基于SOA的地震云处理平台架构探索与研究

刘莉云，潘任芳，朱正平 （长江大学地球科学学院，湖北 武汉430100）

在应用信息技术进行油气勘探开发的过程中，地震方法是其最主要的手段，而地震方法的发展与信息技术的发展相辅相成［1－2］。随着信息技术的飞速发展，油气勘探开发信息化已初见雏形；同时，随着全球石油资源的日益紧张，以及地震技术与设备的迅猛发展，获取的地震资料数据量越来越大，地震处理平台的发展正一步一步的面临着计算机软硬件更新速度快、性能要求高、投入资金巨大、新技术和新方法迅猛发展并复杂化多样化以及应用数据大量膨胀等诸多难题［3－5］。

面向服务的架构SOA［6－7］（Service Oriented Architecture）和云计算技术应运而生并且快速发展。凭借其先进的“松耦合”和“即取即用”设计理念，以及相关应用技术的发展，为满足地震勘探快速发展的需求，建立更为高效、灵活的地震资料处理平台带来了解决问题的新思路。

1 SOA和云计算

1.1 SOA

SOA，即面向服务的软件架构模型，可以根据不同的需求将应用程序的不同功能单元通过服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口由与之相关的服务进行定义，与实现服务的软硬件平台、运行的操作系统和所使用的编程语言是相互对立存在的［8］，这就使得构建在各种异构系统中的服务能以统一、通用的方式进行交互，也正好契合地震处理平台为了面临越来越复杂化、多样化、精细化的勘探开发难题，不断追求和容纳更多新技术、新方法的技术思路。

SOA的主要优势如下：①遗留资源的再使用；②更易于集成与管理。

1.2 云计算

云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备，而不需要用户与服务提供方有任何交互操作，易于用户节省这些资源配置和使用的开销。

信息资源服务化是云计算的核心表现形式，它为用户屏蔽了数据存取管理、大规模数据处理、应用程序部署等问题。通过云计算，用户可以根据其业务负载快速申请或释放资源，并以按需支付的方式对所使用的资源付费，在提高服务质量的同时降低运维成本。

云计算的主要优势如下：①高的资源利用率；②强的计算、存储能力；③快速而弹性的部署；④高可信性；⑤服务的按需提供。

从对云计算和SOA架构的介绍可以看出，二者提供给用户的都是服务，不同的是云计算是研究如何通过技术实现将各种信息资源 （服务）提供给用户；而SOA的设计理念是以其核心层“服务”来设计架构，重点在于对遗留服务资源的再利用。因此，SOA的服务设计理念正好迎合了云计算面向服务的架构要求，在对现有的SOA成熟框架进行一定改进上，将可以建立不同的云服务平台，能为企业节省成本、整合遗留系统和信息孤岛，提高企业信息化建设的效率［10］。

2 地震资料处理平台发展现状分析

地震资料处理是地震勘探中最重要的一个核心环节，甚至可以说，地震资料处理技术的发展直接反映了地震勘探甚至地球物理勘探技术发展的水平，在石油勘探开发过程中发挥着不可替代的核心作用。从20世纪70年代初开始，我国在地震资料处理平台上的发展经历近40的发展历程，取得了丰硕的成果。

但随着勘探开发研究的不断深入，以及计算机在地球物理行业应用的发展，同时受于现行管理体制的限制，信息化建设呈现“烟囱式”的发展模式，资源利用效率低、共享程度低，数据库建设与应用系统分离，导致地震处理平台承担的任务越来越重，面临的问题也越来越多，主要体现在：①硬件资源的配置、更新速度与地震处理对硬件需求快速膨胀间的矛盾；②地震处理对新技术的需求与应用软件集成间的矛盾。

2.1 硬件方面

随着三维地震勘探、高分辨率地震勘探和四维地震勘探等新技术在地震勘探领域的应用和推广，地震资料采集的数据量比以往大大增加，加之处理流程中不断增加的中间数据，使得需要处理的地震资料的数据量和计算量非常庞大；同时，受到管理体制的限制，各油田公司引进的大型计算机设备一般安装在各个对口的2级单位，硬件资源的使用仅限于相应2级单位，其他单位的技术人员往往无法使用，降低了硬件资源的有效利用率，导致现有的硬件资源不能满足地震资料处理的需求。

2.2 应用软件方面

随着勘探开发研究的不断深入，以及计算机在地球物理行业中应用的发展，涌现出了大量的地震资料处理软件，且这些软件大多都是单独的软件系统或者都是应用在国外的处理平台上，在协同这些软件系统工作的时候就会出现难以预测的问题，而且这些地震资料处理软件开发时开发平台各异，造成软件的管理和使用极不方便，限制了先进的生产技术在勘探开发中的应用和推广；同时由于这些处理系统一般都安装在对口的2级单位，软件资源的使用仅限于相应的2级单位，也限制了其新技术的应用与推广，降低了软件资源的利用效率。

3 基于SOA的地震云处理平台框架设计

通过上述对SOA、云计算技术及地震资料处理平台发展现状的分析可知，结合SOA架构和云计算正好能较好地解决目前地震处理平台面临的困境。为此，提出了一种基于SOA的地震云处理平台的框架模型 （见图1），以实现对软、硬件资源的共享与重用，突破管理体制的限制，减少或消除信息孤岛，实现地震处理系统的集成与整合，灵活高效地调度、管理资源配置以及高效地开发应用服务，从而满足快速发展的地震勘探技术。

基于SOA的地震云处理平台主要由“4个层次、2个中心”构成。4个层次分别是云基础设施层、云平台层、云ESB总线层以及云应用层，2个中心分别是云管理中心和云数据中心。

