chǔ)狀態(tài)，根據(jù)緩存數(shù)據(jù)的集成上線(xiàn)，完善實(shí)驗(yàn)室耗材數(shù)據(jù)的交互流程，完成新型智能整合系統(tǒng)的軟件運(yùn)行環(huán)境搭建，實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)的順利運(yùn)行。在相同運(yùn)行條件下設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，新型智能整合系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)處理能力提升75%，可視化存儲(chǔ)空間容量得到保證。

關(guān)鍵詞： 耗材信息; 智能整合; 開(kāi)放性系統(tǒng); 數(shù)據(jù)集成; 角色管理; 服務(wù)協(xié)議; 共享數(shù)據(jù)庫(kù); 數(shù)據(jù)交互

中圖分類(lèi)號(hào)： TN99?34; TP399 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）13?0156?05

Design of consumables information intelligent integration system for open laboratory

FENG Guojie1， GUO Wei2

（1. Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 054300， China;

2. Shijiazhuang Tiedao University Sifang College， Shijiazhuang 050043， China）

Abstract： A new consumables information intelligent integration system of open laboratory was designed to solve the problems of low data processing level and limited visual storage space of traditional laboratory consumables information system. The running spaces of consumables data integration module and open role management module are reasonably allocated in the intelligent integration framework to construct the hardware running environment of new intelligent integration system. On this basis， the appropriate information service protocol is selected， and the shared database is debugged to the best storage state. According to the integration upper limit of cached data， the interactive flow of laboratory consumables data is perfected， the software running environment of the new intelligent integration system is built， and the consumables information intelligent integration system of open laboratory is realized. Under the same operating condition， the contract experimental results show that the new intelligent integration system can improve the data processing capacity to 75%， and the maximum visual storage space capacity is more than 8.0×210 TB.

Keywords： consumable information; intelligent integration; open system; data integration; role management; service protocol; shared database; data interaction

0 ?引 ?言

信息整合是一種常見(jiàn)的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可分為數(shù)據(jù)整合、內(nèi)容整合、過(guò)程整合三個(gè)主要方向。其中，數(shù)據(jù)整合是信息整合的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可通過(guò)一定的物理手段使散落的底層數(shù)據(jù)形成完整的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，減輕虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建壓力。內(nèi)容整合對(duì)象為系統(tǒng)中的一切非結(jié)構(gòu)化信息，可在統(tǒng)一的管理平臺(tái)中對(duì)各類(lèi)信息進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)，并設(shè)置專(zhuān)門(mén)的訪問(wèn)、發(fā)布權(quán)限[1?2]。過(guò)程整合是數(shù)據(jù)整合、內(nèi)容整合的綜合體現(xiàn)形式，可利用系統(tǒng)的引擎軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)移操作，達(dá)到提高系統(tǒng)整體執(zhí)行效率的目的。隨著科學(xué)技術(shù)手段的進(jìn)步，信息整合技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室信息處理、分類(lèi)等多個(gè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室耗材信息系統(tǒng)應(yīng)用B/S物理架構(gòu)與Web瀏覽器相結(jié)合的搭建形式，這種方法雖然能為服務(wù)器空間數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的GIS接口，但基本數(shù)據(jù)處理水平受限，進(jìn)而造成可視化存儲(chǔ)空間達(dá)不到預(yù)期水平。為解決上述問(wèn)題，本文在保留傳統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，將原有數(shù)據(jù)庫(kù)替換為共享數(shù)據(jù)庫(kù)，增設(shè)開(kāi)放性角色管理模塊，并在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中驗(yàn)證改進(jìn)后系統(tǒng)的實(shí)用性?xún)r(jià)值。

1 ?開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

新型智能整合系統(tǒng)硬件運(yùn)行環(huán)境包含基礎(chǔ)框架、耗材數(shù)據(jù)集成模塊、開(kāi)放性角色管理模塊三個(gè)組成部分，其具體搭建方法可按如下步驟進(jìn)行。

