數(shù)字化校園統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺系統(tǒng)研究與設(shè)計

文章出處：http://www.nyfzw.net 作者：陸鑫, 周明天   人氣： 發(fā)表時間：2011年11月19日

    高校教育信息化已經(jīng)發(fā)展到廣泛應(yīng)用階段, 如在高校辦學(xué)中普遍采用了校園網(wǎng)、圖書館、教務(wù)、教學(xué)以及辦公等應(yīng)用系統(tǒng)進行業(yè)務(wù)處理與信息服務(wù)。但在不少已實現(xiàn)的高校信息系統(tǒng)中, 仍有許多不盡如人意的地方, 如各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間互通信息困難、缺乏有效的數(shù)據(jù)共享、無法實現(xiàn)不同系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的集成等。最典型的問題是呈現(xiàn)許多信息孤島[ 1] 。分析其原因, 最大問題是各個應(yīng)用系統(tǒng)支撐平臺技術(shù)架構(gòu)不統(tǒng)一, 難以實現(xiàn)互操作與協(xié)作, 共享信息和應(yīng)用集成也不令人滿意。因此, 信息孤島問題需要從應(yīng)用支撐平臺進行解決。
 
    數(shù)字化校園系統(tǒng)是高校信息化建設(shè)一種新的呈現(xiàn)形式。
 
    它涵蓋寬廣范圍的高校信息系統(tǒng), 目標(biāo)是實現(xiàn)校園環(huán)境、校園設(shè)施、教育活動、教育資源和校園生活等各個方面的信息化與智能化處理。實施數(shù)字化校園系統(tǒng)建設(shè), 除了拓展信息技術(shù)應(yīng)用范圍外, 更關(guān)鍵是需要解決目前高校信息化建設(shè)存在的主要弊病———信息孤島問題。其中構(gòu)建統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺是解決這一關(guān)鍵問題的基本方案。本文將探討如何構(gòu)建數(shù)字化校園統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺, 剖析統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺的技術(shù)問題, 討論基于SOA 架構(gòu)統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺的技術(shù)細(xì)節(jié)。
 
    1 數(shù)字化校園系統(tǒng)總體框架設(shè)計
 
    高校數(shù)字化校園系統(tǒng)是一個非常龐大的信息系統(tǒng), 它通常包括大小幾十個應(yīng)用系統(tǒng)。如何構(gòu)建一個開放的、可擴展的、可伸縮的, 并適應(yīng)業(yè)務(wù)需求動態(tài)變化的信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是實施數(shù)字化校園系統(tǒng)重點解決的課題。應(yīng)用支撐平臺是信息系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分, 它作為信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件的承載平臺, 提供應(yīng)用所需的各種服務(wù), 如資源共享、信息交換、業(yè)務(wù)訪問、業(yè)務(wù)集成、安全可信和系統(tǒng)管理等。同時它也為應(yīng)用軟件的開發(fā)、部署和運行提供環(huán)境。早期的高校信息系統(tǒng)建設(shè)由于多種原因, 各個應(yīng)用系統(tǒng)采用了不同平臺技術(shù)體系, 使得應(yīng)用之間缺乏統(tǒng)一架構(gòu)與接口標(biāo)準(zhǔn), 這樣的信息系統(tǒng)難以滿足應(yīng)用之間的互通、互操作、業(yè)務(wù)協(xié)作以及數(shù)據(jù)共享等需求。因此, 出現(xiàn)各種技術(shù)方案來解決這些問題[ 2, 3] 。它們的基本思想是借助標(biāo)準(zhǔn)的中間件來實現(xiàn)應(yīng)用之間的互操作與信息共享。本文提出采用統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺來解決應(yīng)用之間的互通、互操作等問題。其基本思想是通過采用一致結(jié)構(gòu)的、基于標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的支撐平臺技術(shù)實現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)之間的互連、互通和互操作, 以及數(shù)據(jù)共享與集成。本文將數(shù)字化校園總體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1 所示。

