冯国杰 郭玮

摘  要： 为解决传统实验室耗材信息系统数据处理水平较低、可视化存储空间受限等问题，设计新型开放性实验室耗材信息智能整合系统。在智能整合框架中，良性分配耗材数据集成模块、开放性角色管理模块的运行空间，完成新型智能整合系统的硬件运行环境搭建。在此基础上，选择较为适宜的信息服务协议，并将共享数据库调试到极佳的存储状态，根据缓存数据的集成上线，完善实验室耗材数据的交互流程，完成新型智能整合系统的软件运行环境搭建，实现开放性实验室耗材信息智能整合系统的顺利运行。在相同运行条件下设计对比实验，结果表明，新型智能整合系统与传统系统相比，数据处理能力提升75%，可视化存储空间容量得到保证。

关键词： 耗材信息; 智能整合; 开放性系统; 数据集成; 角色管理; 服务协议; 共享数据库; 数据交互

中图分类号： TN99?34; TP399                    文献标识码： A                      文章編号： 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

信息整合是一种常见的互联网系统数据处理技术，可分为数据整合、内容整合、过程整合三个主要方向。其中，数据整合是信息整合的关键环节，可通过一定的物理手段使散落的底层数据形成完整的树形结构，减轻虚拟数据库的构建压力。内容整合对象为系统中的一切非结构化信息，可在统一的管理平台中对各类信息进行分类存储，并设置专门的访问、发布权限[1?2]。过程整合是数据整合、内容整合的综合体现形式，可利用系统的引擎软件对数据进行转移操作，达到提高系统整体执行效率的目的。随着科学技术手段的进步，信息整合技术被广泛应用于实验室信息处理、分类等多个领域。传统实验室耗材信息系统应用B/S物理架构与Web浏览器相结合的搭建形式，这种方法虽然能为服务器空间数据提供统一的GIS接口，但基本数据处理水平受限，进而造成可视化存储空间达不到预期水平。为解决上述问题，本文在保留传统系统应用优势的基础上，将原有数据库替换为共享数据库，增设开放性角色管理模块，并在实际运行过程中验证改进后系统的实用性价值。

1  开放性实验室耗材信息智能整合系统硬件设计

新型智能整合系统硬件运行环境包含基础框架、耗材数据集成模块、开放性角色管理模块三个组成部分，其具体搭建方法可按如下步骤进行。

1.1  智能整合框架搭建

新型实验室耗材整合系统的智能框架采用B/S搭建模式，且所有硬件运行模块可在框架中自由的进行信息数据交换。该智能整合框架的物理结构包含交互层、业务逻辑层、数据层三个组成单元。其中，交互层可对实验室中的耗材信息数据进行浏览、查询等基础操作，是智能整合系统与核心计算机进行执行指令交换的唯一途径。业务逻辑层包含一个负责接收用户需求的Web服务器、一个处理站点信息的GIS服务器，且这两个服务器直接与系统的耗材数据集成模块、开放性角色管理模块相连[3]。数据层具备一个兼容性极强的空间数据库引擎，可以通过输入、输出链路获取核心计算机中的实验室耗材信息，并对系统软件共享数据库提供标准的存储上限条件。新型系统的智能整合框架结构如图1所示。

图1  智能整合框架结构图

1.2  耗材数据集成模块设计

耗材数据集成模块是智能整合框架下属的核心运行单元。该模块既可以根据实验室耗材情况对多源信息进行统一格式处理，也可以在Web服务器、GIS服务器直接调取系统的压缩数据包，并根据其中ArcGIS Portal指令的排列情况，对实验室耗材数据进行按需分类[4?5]。Content设备作为ArcGIS Portal指令和核心生成结构，是耗材数据集成模块的基础搭建设备，可以利用系统的输入、输出信道与开放性角色管理模块进行协议互通，这也是新型系统数据处理水平能够得到提升的主要原因。具体耗材数据集成模块结构如图2所示。

1.3  开放性角色管理模块设计

开放性角色管理模块可对实验室耗材信息智能整合系统管理员创建的用户进行权限分配，以保证具备不同权限的系统用户都能同时对实验室耗材数据进行安全处理操作。在新型实验室耗材信息智能整合系统中，不同角色类型的资源访问权限是通过访问操作权限改变实现的。“管理员”“发布者”“用户”是三种常见的系统开放性角色类型[6?7]。其中，“管理员”具备实验室耗材信息智能整合系统的终极管理权限，可以随意创建合法用户，并对系统中的实验室耗材信息数据进行增、删、改、查处理。“发布者”和“用户”都是“管理员”的附属开放性角色，且这两种角色都可以直接分享系统中的实验室耗材信息数据，但不能对这些数据进行除调用以外的其他处理[8?9]。图3为三种开放性角色间的制约关系及角色管理模块的设计原理。