1.1 ?智能整合框架搭建

新型實(shí)驗(yàn)室耗材整合系統(tǒng)的智能框架采用B/S搭建模式，且所有硬件運(yùn)行模塊可在框架中自由的進(jìn)行信息數(shù)據(jù)交換。該智能整合框架的物理結(jié)構(gòu)包含交互層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層三個(gè)組成單元。其中，交互層可對(duì)實(shí)驗(yàn)室中的耗材信息數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、查詢(xún)等基礎(chǔ)操作，是智能整合系統(tǒng)與核心計(jì)算機(jī)進(jìn)行執(zhí)行指令交換的唯一途徑。業(yè)務(wù)邏輯層包含一個(gè)負(fù)責(zé)接收用戶(hù)需求的Web服務(wù)器、一個(gè)處理站點(diǎn)信息的GIS服務(wù)器，且這兩個(gè)服務(wù)器直接與系統(tǒng)的耗材數(shù)據(jù)集成模塊、開(kāi)放性角色管理模塊相連[3]。數(shù)據(jù)層具備一個(gè)兼容性極強(qiáng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，可以通過(guò)輸入、輸出鏈路獲取核心計(jì)算機(jī)中的實(shí)驗(yàn)室耗材信息，并對(duì)系統(tǒng)軟件共享數(shù)據(jù)庫(kù)提供標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)上限條件。新型系統(tǒng)的智能整合框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ?智能整合框架結(jié)構(gòu)圖

1.2 ?耗材數(shù)據(jù)集成模塊設(shè)計(jì)

耗材數(shù)據(jù)集成模塊是智能整合框架下屬的核心運(yùn)行單元。該模塊既可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)室耗材情況對(duì)多源信息進(jìn)行統(tǒng)一格式處理，也可以在Web服務(wù)器、GIS服務(wù)器直接調(diào)取系統(tǒng)的壓縮數(shù)據(jù)包，并根據(jù)其中ArcGIS Portal指令的排列情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)室耗材數(shù)據(jù)進(jìn)行按需分類(lèi)[4?5]。Content設(shè)備作為ArcGIS Portal指令和核心生成結(jié)構(gòu)，是耗材數(shù)據(jù)集成模塊的基礎(chǔ)搭建設(shè)備，可以利用系統(tǒng)的輸入、輸出信道與開(kāi)放性角色管理模塊進(jìn)行協(xié)議互通，這也是新型系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理水平能夠得到提升的主要原因。具體耗材數(shù)據(jù)集成模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 ?開(kāi)放性角色管理模塊設(shè)計(jì)

開(kāi)放性角色管理模塊可對(duì)實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)管理員創(chuàng)建的用戶(hù)進(jìn)行權(quán)限分配，以保證具備不同權(quán)限的系統(tǒng)用戶(hù)都能同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)室耗材數(shù)據(jù)進(jìn)行安全處理操作。在新型實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)中，不同角色類(lèi)型的資源訪問(wèn)權(quán)限是通過(guò)訪問(wèn)操作權(quán)限改變實(shí)現(xiàn)的。“管理員”“發(fā)布者”“用戶(hù)”是三種常見(jiàn)的系統(tǒng)開(kāi)放性角色類(lèi)型[6?7]。其中，“管理員”具備實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)的終極管理權(quán)限，可以隨意創(chuàng)建合法用戶(hù)，并對(duì)系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)室耗材信息數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、改、查處理。“發(fā)布者”和“用戶(hù)”都是“管理員”的附屬開(kāi)放性角色，且這兩種角色都可以直接分享系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)室耗材信息數(shù)據(jù)，但不能對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行除調(diào)用以外的其他處理[8?9]。圖3為三種開(kāi)放性角色間的制約關(guān)系及角色管理模塊的設(shè)計(jì)原理。

圖2 ?耗材數(shù)據(jù)集成模塊結(jié)構(gòu)圖

圖3 ?開(kāi)放性角色管理模塊設(shè)計(jì)原理圖

2 ?開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)硬件運(yùn)行環(huán)境的基礎(chǔ)上，通過(guò)信息服務(wù)協(xié)議選擇、共享數(shù)據(jù)庫(kù)搭建等幾個(gè)步驟完成軟件運(yùn)行環(huán)境搭建，實(shí)現(xiàn)新型系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