    數(shù)字化校園總體框架分成四個層次, 即系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施層、統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺層、應(yīng)用系統(tǒng)層和信息門戶層。
 
    1) 系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施層由數(shù)字化校園系統(tǒng)硬件平臺( 網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲系統(tǒng)等) 和系統(tǒng)軟件平臺( 操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等)組成。它們是數(shù)字化校園的基礎(chǔ)設(shè)施, 并提供數(shù)字化校園系統(tǒng)運行的基本環(huán)境。
 
    2) 統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺層作為數(shù)字化校園應(yīng)用系統(tǒng)的承載平臺, 提供跨平臺應(yīng)用框架和底層通用服務(wù), 并為各個應(yīng)用系統(tǒng)的運行、開發(fā)與部署提供支撐作用。
 
    3) 應(yīng)用系統(tǒng)層利用應(yīng)用支撐平臺提供的環(huán)境與服務(wù)實現(xiàn)各種應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯處理和信息服務(wù), 如提供教務(wù)管理、網(wǎng)上教學(xué)、數(shù)字圖書館、學(xué)生管理、校園一卡通等業(yè)務(wù)功能與信息服務(wù)。
 
    4) 信息門戶層為各類用戶提供統(tǒng)一的數(shù)字化校園系統(tǒng)信息訪問入口, 獲得與其身份相應(yīng)的信息服務(wù)和應(yīng)用訪問權(quán)限。信息門戶提供個性化信息呈現(xiàn)、應(yīng)用表示集成、單點登錄訪問、信息授權(quán)訪問以及負(fù)載均衡服務(wù)等功能。
 
    此外, 數(shù)字化校園系統(tǒng)總體框架還包括完備的安全體系, 它可從系統(tǒng)不同的層面保證數(shù)字化校園系統(tǒng)的安全性。其中在統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺層面需要建立起安全服務(wù)子平臺, 為各種應(yīng)用提供安全基礎(chǔ)服務(wù)。
 
    同樣, 數(shù)字化校園系統(tǒng)總體框架也包括完備的管理和維護體系, 它可從系統(tǒng)不同的層面實施數(shù)字化校園系統(tǒng)的管理與維護。其中在統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺層面需要建立起統(tǒng)一管理子平臺, 為各種應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一管理與維護基礎(chǔ)服務(wù)。
 
    2 基于SOA 的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺設(shè)計
 
    2. 1 SOA 的基本思想
 
    為解決企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息孤島問題, 目前大多數(shù)應(yīng)用支撐平臺均是采用中間件與EAI 技術(shù)來實現(xiàn)應(yīng)用互操作與協(xié)作, 如Microsoft 的DCOM、Sun 的RMI、OMG 的CORBA 等。這些以RPC 為基礎(chǔ)的分布式技術(shù)提供了開發(fā)人員熟悉的程序函數(shù)調(diào)用以及位置透明化, 但是它們存在以下缺陷: 緊密耦合、依賴特定中間件平臺、穿越防火墻困難、復(fù)雜的點到點集成、實施成本高、難以快速適應(yīng)不斷變化的業(yè)務(wù)需求等。為了解決這些問題, 面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)( SOA) 模型便應(yīng)運而生。SOA 是一個具有粗粒度、松耦合、獨立于平臺與編程語言, 基于標(biāo)準(zhǔn)的軟件體系結(jié)構(gòu)模型, 如圖2( a) 所示。在SOA 模型中, 所有業(yè)務(wù)邏輯均以服務(wù)形式進行封裝, 它們可以被共享、重用和配置。任何一種應(yīng)用均由若干種服務(wù)組成, 這些服務(wù)通過企業(yè)服務(wù)總線( ESB) 進行通信、交互以及編排管理。每個服務(wù)通過標(biāo)準(zhǔn)的接口可以被其他服務(wù)所調(diào)用。每個應(yīng)用系統(tǒng)由服務(wù)提供者、服務(wù)消費者以及服務(wù)代理組成, 它們以一種標(biāo)準(zhǔn)方式進行服務(wù)交互來完成業(yè)務(wù)功能。其交互關(guān)系如圖2( b) 所示。

