数字化校园统一应用支撑平台系统研究与设计
文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：陆鑫, 周明天 人气： 发表时间：2010年07月16日
高校教育信息化已经发展到广泛应用阶段, 如在高校办学中普遍采用了校园网、图书馆、教务、教学以及办公等应用系统进行业务处理与信息服务。但在不少已实现的高校信息系统中, 仍有许多不尽如人意的地方, 如各业务应用系统之间互通信息困难、缺乏有效的数据共享、无法实现不同系统业务流程的集成等。最典型的问题是呈现许多信息孤岛。分析其原因, 最大问题是各个应用系统支撑平台技术架构不统一, 难以实现互操作与协作, 共享信息和应用集成也不令人满意。因此, 信息孤岛问题需要从应用支撑平台进行解决。
数字化校园系统是高校信息化建设一种新的呈现形式。
它涵盖宽广范围的高校信息系统, 目标是实现校园环境、校园设施、教育活动、教育资源和校园生活等各个方面的信息化与智能化处理。实施数字化校园系统建设, 除了拓展信息技术应用范围外, 更关键是需要解决目前高校信息化建设存在的主要弊病———信息孤岛问题。其中构建统一应用支撑平台是解决这一关键问题的基本方案。本文将探讨如何构建数字化校园统一应用支撑平台, 剖析统一应用支撑平台的技术问题, 讨论基于SOA 架构统一应用支撑平台的技术细节。
1 数字化校园系统总体框架设计
高校数字化校园系统是一个非常庞大的信息系统, 它通常包括大小几十个应用系统。如何构建一个开放的、可扩展的、可伸缩的, 并适应业务需求动态变化的信息系统体系结构是实施数字化校园系统重点解决的课题。应用支撑平台是信息系统框架结构中的关键部分, 它作为信息系统应用软件的承载平台, 提供应用所需的各种服务, 如资源共享、信息交换、业务访问、业务集成、安全可信和系统管理等。同时它也为应用软件的开发、部署和运行提供环境。早期的高校信息系统建设由于多种原因, 各个应用系统采用了不同平台技术体系, 使得应用之间缺乏统一架构与接口标准, 这样的信息系统难以满足应用之间的互通、互操作、业务协作以及数据共享等需求。因此, 出现各种技术方案来解决这些问题[。它们的基本思想是借助标准的中间件来实现应用之间的互操作与信息共享。本文提出采用统一应用支撑平台来解决应用之间的互通、互操作等问题。其基本思想是通过采用一致结构的、基于标准服务的支撑平台技术实现各应用系统之间的互连、互通和互操作, 以及数据共享与集成。本文将数字化校园总体框架结构设计如图1 所示。
数字化校园总体框架分成四个层次, 即系统基础设施层、统一应用支撑平台层、应用系统层和信息门户层。
1) 系统基础设施层由数字化校园系统硬件平台( 网络、服务器和存储系统等) 和系统软件平台( 操作系统、数据库等)组成。它们是数字化校园的基础设施, 并提供数字化校园系统运行的基本环境。
2) 统一应用支撑平台层作为数字化校园应用系统的承载平台, 提供跨平台应用框架和底层通用服务, 并为各个应用系统的运行、开发与部署提供支撑作用。
3) 应用系统层利用应用支撑平台提供的环境与服务实现各种应用系统的业务逻辑处理和信息服务, 如提供教务管理、网上教学、数字图书馆、学生管理、校园一卡通等业务功能与信息服务。
4) 信息门户层为各类用户提供统一的数字化校园系统信息访问入口, 获得与其身份相应的信息服务和应用访问权限。信息门户提供个性化信息呈现、应用表示集成、单点登录访问、信息授权访问以及负载均衡服务等功能。
此外, 数字化校园系统总体框架还包括完备的安全体系, 它可从系统不同的层面保证数字化校园系统的安全性。其中在统一应用支撑平台层面需要建立起安全服务子平台, 为各种应用提供安全基础服务。
同样, 数字化校园系统总体框架也包括完备的管理和维护体系, 它可从系统不同的层面实施数字化校园系统的管理与维护。其中在统一应用支撑平台层面需要建立起统一管理子平台,为各种应用系统提供统一管理与维护基础服务。
2 基于SOA 的统一应用支撑平台设计
2. 1 SOA 的基本思想