2.1 ?信息服務(wù)協(xié)議選擇

開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)的信息服務(wù)協(xié)議包含內(nèi)外網(wǎng)協(xié)議、用戶(hù)連線(xiàn)查詢(xún)協(xié)議、適配路由協(xié)議三種基本類(lèi)型。其中，內(nèi)外網(wǎng)協(xié)議可在系統(tǒng)斷路的情況下快速恢復(fù)系統(tǒng)軟、硬件運(yùn)行環(huán)境間的耗材信息數(shù)據(jù)傳輸。在系統(tǒng)基礎(chǔ)幀率不同的情況下，用戶(hù)連線(xiàn)查詢(xún)協(xié)議、適配路由協(xié)議也具備一定的耗材信息數(shù)據(jù)傳輸恢復(fù)功能[10?11]。新型智能整合系統(tǒng)應(yīng)用層數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)吞吐量為200 Mb/s，但隨著耗材信息數(shù)據(jù)總量的增加，內(nèi)外網(wǎng)協(xié)議不足以負(fù)載系統(tǒng)巨大的數(shù)據(jù)傳輸需求，而用戶(hù)連線(xiàn)查詢(xún)協(xié)議與適配路由協(xié)議結(jié)合后，可將信息智能整合系統(tǒng)應(yīng)用層數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)吞吐量提升至750 Mb/s，有效解決了上述問(wèn)題。具體信息服務(wù)協(xié)議選擇原理如表1所示。

表1 ?信息服務(wù)協(xié)議選擇原理總結(jié)表

2.2 ?共享數(shù)據(jù)庫(kù)搭建

新型開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)的共享數(shù)據(jù)庫(kù)以Microsoft SQL Server作為核心存儲(chǔ)空間。在Oracle共享平臺(tái)的支持下，新型信息智能整合系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)具備初級(jí)的實(shí)驗(yàn)室耗材信息采集、錄入功能，且隨著系統(tǒng)一體化格局穩(wěn)定性的不斷提升，開(kāi)放性角色管理模塊、耗材數(shù)據(jù)集成模塊等硬件單元中的運(yùn)行信息可通過(guò)傳入途徑，直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行長(zhǎng)久儲(chǔ)存[12?13]。這種簡(jiǎn)明、便捷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式可緩解系統(tǒng)可視化存儲(chǔ)空間的運(yùn)行壓力，解決空間受限等問(wèn)題。具體共享數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 ?共享數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖

2.3 ?實(shí)驗(yàn)室耗材數(shù)據(jù)交互流程完善

實(shí)驗(yàn)室耗材數(shù)據(jù)交互流程以信息實(shí)用量獲取作為起始環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)承載上限時(shí)，共享數(shù)據(jù)庫(kù)的旁系分支會(huì)吸取一部分無(wú)關(guān)信息，并將這些信息按照符合核心計(jì)算機(jī)抓取規(guī)則的方式進(jìn)行長(zhǎng)久儲(chǔ)存[14]。耗材數(shù)據(jù)集成模塊、開(kāi)放性角色管理模塊中運(yùn)行的實(shí)用信息在滿(mǎn)足服務(wù)協(xié)議要求的前提下，會(huì)以壓縮包的形式達(dá)到共享數(shù)據(jù)庫(kù)[15]。隨著系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)間的增加，運(yùn)行數(shù)據(jù)總量會(huì)逐漸下降。當(dāng)智能整合系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)不足以承擔(dān)下一次抓取操作時(shí)，核心計(jì)算機(jī)向共享數(shù)據(jù)庫(kù)旁系結(jié)構(gòu)發(fā)出調(diào)用指令，其中的實(shí)驗(yàn)室耗材信息會(huì)在輸入信道的促進(jìn)下，進(jìn)入系統(tǒng)中以保證物理循環(huán)流程的順利進(jìn)行，至此實(shí)現(xiàn)一次完整的實(shí)驗(yàn)室耗材數(shù)據(jù)交互處理，具體處理流程如圖5所示。整合上述設(shè)計(jì)原理，實(shí)現(xiàn)新型開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)的搭建。