3.1 云基础设施层

即“基础设施即服务”层，可再细分为硬件层和虚拟层，是将底层的硬件资源 （计算服务器、存储及网络设备等）作为统一的整体进行考虑，通过虚拟化技术屏蔽底层硬件资源的异构性，以实现对资源的统一整合、分割、调度和管理；通过负载均衡将大量的并发访问和数据流服务分担到多台分散空闲的服务器上分别进行处理，大大提高系统的处理能力和效率；并通过数据灾备策略，在紧急情况下系统自动调用备份服务器，以确保云服务器所存的数据安全、可靠，为用户提供“随需即取”的高质量硬件资源服务。

3.2 云平台层

又可称为“平台即服务”层，即将开发环境作为服务提供给用户使用，实现一种托管环境，让应用程序开发者只需上传程序代码和数据即可使用服务，而不必关注底层的网络、存储、操作系统的管理问题。

3.3 云ESB总线层

云总线的设计是该架构的核心，是云计算与SOA架构融合的成果。面对企业级的应用集成，SOA不仅需要解决企业在不同历史时期、不同技术标准、不同供应商开发的软件系统的协同工作问题，同时还要面临如何将大量的成熟商业软件系统进行集成整合，来支持业务研究的不断创新的需求。为此，需要一个中间层，来完成针对这些异构应用系统的服务交互、组装、管理的功能，基于这一个概念，企业服务总线 ESB （Enterprise Service Bus）产生了。

图1 一种基于SOA的地震云处理平台的框架模型

简单来说，云ESB总线就像一个容器，在云平台层的基础上，试图将云平台上所有以Web形式发布出来服务通过一组中间件技术方便地插入，支持服务的即插即用；以消息流转为沟通方式，支持业务逻辑和实现技术逻辑的分离；以标准为基础，可以跨平台、跨技术，最终实现异构环境中各服务间的通讯与互操作，从而降低企业内部以及企业间信息共享的成本。

云总线的设计包括3个层次，分别是服务适配器层、总线层和应用适配器层。服务适配器层主要提供云环境中服务跟总线通信的适配器，包括.NET平台服务适配器、J2EE平台服务适配器等；总线层主要提供服务注册、服务监控、消息路由、消息转换盒消息通信等功能；应用适配器层主要提供云环境中软件应用跟总线通信的适配器，包括.NET平台应用适配器、J2EE平台应用适配器等。

3.4 云应用层

又称为“软件即服务”层，是一种专业化软件，员工可以通过Web浏览器调用该软件；其常规的管理和维护由供应商负责。

3.5 云数据中心

在勘探开发信息系统中，数据犹如人的血液，贯穿并驱动着整个系统运行，是否流畅的数据流是系统能否有效运行的关键。

3.6 云管理中心

是针对当前云计算应用模式的一种资源管理系统，包括资源管理、任务管理、用户管理和安全管理。通过该管理系统，可以统一管理和调度大量通过网络连接的资源，进而构建一个计算资源池来为用户按需提供服务。

4 结语

随着地震勘探技术的迅猛发展，对地球物理应用软件也提出了更高的功能和性能要求［14］。通过分析SOA、云计算技术及地震资料处理平台的发展现状，提出了一种基于SOA的地震云处理平台架构，该架构的各个环节通过云计算来实现，能较好的解决当前地震处理平台面临的软硬件问题，从而提高地震资料综合解释水平和工作效率。

随着地球物理技术及其应用软件日新月异的发展，支撑其业务发展的企业信息系统也应随之快速适应变化。基于SOA与云计算的企业信息系统应用框架将会是未来一段时间信息化建设的一种发展趋势，地球物理软件架构设计者应该对信息技术的发展具有较高的远见和预测能力。

［1］ 赵改善 .地球物理软件技术发展趋势与战略研究 ［J］.勘探地球物理进展，2010，33（2）：1－2.

［2］ 于永刚 .地震资料处理集成平合框架研究与设计 ［D］.大庆：东北石油大学，2011.

［3］ 丘群业 .企业私有云计算基础架构研究与设计 ［D］.广州：华南理工大学，2012.

［4］ 彭英，万剑华，宋建，等 .一种用于油田勘探的云服务平台的构建设计 ［J］.软件开发与应用，2012，47（1）：166－172.

［5］ 王宏琳，罗国安 .国产地震处理解释软件的发展 ［J］.石油地球物理勘探，2013，48（2）：325－331.

［6］ 周晓清 .基于SOA架构的企业应用集成研究与应用 ［D］.成都：成都理工大学，2010.

［7］ 张钦 .基于云计算和SOA的企业信息系统应用框架设计与应用展望 ［J］.中国海上油气，2013（1）：91－94.

［8］ 梁鸿 .基于地震资料处理的计算网格技术的研究 ［D］.北京：中国石油大学，2008.

［9］ 李松涛 .石油集团企业的云计算实施路线研究 ［J］.办公自动化，2013（3）：18－22.

［10］ 钟敏，王海霞，石进，等 .地震资料分布数据管理平台研究与实现 ［J］.计算机应用与软件，2013，30（2）：248－252.

［11］ 郑广成 .一种SOA云服务平台架构研究与应用 ［J］.计算机应用与软件，2011，28（12）：228－231.

［12］ 梁爽 .基于SOA的云计算框架模型的研究与实现 ［J］.计算机工程与应用，2011，47（35）：92－94.

［13］ 杨照华，杨浩杰 .基于云计算的SOA企业架构设计 ［J］.计算机光盘软件与应用，2012（1）：98.

［14］ 李剑峰，肖波，段鸿杰 .中国石化油田企业数据中心总体框架设计 ［J］.大庆石油学院学报，2012，36（1）：73－77.