为解决企业应用系统之间的信息孤岛问题, 目前大多数应用支撑平台均是采用中间件与EAI 技术来实现应用互操作与协作, 如Microsoft 的DCOM、Sun 的RMI、OMG 的CORBA 等。这些以RPC 为基础的分布式技术提供了开发人员熟悉的程序函数调用以及位置透明化, 但是它们存在以下缺陷: 紧密耦合、依赖特定中间件平台、穿越防火墙困难、复杂的点到点集成、实施成本高、难以快速适应不断变化的业务需求等。为了解决这些问题, 面向服务的体系结构( SOA) 模型便应运而生。SOA 是一个具有粗粒度、松耦合、独立于平台与编程语言, 基于标准的软件体系结构模型, 如图2( a) 所示。在SOA 模型中, 所有业务逻辑均以服务形式进行封装, 它们可以被共享、重用和配置。任何一种应用均由若干种服务组成, 这些服务通过企业服务总线( ESB) 进行通信、交互以及编排管理。每个服务通过标准的接口可以被其他服务所调用。每个应用系统由服务提供者、服务消费者以及服务代理组成, 它们以一种标准方式进行服务交互来完成业务功能。其交互关系如图2( b) 所示。
SOA 模型采用面向服务思想实现应用功能, 以统一和通用的服务方式进行应用交互, 从而可容易地实现企业应用系统之间的数据集成、应用集成、业务集成[ 3] 。
2. 2 数字化校园支撑平台设计
与传统的集成方法相比, 基于SOA 的集成方法具有较多优势, 即可重用、平台独立、基于标准、粗粒度、松耦合以及可适应业务需求变化等。此外, SOA 架构本身具有很好的扩展性、灵活性和适应性, 并容易实现应用之间的互操作与信息互通,可避免信息系统各应用之间的信息孤岛出现。因此, 采用SOA来架构数字化校园统一应用支撑平台是一种很好的思想。其结构如图3 所示。
在上面架构中, 统一应用支撑平台分为支撑软件、应用服务基础架构、应用服务框架三层结构。与其他应用支撑平台不同之处是基于SOA 架构的统一应用支撑平台采用了服务的形式来包装实现应用基础架构层与应用框架层中的各个功能组件, 使其成为企业服务总线( ESB) 上可以实现互操作与互通信息的标准服务。基于标准的服务成为应用间的集成点, 通过ESB 任意服务之间可以实现互通、互操作, 服务的编排和组合增加了服务的灵活性、重用性和集成性。它们为应用的接入和业务流程重组提供了方便灵活的方式。
1) 应用服务基础架构
它采用中间件实现可互操作、可重用的基础架构及其服务, 并提供面向服务应用的基本环境, 屏蔽不同支撑软件平台的差异, 使创建的应用服务实现跨平台、跨集成技术。应用服务基础架构包括企业服务总线、提供服务交互的通道与环境。各类适配器, 如应用适配器、消息适配器、数据库适配器、非结构化数据适配器等。它们用于连接各类应用系统和数据源。应用基础服务, 如数据访问服务、应用集成服务、业务集成服务、公用服务、消息服务、认证服务、安全服务以及服务管理等。它们负责处理消息传递、服务管理、数据一致和安全管理等需要。
2) 应用服务框架
应用服务框架是对数字化校园特定领域的共性功能进行抽象后, 得到的服务集合及其服务接口, 如门户、用户管理、多接入、身份认证、权限管理以及各种通用业务服务等。部署在SOA 应用支撑平台上的应用很容易从应用服务框架中复用、重组这些基础服务和通用业务服务, 并可添加新的功能服务,所以基于SOA 的数字化校园应用能更快地应对业务变化, 提供新的业务应用。
3) 典型的基础服务
a) 数据访问服务。提供对数字化校园系统各种关系型和非关系型数据资源的数据访问、数据集成、数据转换等服务。这些服务通常隐藏了对数据资源的直接访问, 隐藏了基本格式的复杂性, 也隐藏了数据的直接转换和操纵。它们提供了一个统一的数据视图以及整个应用程序中一致信息的重用, 可使应用服务可以访问数字化校园的各种数据资源, 包括第三方系统和遗留系统的数据资源。
b) 数据共享与交换服务。提供数字化校园系统统一的数据共享和数据交换服务。数据共享与交换服务需要基于数据访问服务、消息服务、应用集成服务等来提供基本的服务功能。数据共享与交换服务的功能包括: 支持不同的数据源连接; 统一的数据和服务表示方式; 标准的数据过滤处理与格式转换;提供数据自描述能力; 提供数据自动同步与复制功能; 提供基本的数据查询能力; 提供有效的数据安全管理能力等。