圖5 ?實(shí)驗(yàn)室耗材數(shù)據(jù)交互流程圖

3 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為突出說(shuō)明新型開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)的實(shí)用性，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。以?xún)膳_(tái)配置Web服務(wù)器、GIS服務(wù)器的計(jì)算機(jī)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)搭載新型信息智能整合系統(tǒng)，作為實(shí)驗(yàn)組;另一臺(tái)計(jì)算機(jī)搭載傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室耗材信息系統(tǒng)，作為對(duì)照組。

3.1 ?實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，可按照表2完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置。

表2 ?實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置表

表2中，DPF參數(shù)代表數(shù)據(jù)處理因子，DPL參數(shù)代表數(shù)據(jù)處理極限數(shù)值，BSP參數(shù)代表基本存儲(chǔ)參量，VSC參數(shù)代表可視化存儲(chǔ)空間容量極限，EMT參數(shù)代表實(shí)驗(yàn)時(shí)間。為保證對(duì)比實(shí)驗(yàn)的絕對(duì)公平性，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組實(shí)驗(yàn)參數(shù)始終保持一致。

3.2 ?數(shù)據(jù)處理水平對(duì)比

在數(shù)據(jù)處理因子為0.61的條件下，以100 min作為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，分別記錄在該段時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理水平的變化情況，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 ?數(shù)據(jù)處理水平對(duì)比表

對(duì)比表2、表3可知，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加，實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理水平呈現(xiàn)上升、穩(wěn)定交替出現(xiàn)的變化趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間處于80～100 min之間時(shí)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理水平達(dá)到最大值75.19%，與上限數(shù)值相比上升了4.61%;對(duì)照組系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理水平呈現(xiàn)先階梯狀上升、再階梯狀下降的變化趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間處于50～60 min之間時(shí)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理水平達(dá)到最大值54.75%，與上限數(shù)值相比下降了15.83%。綜上可知，在數(shù)據(jù)處理因子為0.61的條件下，應(yīng)用新型開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)可促使數(shù)據(jù)處理水平提升20.44%。

3.3 ?可視化存儲(chǔ)空間容量對(duì)比

在基本存儲(chǔ)參量為0.94的條件下，以100 min作為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，分別記錄在該段時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)可視化存儲(chǔ)空間容量的變化情況，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

對(duì)比表2，表4可知，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可視化存儲(chǔ)空間容量呈現(xiàn)先小幅度上升、再大幅度上升的變化趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為100 min時(shí)，系統(tǒng)可視化存儲(chǔ)空間容量達(dá)到最大值8.2×210 TB，與上限數(shù)值相比上升了1.0×210 TB;對(duì)照組可視化存儲(chǔ)空間容量呈現(xiàn)穩(wěn)定、上升、穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間處于80～100 min時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)可視化存儲(chǔ)空間容量達(dá)到最大值4.4×210 TB，與上限數(shù)值相比下降了2.8×210 TB。綜上可知，在基本存儲(chǔ)參量為0.94的條件下，應(yīng)用新型開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)，可促使可視化存儲(chǔ)空間容量上升3.8×210 TB。

表4 ?可視化存儲(chǔ)空間容量對(duì)比表

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

新型開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室耗材信息智能整合系統(tǒng)摒棄B/S物理架構(gòu)、Web瀏覽器相結(jié)合的搭建形式，在開(kāi)放性角色管理模塊、共享數(shù)據(jù)庫(kù)等方面進(jìn)行創(chuàng)新。從實(shí)用性方面來(lái)看，新型系統(tǒng)不但具備強(qiáng)有力的應(yīng)用穩(wěn)定性，也能有效解決可視化存儲(chǔ)空間有限等運(yùn)行問(wèn)題，具備較強(qiáng)的推廣宣傳意義。

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