    SOA 模型采用面向服務(wù)思想實現(xiàn)應(yīng)用功能, 以統(tǒng)一和通用的服務(wù)方式進行應(yīng)用交互, 從而可容易地實現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成、應(yīng)用集成、業(yè)務(wù)集成[ 3] 。
 
    2. 2 數(shù)字化校園支撐平臺設(shè)計
 
    與傳統(tǒng)的集成方法相比, 基于SOA 的集成方法具有較多優(yōu)勢, 即可重用、平臺獨立、基于標(biāo)準(zhǔn)、粗粒度、松耦合以及可適應(yīng)業(yè)務(wù)需求變化等。此外, SOA 架構(gòu)本身具有很好的擴展性、靈活性和適應(yīng)性, 并容易實現(xiàn)應(yīng)用之間的互操作與信息互通,可避免信息系統(tǒng)各應(yīng)用之間的信息孤島出現(xiàn)。因此, 采用SOA來架構(gòu)數(shù)字化校園統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺是一種很好的思想。其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

    在上面架構(gòu)中, 統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺分為支撐軟件、應(yīng)用服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)、應(yīng)用服務(wù)框架三層結(jié)構(gòu)。與其他應(yīng)用支撐平臺不同之處是基于SOA 架構(gòu)的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺采用了服務(wù)的形式來包裝實現(xiàn)應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)層與應(yīng)用框架層中的各個功能組件, 使其成為企業(yè)服務(wù)總線( ESB) 上可以實現(xiàn)互操作與互通信息的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)?；跇?biāo)準(zhǔn)的服務(wù)成為應(yīng)用間的集成點, 通過ESB 任意服務(wù)之間可以實現(xiàn)互通、互操作, 服務(wù)的編排和組合增加了服務(wù)的靈活性、重用性和集成性。它們?yōu)閼?yīng)用的接入和業(yè)務(wù)流程重組提供了方便靈活的方式。
 
    1) 應(yīng)用服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)
 
    它采用中間件實現(xiàn)可互操作、可重用的基礎(chǔ)架構(gòu)及其服務(wù), 并提供面向服務(wù)應(yīng)用的基本環(huán)境, 屏蔽不同支撐軟件平臺的差異, 使創(chuàng)建的應(yīng)用服務(wù)實現(xiàn)跨平臺、跨集成技術(shù)。應(yīng)用服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)包括企業(yè)服務(wù)總線、提供服務(wù)交互的通道與環(huán)境。各類適配器, 如應(yīng)用適配器、消息適配器、數(shù)據(jù)庫適配器、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)適配器等。它們用于連接各類應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)源。應(yīng)用基礎(chǔ)服務(wù), 如數(shù)據(jù)訪問服務(wù)、應(yīng)用集成服務(wù)、業(yè)務(wù)集成服務(wù)、公用服務(wù)、消息服務(wù)、認(rèn)證服務(wù)、安全服務(wù)以及服務(wù)管理等。它們負(fù)責(zé)處理消息傳遞、服務(wù)管理、數(shù)據(jù)一致和安全管理等需要。
 
    2) 應(yīng)用服務(wù)框架
 
    應(yīng)用服務(wù)框架是對數(shù)字化校園特定領(lǐng)域的共性功能進行抽象后, 得到的服務(wù)集合及其服務(wù)接口, 如門戶、用戶管理、多接入、身份認(rèn)證、權(quán)限管理以及各種通用業(yè)務(wù)服務(wù)等。部署在SOA 應(yīng)用支撐平臺上的應(yīng)用很容易從應(yīng)用服務(wù)框架中復(fù)用、重組這些基礎(chǔ)服務(wù)和通用業(yè)務(wù)服務(wù), 并可添加新的功能服務(wù),所以基于SOA 的數(shù)字化校園應(yīng)用能更快地應(yīng)對業(yè)務(wù)變化, 提供新的業(yè)務(wù)應(yīng)用。
 
