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

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：陸鑫, 周明天 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2010年07月16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(jìn)行業(yè)務(wù)處理與信息服務(wù)。但在不少已實(shí)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(wú)法實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的集成等。最典型的問(wèn)題是呈現(xiàn)許多信息孤島。分析其原因, 最大問(wèn)題是各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)支撐平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)不統(tǒng)一, 難以實(shí)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(wèn)題需要從應(yīng)用支撐平臺(tái)進(jìn)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(shí)現(xiàn)校園環(huán)境、校園設(shè)施、教育活動(dòng)、教育資源和校園生活等各個(gè)方面的信息化與智能化處理。實(shí)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(wèn)題。其中構(gòu)建統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)是解決這一關(guān)鍵問(wèn)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(tái), 剖析統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)的技術(shù)問(wèn)題, 討論基于SOA 架構(gòu)統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)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(jì)

高校數(shù)字化校園系統(tǒng)是一個(gè)非常龐大的信息系統(tǒng), 它通常包括大小幾十個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。如何構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放的、可擴(kuò)展的、可伸縮的, 并適應(yīng)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)變化的信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是實(shí)施數(shù)字化校園系統(tǒng)重點(diǎn)解決的課題。應(yīng)用支撐平臺(tái)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(tái), 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(wèn)、業(yè)務(wù)集成、安全可信和系統(tǒng)管理等。同時(shí)它也為應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)、部署和運(yùn)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(gè)應(yīng)用系統(tǒng)采用了不同平臺(tái)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(lái)解決這些問(wèn)題[。它們的基本思想是借助標(biāo)準(zhǔn)的中間件來(lái)實(shí)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(tái)來(lái)解決應(yīng)用之間的互通、互操作等問(wèn)題。其基本思想是通過(guò)采用一致結(jié)構(gòu)的、基于標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的支撐平臺(tái)技術(shù)實(shí)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(jì)如圖1 所示。

數(shù)字化校園總體框架分成四個(gè)層次, 即系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施層、統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)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(tái)( 網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)等) 和系統(tǒng)軟件平臺(tái)( 操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(yùn)行的基本環(huán)境。

2) 統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)層作為數(shù)字化校園應(yīng)用系統(tǒng)的承載平臺(tái), 提供跨平臺(tái)應(yīng)用框架和底層通用服務(wù), 并為各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行、開(kāi)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(tái)提供的環(huán)境與服務(wù)實(shí)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(wèn)入口, 獲得與其身份相應(yīng)的信息服務(wù)和應(yīng)用訪問(wèn)權(quán)限。信息門戶提供個(gè)性化信息呈現(xiàn)、應(yīng)用表示集成、單點(diǎn)登錄訪問(wèn)、信息授權(quán)訪問(wèn)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(tái)層面需要建立起安全服務(wù)子平臺(tái), 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(hù)體系, 它可從系統(tǒng)不同的層面實(shí)施數(shù)字化校園系統(tǒng)的管理與維護(hù)。其中在統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)層面需要建立起統(tǒng)一管理子平臺(tái),為各種應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一管理與維護(hù)基礎(chǔ)服務(wù)。

2 基于SOA 的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)

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(wèn)題, 目前大多數(shù)應(yīng)用支撐平臺(tái)均是采用中間件與EAI 技術(shù)來(lái)實(shí)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(kāi)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(tái)、穿越防火墻困難、復(fù)雜的點(diǎn)到點(diǎn)集成、實(shí)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(wèn)題, 面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)( SOA) 模型便應(yīng)運(yùn)而生。SOA 是一個(gè)具有粗粒度、松耦合、獨(dú)立于平臺(tái)與編程語(yǔ)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(jìn)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(guò)企業(yè)服務(wù)總線( ESB) 進(jìn)行通信、交互以及編排管理。每個(gè)服務(wù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口可以被其他服務(wù)所調(diào)用。每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)由服務(wù)提供者、服務(wù)消費(fèi)者以及服務(wù)代理組成, 它們以一種標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)行服務(wù)交互來(lái)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(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能, 以統(tǒng)一和通用的服務(wù)方式進(jìn)行應(yīng)用交互, 從而可容易地實(shí)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(tái)設(shè)計(jì)

