面向服务的云计算ERP体系结构研究

杨 男，李东波，童一飞

（南京理工大学 机械工程学院，南京 210094）

0 引言

随着制造业网络化和全球化进程的加快，作为现代企业重要的管理平台——企业资源计划（ERP）系统也面临着新的挑战。传统ERP系统是在企业业务模型和管理模式驱动下由多模块构成的复杂系统，一旦系统形成，其结构固化、应用复杂，柔性差，无法及时跟进企业规模扩大所带来的管理和业务上的创新，具有明显的滞后性。在应对跨地区、跨国企业时，传统ERP系统应对力更为不足。为此，建立一个新型高效的系统应用框架将是解决上述问题的关键技术之一。

云计算（Cloud Computing）是近年来兴起的一种分布式计算方式，是基于互联网的超级计算模式。它能够根据用户的需求，通过互联网提供计算资源环境和实现服务。本文通过对现有ERP系统架构的分析，提出基于云计算平台的ERP系统架构。该架构能够良好解决ERP系统扩展难，应对能力差，集成困难等难题，满足现代工业对ERP系统必须具有的系统可配置、功能可裁剪、流程可重构、平台可移植的要求，同时为系统的大规模集成重用提供了新的解决方案。

1 ERP系统架构的发展

随着ERP概念及管理范围的不断填充，其系统架构也在随之发生变化，大致可以分为两个重要的发展阶段：

1）单片式体系结构

20世纪90年代中期，ERP的概念在制造资源计划MRP的基础上得到了扩展和延伸。管理范围从企业内部制造资源扩展到企业内部的制造管理一体化，强调企业内部应用从管理角度上的统一和完整。20世纪90年代后期，Internet的快速发展给制造业提供了新的契机。网络的出现可以为企业更好的整合行业资源，特别是企业外部资源。为满足这一要求，ERP系统也将其管理范围扩展到外部客户及合作伙伴，强调企业内外价值链的统一化管理，基于企业价值链的ERP应用体系结构开始建立。

这一阶段，ERP系统的建立多采用客户机/服务器（Client/Server，CS）架构，将企业管理所涉及的多个应用以模块的形式纳入到系统架构中来。ERP体系结构多是以企业应用总线（Enterprise Application Bus，EAB）为核心的单片式体系结构，即通过紧耦合的方式在EAB上将多个功能模块和应用系统进行集成。在此阶段ERP系统的开发多采取按需求定制的模式，维护则通常需要大量的代码重写、二次开发来适应企业复杂的需求，从而造成了ERP系统的开发周期长，部署实施复杂，维护困难，难以扩展，无法满足动态需求的种种瓶颈问题[1]。

2）分布式体系结构

为应对单片式体系结构下ERP系统表现出的不足以及制造业行业化、全球化和协同工作、电子商务等新企业模式的发展，分布式体系结构开始发挥作用。其中最引人注目的便是面向服务架构（Service-Oriented Architecture，SOA）[2]。SOA是基于客户端/服务器（Browser/Server, BS）的软件设计方法，强调软件组合的松散耦合并使用独立的标准接口。它通过将功能单元封装成服务并通过标准接口进行调用来实现功能。SOA为ERP系统开发提供了新的应用框架。基于SOA的特性，面向服务的ERP系统具备良好的重用性、灵活性和可拓展性，同时为企业不同应用系统的高度集成也提供了重要的解决方案。

2 云计算及其架构

2.1 云计算定义及特点

云计算的思想可以追溯到20世纪60年代，在2007年Google提出其云计算项目后得到了极大的关注[3]。关于云计算的定义，IBM认为云计算可以用来描述一个系统平台或者之中类型的应用程序[4]；Google认为云计算则是可以通过网络以按需、易扩展的方式获取资源或者服务[5]。一种被广泛认可的观点为：云计算是在极大规模上将可扩展的信息技术能力以服务的形式提供给用户的一种网络应用模式；是一种动态的、易扩展的且通常是通过高速互联网提供虚拟化的资源提供方式。

综上，云计算的中心思想可概括为：将资源（包括计算、存储、数据、应用等软硬件资源）存储在云（Cloud）中，按照用户的需求提供服务，从而实现用户系统的动态性和自适应性。同时，这也是云计算的工作原理，如图1所示。

图1 云计算工作原理

云计算描述了一种新兴的共享基础架构的方法，同时为建立在此架构上的应用和扩展服务共享提供了可能性。云计算将物理资源进行虚拟化，侧重于“资源共享，协同工作”，强调“按需驱动，按需服务”，具有高度集成，动态性和可扩展性。这些特点都使云计算与其他的信息技术存在着巨大的不同，同时也使云计算成为解决现行信息系统弊端的良好方案。

2.2 云计算系统基础架构2.2.1 一般云计算架构

综合分析现有云计算应用实例，包括清华大学透明计算平台；Google云计算平台GFS,BigTable；IBM的Blue Cloud；Amazon的 EC2[3]等，可以发现，云计算系统基础架构可以分为三个层次，如图2所示。

图2 云计算系统基础架构图

基于框架最底层的是基础框架层，在应用实例中起支撑作用。无论是向用户提供存储服务、计算服务或者是软件应用服务，都需要基础架构层为其提供物理设施或在设施上运行的各种软件资源。虚拟资源架构层则是云计算应用中的核心层，通过各种虚拟化技术手段将底层资源进行虚拟化转变，消除资源的物理分布性和局限性，扩大资源的服务范围。在此基础上云端的用户就可以通过用户层进行云计算部署应用，实现服务。