    3) 典型的基礎(chǔ)服務(wù)
 
    a) 數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。提供對數(shù)字化校園系統(tǒng)各種關(guān)系型和非關(guān)系型數(shù)據(jù)資源的數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等服務(wù)。這些服務(wù)通常隱藏了對數(shù)據(jù)資源的直接訪問, 隱藏了基本格式的復(fù)雜性, 也隱藏了數(shù)據(jù)的直接轉(zhuǎn)換和操縱。它們提供了一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖以及整個應(yīng)用程序中一致信息的重用, 可使應(yīng)用服務(wù)可以訪問數(shù)字化校園的各種數(shù)據(jù)資源, 包括第三方系統(tǒng)和遺留系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源。
 
    b) 數(shù)據(jù)共享與交換服務(wù)。提供數(shù)字化校園系統(tǒng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換服務(wù)。數(shù)據(jù)共享與交換服務(wù)需要基于數(shù)據(jù)訪問服務(wù)、消息服務(wù)、應(yīng)用集成服務(wù)等來提供基本的服務(wù)功能。數(shù)據(jù)共享與交換服務(wù)的功能包括: 支持不同的數(shù)據(jù)源連接; 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和服務(wù)表示方式; 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)過濾處理與格式轉(zhuǎn)換;提供數(shù)據(jù)自描述能力; 提供數(shù)據(jù)自動同步與復(fù)制功能; 提供基本的數(shù)據(jù)查詢能力; 提供有效的數(shù)據(jù)安全管理能力等。
 
    c) 應(yīng)用集成服務(wù)。提供對數(shù)字化校園各應(yīng)用系統(tǒng)的連接服務(wù), 它基于消息總線實現(xiàn)各個應(yīng)用服務(wù)之間的互通與互操作服務(wù)。為系統(tǒng)中各部門應(yīng)用系統(tǒng)間的集成提供應(yīng)用集成環(huán)境,使應(yīng)用系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作與信息互通。
 
    d) 業(yè)務(wù)協(xié)同服務(wù)。提供數(shù)字化校園應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)協(xié)同支撐服務(wù)。它基于應(yīng)用集成、數(shù)據(jù)共享交換、安全、統(tǒng)一管理、門戶提供的基礎(chǔ)服務(wù)功能來提供基本的服務(wù)功能。業(yè)務(wù)協(xié)同服務(wù)的功能包括: 支持各種基本的工作流程; 支持分布式流程;支持人工操作過程; 支持多種流程驅(qū)動方式; 提供完善的流程運行控制能力; 提供方便直觀的流程定義和修改能力; 提供角色和組織結(jié)構(gòu)管理能力; 流程過程監(jiān)控; 提供標(biāo)準(zhǔn)的外部系統(tǒng)連接接口; 提供標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)流程模板等。
 
    e) 門戶服務(wù)。以應(yīng)用服務(wù)器和門戶服務(wù)器為底層支撐軟件, 實現(xiàn)數(shù)字化校園各種應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)容和功能的統(tǒng)一展現(xiàn)。門戶服務(wù)基于認(rèn)證服務(wù)和安全服務(wù)進行用戶認(rèn)證和權(quán)限管理。門戶服務(wù)的功能包括: 單點登錄; 用戶管理與授權(quán); 個性化服務(wù); 內(nèi)容管理; 支持多種設(shè)備的接入。
 
    f) 統(tǒng)一安全服務(wù)。為數(shù)字化校園應(yīng)用提供信息的機密性、完整性、有效性、可靠性、不可抵賴性、可審查性和可控性等綜合的統(tǒng)一安全服務(wù)。統(tǒng)一安全服務(wù)的具有安全應(yīng)用網(wǎng)關(guān)、安全信任管理、授權(quán)訪問等功能組合。其中, 統(tǒng)一安全應(yīng)用網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)信息機密性、身份認(rèn)證與訪問權(quán)限控制的統(tǒng)一控制點, 安全信任管理實現(xiàn)信息機密性和身份認(rèn)證的基礎(chǔ)設(shè)施, 而授權(quán)訪問控制實現(xiàn)訪問權(quán)限控制需要的基礎(chǔ)設(shè)施。
 