图2  耗材数据集成模块结构图

圖3  开放性角色管理模块设计原理图

2  开放性实验室耗材信息智能整合系统软件设计

在开放性实验室耗材信息智能整合系统硬件运行环境的基础上，通过信息服务协议选择、共享数据库搭建等几个步骤完成软件运行环境搭建，实现新型系统的顺利应用。

2.1  信息服务协议选择

开放性实验室耗材信息智能整合系统的信息服务协议包含内外网协议、用户连线查询协议、适配路由协议三种基本类型。其中，内外网协议可在系统断路的情况下快速恢复系统软、硬件运行环境间的耗材信息数据传输。在系统基础帧率不同的情况下，用户连线查询协议、适配路由协议也具备一定的耗材信息数据传输恢复功能[10?11]。新型智能整合系统应用层数据的基础吞吐量为200 Mb/s，但随着耗材信息数据总量的增加，内外网协议不足以负载系统巨大的数据传输需求，而用户连线查询协议与适配路由协议结合后，可将信息智能整合系统应用层数据的基础吞吐量提升至750 Mb/s，有效解决了上述问题。具体信息服务协议选择原理如表1所示。

表1  信息服务协议选择原理总结表

2.2  共享数据库搭建

新型开放性实验室耗材信息智能整合系统的共享数据库以Microsoft SQL Server作为核心存储空间。在Oracle共享平台的支持下，新型信息智能整合系统的数据库具备初级的实验室耗材信息采集、录入功能，且随着系统一体化格局稳定性的不断提升，开放性角色管理模块、耗材数据集成模块等硬件单元中的运行信息可通过传入途径，直接进入数据库中进行长久储存[12?13]。这种简明、便捷的数据存储方式可缓解系统可视化存储空间的运行压力，解决空间受限等问题。具体共享数据库结构如图4所示。

图4  共享数据库结构图

2.3  实验室耗材数据交互流程完善

实验室耗材数据交互流程以信息实用量获取作为起始环节，当系统中的运行数据达到标准承载上限时，共享数据库的旁系分支会吸取一部分无关信息，并将这些信息按照符合核心计算机抓取规则的方式进行长久储存[14]。耗材数据集成模块、开放性角色管理模块中运行的实用信息在满足服务协议要求的前提下，会以压缩包的形式达到共享数据库[15]。随着系统应用时间的增加，运行数据总量会逐渐下降。当智能整合系统中的运行数据不足以承担下一次抓取操作时，核心计算机向共享数据库旁系结构发出调用指令，其中的实验室耗材信息会在输入信道的促进下，进入系统中以保证物理循环流程的顺利进行，至此实现一次完整的实验室耗材数据交互处理，具体处理流程如图5所示。整合上述设计原理，实现新型开放性实验室耗材信息智能整合系统的搭建。

图5  实验室耗材数据交互流程图

3  实验结果与分析

为突出说明新型开放性实验室耗材信息智能整合系统的实用性，设计如下对比实验。以两台配置Web服务器、GIS服务器的计算机作为实验对象，其中一台计算机搭载新型信息智能整合系统，作为实验组;另一台计算机搭载传统实验室耗材信息系统，作为对照组。

3.1  实验参数设置

为保证实验结果的真实性，可按照表2完成相关实验参数设置。

表2  实验参数设置表

表2中，DPF參数代表数据处理因子，DPL参数代表数据处理极限数值，BSP参数代表基本存储参量，VSC参数代表可视化存储空间容量极限，EMT参数代表实验时间。为保证对比实验的绝对公平性，实验组、对照组实验参数始终保持一致。

3.2  数据处理水平对比

在数据处理因子为0.61的条件下，以100 min作为实验时间，分别记录在该段时间内，实验组、对照组实验室耗材信息智能整合系统数据处理水平的变化情况，具体实验结果如表3所示。

表3  数据处理水平对比表

对比表2、表3可知，随着实验时间的增加，实验组系统数据处理水平呈现上升、稳定交替出现的变化趋势，实验时间处于80～100 min之间时，系统数据处理水平达到最大值75.19%，与上限数值相比上升了4.61%;对照组系统数据处理水平呈现先阶梯状上升、再阶梯状下降的变化趋势，实验时间处于50～60 min之间时，系统数据处理水平达到最大值54.75%，与上限数值相比下降了15.83%。综上可知，在数据处理因子为0.61的条件下，应用新型开放性实验室耗材信息智能整合系统可促使数据处理水平提升20.44%。

3.3  可视化存储空间容量对比

在基本存储参量为0.94的条件下，以100 min作为实验时间，分别记录在该段时间内，实验组、对照组实验室耗材信息智能整合系统可视化存储空间容量的变化情况，具体实验结果如表4所示。

对比表2，表4可知，随着实验时间的增加，实验系统可视化存储空间容量呈现先小幅度上升、再大幅度上升的变化趋势，实验时间为100 min时，系统可视化存储空间容量达到最大值8.2×210 TB，与上限数值相比上升了1.0×210 TB;对照组可视化存储空间容量呈现稳定、上升、稳定的变化趋势，实验时间处于80～100 min时间时，系统可视化存储空间容量达到最大值4.4×210 TB，与上限数值相比下降了2.8×210 TB。综上可知，在基本存储参量为0.94的条件下，应用新型开放性实验室耗材信息智能整合系统，可促使可视化存储空间容量上升3.8×210 TB。

表4  可视化存储空间容量对比表

4  结  语

新型开放性实验室耗材信息智能整合系统摒弃B/S物理架构、Web浏览器相结合的搭建形式，在开放性角色管理模块、共享数据库等方面进行创新。从实用性方面来看，新型系统不但具备强有力的应用稳定性，也能有效解决可视化存储空间有限等运行问题，具备较强的推广宣传意义。

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