2.2.2 基于SOA的云计算架构

文献[6]给出了一种基于SOA的云计算架构，该架构基本遵循了云计算基础架构的三层设计原则，自下而上为云设施层，云实例层和SOA层；文献[7]提出了基于确定服务质量和多Agent的综合服务架构。该架构将基础设施层与虚拟服务层拟合，重点关注服务的提供和管理，自下而上为基础设施与虚拟资源层，服务提供层，服务管理层。综合分析已有的基于SOA的云计算框架，可以发现：虽然框架的名称、层次各有不同，但是都围绕着云计算和服务两个核心关键词，并考虑了资源云化和服务化的各项关键技术。

3 面向服务的云计算ERP体系结构模型

3.1 面向服务的C-ERP体系结构模型

ERP系统属于面向服务的云计算平台应用中的典型实例。ERP系统具有的复杂性、动态性可以有效的检验系统架构搭建的合理性和有效性，并且作为一款已经有较长应用实践的应用系统，可以给出具有说服力的对比结论。

通过对云计算基础架构和SOA的研究，本文认为云计算的实现原理和SOA的结合可以更好的完成ERP的系统搭建，云计算的特点可以弥补SOA架构成长性的缺失，SOA则能使云计算更加直观、便捷的为应用系统服务。在前人研究成果基础之上，结合ERP应用系统开发，本文提出面向服务的云计算平台架构，该框架遵循云计算基础三层架构的核心思想，将云计算应用关键部分——资源云化与服务相互渗透，关注资源云化和服务化中涉及到的关键技术，并将其体现于系统的核心服务层。基于云计算的服务型ERP系统体系结构模型如图3所示。

基于云计算平台的服务型ERP系统框架（Cloud Service Architecture，ERPCSA）为七层结构，通过各层之间的相互作用，将云服务

中心（Cloud Service Center，CSC）中可提供满足指定企业ERP系统的各种软、硬件

资源定义并封装为云服务，并对其进行综合管理为云端用户提供满足需求的各项ERP服务。

1）物理资源层（Physical Resource Layer）：该层将云基础设施，包括服务器、软件资源，应用模块等，通过

云终端技术接入到网络中，为云服务的应用实施提供硬件支持。

2）虚拟资源层（Cloud Resource Layer）：该层通过虚拟化技术，将物理资源层能够提供的跟ERP相关的资源转换为虚拟资源，建立各种相关模型库、知识库、实例库、仿真平台。这些虚拟资源将作为云计算中的基础数据资源存放于分布式的数据中心以供使用。

3）云服务层（Cloud Service Layer）：在标准存储服务和应用API下，云服务层将来自于不用数据中心的资源封装为服务并发布，形成服务目录。同时，在保证Qos的前提下，对服务进行查找、匹配、传输、共享等操作。

4）云服务管理层（Cloud Manage Layer）：该层对云服务进行全面的管理，主要有服务的定义、请求及接收。该层作为实现云服务的关键核心，将定义统一的标准接口及应用协议以支持服务的各项管理工作。

图3 基于云计算平台的服务型ERP系统框架模型

5）应用流程层（Application Workflow Layer）：该层对用户需求进行分析，主要通过对企业组织和业务流程的分析得出用户对ERP系统的应用需求，并且作为云服务使用方向CSC提出应用需求。

6）ERP应用层（Application ERP Layer）：该层将CSC提供的云服务按照企业实际应用需求进行切割、组合形成ERP应用模块为企业提供服务。

7）应用层（User Layer）：用户可通过电脑或手持设备接入到C-ERP系统中获得需要的ERP服务。

ERP-CSA模型描述了云计算为实现ERP的服务模式和原理，同时描述了在整个过程中所涉及到的关键技术。

3.2 模型对比

将本文C-ERP系统体系结构与传统ERP结构相对比我们可以得出如表1所示的结论。

表1 ERP体系结构特征比较

因此，在ERP-CSA模型支持下的云计算ERP系统将更加符合制造业向服务型生产模式转变带来的企业资源管理系统需求。

4 结论

云计算为ERP向服务型系统转变，降低开发应用成本，提高企业应用成功率，快速适应企业需求变化提供了新的思路和解决方案。本文在对ERP系统体系结构和云计算原理的研究基础上，建立了基于云计算的服务型ERP体系结构模型，并对模型进行了逐层详细解释。ERP-CSA同时描述了系统搭建过程中涉及到的关键技术，在后续研究过程中将逐一进行针对性的研究，为云计算ERP最终能够实现产业应用奠定基础。

[1] 饶元. 面向服务体系结构的企业资源计划系统应用模型与集成策略[J]. 计算机集成制造系统, 2006, 12(10):1570-1576.

[2] Douglas K.Barry. Service-Oriented architecture(SOA)definition[EB/OL]. http://www.service-architecture.com/web-services/articles/service-oriented_architecture_soa_definition.html. 2012-03-12.

[3] 张建勋, 古志民, 郑超. 云计算研究进展综述[J]. 计算机应用研究, 2010, 27(2): 429-433.

[4] 陈康, 郑纬民. 云计算——系统实例与研究现状[J].软件学报, 2009, 20(5): 1337-1347.

[5] 蔡键, 王树梅. 基于Google 的云计算实例分析[J]. 电脑知识讲座, 2009, 5(25): 7093-7095.

[6] Wei-Tek Tsai, Xin Sun, Janaka Balasooriya. Service-Oriented Cloud Computing Architecture[C]. 2010 Seventh International Conference on Information Technology,2010: 684-689.

[7] Bu-Qing Cao, Bing Li, Qi-Ming Xia. A Service-Oriented Qos-Assured and Multi-Agent Cloud Computing Architecture[J]. Cloud Computing 2009. 2009: 644-649.