    g) 統(tǒng)一管理服務(wù)。提供統(tǒng)一的服務(wù)注冊、服務(wù)查找、服務(wù)配置、服務(wù)監(jiān)控等管理能力。
 
    3 SOA平臺架構(gòu)的實現(xiàn)技術(shù)
 
    SOA 架構(gòu)的具體實現(xiàn)可以采用Web 服務(wù)技術(shù)。它是一種在Internet 上通過Web service 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和信息格式來發(fā)布和訪問應(yīng)用服務(wù)的分布式計算技術(shù)。由于Web service 技術(shù)具備如下特點, 使其成為SOA 解決方案的一個理想技術(shù)。
 
    1) 互操作性在采用Web service 技術(shù)構(gòu)建的系統(tǒng)中, 任何Web 服務(wù)均可以基于SOAP 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)與其他Web 服務(wù)進行交互。避免了在CORBA、DCOM與其他協(xié)議之間轉(zhuǎn)換帶來的麻煩。
 
    2) 普遍性 Web 服務(wù)使用SOAP 協(xié)議和XML 進行通信,因此, 任何支持這些技術(shù)的系統(tǒng)均可以重用和訪問Web 服務(wù)。
 
    3) 易用性 Web 服務(wù)的概念易于理解, 任何開發(fā)語言均可以用來編寫Web 服務(wù)。目前已經(jīng)有很多工具可以開發(fā)和部署Web 服務(wù), 還有一些工具可以將已有的COM 組件和Java-Beans、Enterprise  JavaBeans 部署為Web 服務(wù)。
 
    構(gòu)成Web 服務(wù)技術(shù)棧的主要成員有XML、SOAP、WSDL、UDDI 和WS-BPEL, 如圖4 所示。它們都是完全基于數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)XML。XML為在不同系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)而提供了一個標(biāo)準(zhǔn); SOAP描述了一種在分布式的環(huán)境中如何交換信息的輕量級協(xié)議, 為在不同系統(tǒng)之間實施平臺無關(guān)的交互定義了一套基本的元規(guī)則和跨平臺消息機制, SOAP提供了Web 服務(wù)體系中服務(wù)交互的基礎(chǔ)架構(gòu); WSDL 則是Web 服務(wù)接口界面的跨平臺描述工具, 依靠WSDL、Web 服務(wù)的交互界面就能被系統(tǒng)自動處理; UDDI 是一套基于Internet 來描述服務(wù)、發(fā)現(xiàn)服務(wù)、注冊服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范, 它把Web 服務(wù)與用戶聯(lián)系起來, 起到中介作用; WS-BPEL提供了業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)交互協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)語言, 它所定義的可互操作的集成模型能夠促進在企業(yè)內(nèi)和企業(yè)間的自動流程集成的擴展。

    這組技術(shù)可實現(xiàn)面向SOA 的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺, 實現(xiàn)應(yīng)用跨平臺、互操作以及數(shù)據(jù)集成與共享, 從而使應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息孤島得到了徹底解決。
 
    4 結(jié)束語
 
    基于SOA 的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺可實現(xiàn)數(shù)字化校園應(yīng)用系統(tǒng)互通、互操作與數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)環(huán)境。它由支撐軟件、應(yīng)用服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)、應(yīng)用服務(wù)框架三層結(jié)構(gòu)組成?；赟OA 的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺采用服務(wù)的形式來包裝實現(xiàn)應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)層與應(yīng)用框架層中的各個功能組件, 使其成為企業(yè)服務(wù)總線上可以實現(xiàn)互操作與互通信息的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。基于SOA 的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、可擴展性等特點, 可以很好地解決信息孤島問題, 從而實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間互通、互操作與數(shù)據(jù)共享。