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(shì), 即可重用、平臺(tái)獨(dú)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(kuò)展性、靈活性和適應(yīng)性, 并容易實(shí)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(lái)架構(gòu)數(shù)字化校園統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)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(tái)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(tái)不同之處是基于SOA 架構(gòu)的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)采用了服務(wù)的形式來(lái)包裝實(shí)現(xiàn)應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)層與應(yīng)用框架層中的各個(gè)功能組件, 使其成為企業(yè)服務(wù)總線( ESB) 上可以實(shí)現(xiàn)互操作與互通信息的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)成為應(yīng)用間的集成點(diǎn), 通過(guò)ESB 任意服務(wù)之間可以實(shí)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(shí)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(tái)的差異, 使創(chuàng)建的應(yīng)用服務(wù)實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、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(kù)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(wèn)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(duì)數(shù)字化校園特定領(lǐng)域的共性功能進(jìn)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(tái)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(duì)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(wèn)服務(wù)。提供對(duì)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(wèn)、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(duì)數(shù)據(jù)資源的直接訪問(wèn), 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(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖以及整個(gè)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(wèn)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(wèn)服務(wù)、消息服務(wù)、應(yīng)用集成服務(wù)等來(lái)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(guò)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(dòng)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(duì)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(shí)現(xiàn)各個(gè)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(lái)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(guò)程; 支持多種流程驅(qū)動(dòng)方式; 提供完善的流程運(yùn)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(guò)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(shí)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(jìn)行用戶認(rèn)證和權(quán)限管理。門戶服務(wù)的功能包括: 單點(diǎn)登錄; 用戶管理與授權(quán); 個(gè)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(jī)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(wèn)等功能組合。其中, 統(tǒng)一安全應(yīng)用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)信息機(jī)密性、身份認(rèn)證與訪問(wèn)權(quán)限控制的統(tǒng)一控制點(diǎn), 安全信任管理實(shí)現(xiàn)信息機(jī)密性和身份認(rèn)證的基礎(chǔ)設(shè)施, 而授權(quán)訪問(wèn)控制實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)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(cè)、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(tái)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

SOA 架構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)可以采用Web 服務(wù)技術(shù)。它是一種在Internet 上通過(guò)Web service 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和信息格式來(lái)發(fā)布和訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)的分布式計(jì)算技術(shù)。由于Web service 技術(shù)具備如下特點(diǎn), 使其成為SOA 解決方案的一個(gè)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(jìn)行交互。避免了在CORBA、DCOM與其他協(xié)議之間轉(zhuǎn)換帶來(lái)的麻煩。

2) 普遍性 Web 服務(wù)使用SOAP 協(xié)議和XML 進(jìn)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(wèn)Web 服務(wù)。

3) 易用性 Web 服務(wù)的概念易于理解, 任何開(kāi)發(fā)語(yǔ)言均可以用來(lái)編寫Web 服務(wù)。目前已經(jīng)有很多工具可以開(kāi)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(gè)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(jí)協(xié)議, 為在不同系統(tǒng)之間實(shí)施平臺(tái)無(wú)關(guān)的交互定義了一套基本的元規(guī)則和跨平臺(tái)消息機(jī)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(tái)描述工具, 依靠WSDL、Web 服務(wù)的交互界面就能被系統(tǒng)自動(dòng)處理; UDDI 是一套基于Internet 來(lái)描述服務(wù)、發(fā)現(xiàn)服務(wù)、注冊(cè)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(lái), 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(yǔ)言, 它所定義的可互操作的集成模型能夠促進(jìn)在企業(yè)內(nèi)和企業(yè)間的自動(dòng)流程集成的擴(kuò)展。

這組技術(shù)可實(shí)現(xiàn)面向SOA 的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái), 實(shí)現(xiàn)應(yīng)用跨平臺(tái)、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(yǔ)

基于SOA 的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)可實(shí)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(tái)采用服務(wù)的形式來(lái)包裝實(shí)現(xiàn)應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)層與應(yīng)用框架層中的各個(gè)功能組件, 使其成為企業(yè)服務(wù)總線上可以實(shí)現(xiàn)互操作與互通信息的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)?；赟OA 的統(tǒng)一應(yīng)用支撐平臺(tái)具有開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展性等特點(diǎn), 可以很好地解決信息孤島問(wèn)題, 從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間互通、互操作與數(shù)據(jù)共享。