c) 应用集成服务。提供对数字化校园各应用系统的连接服务, 它基于消息总线实现各个应用服务之间的互通与互操作服务。为系统中各部门应用系统间的集成提供应用集成环境,使应用系统之间能够实现互操作与信息互通。
d) 业务协同服务。提供数字化校园应用系统的业务协同支撑服务。它基于应用集成、数据共享交换、安全、统一管理、门户提供的基础服务功能来提供基本的服务功能。业务协同服务的功能包括: 支持各种基本的工作流程; 支持分布式流程;支持人工操作过程; 支持多种流程驱动方式; 提供完善的流程运行控制能力; 提供方便直观的流程定义和修改能力; 提供角色和组织结构管理能力; 流程过程监控; 提供标准的外部系统连接接口; 提供标准业务流程模板等。
e) 门户服务。以应用服务器和门户服务器为底层支撑软件, 实现数字化校园各种应用系统的内容和功能的统一展现。门户服务基于认证服务和安全服务进行用户认证和权限管理。门户服务的功能包括: 单点登录; 用户管理与授权; 个性化服务; 内容管理; 支持多种设备的接入。
f) 统一安全服务。为数字化校园应用提供信息的机密性、完整性、有效性、可靠性、不可抵赖性、可审查性和可控性等综合的统一安全服务。统一安全服务的具有安全应用网关、安全信任管理、授权访问等功能组合。其中, 统一安全应用网关实现信息机密性、身份认证与访问权限控制的统一控制点, 安全信任管理实现信息机密性和身份认证的基础设施, 而授权访问控制实现访问权限控制需要的基础设施。
g) 统一管理服务。提供统一的服务注册、服务查找、服务配置、服务监控等管理能力。
3 SOA平台架构的实现技术
SOA 架构的具体实现可以采用Web 服务技术。它是一种在Internet 上通过Web service 标准协议和信息格式来发布和访问应用服务的分布式计算技术。由于Web service 技术具备如下特点, 使其成为SOA 解决方案的一个理想技术。
1) 互操作性在采用Web service 技术构建的系统中, 任何Web 服务均可以基于SOAP 协议标准与其他Web 服务进行交互。避免了在CORBA、DCOM与其他协议之间转换带来的麻烦。
2) 普遍性 Web 服务使用SOAP 协议和XML 进行通信,因此, 任何支持这些技术的系统均可以重用和访问Web 服务。
3) 易用性 Web 服务的概念易于理解, 任何开发语言均可以用来编写Web 服务。目前已经有很多工具可以开发和部署Web 服务, 还有一些工具可以将已有的COM 组件和Java-Beans、Enterprise JavaBeans 部署为Web 服务。
构成Web 服务技术栈的主要成员有XML、SOAP、WSDL、UDDI 和WS-BPEL, 如图4 所示。它们都是完全基于数据交换标准XML。XML为在不同系统之间交换数据而提供了一个标准; SOAP描述了一种在分布式的环境中如何交换信息的轻量级协议, 为在不同系统之间实施平台无关的交互定义了一套基本的元规则和跨平台消息机制, SOAP提供了Web 服务体系中服务交互的基础架构; WSDL 则是Web 服务接口界面的跨平台描述工具, 依靠WSDL、Web 服务的交互界面就能被系统自动处理; UDDI 是一套基于Internet 来描述服务、发现服务、注册服务的标准规范, 它把Web 服务与用户联系起来, 起到中介作用; WS-BPEL提供了业务流程和业务交互协议的标准语言, 它所定义的可互操作的集成模型能够促进在企业内和企业间的自动流程集成的扩展。
这组技术可实现面向SOA 的统一应用支撑平台, 实现应用跨平台、互操作以及数据集成与共享, 从而使应用系统之间的信息孤岛得到了彻底解决。
4 结束语
基于SOA 的统一应用支撑平台可实现数字化校园应用系统互通、互操作与数据共享的基础环境。它由支撑软件、应用服务基础架构、应用服务框架三层结构组成。基于SOA 的统一应用支撑平台采用服务的形式来包装实现应用基础架构层与应用框架层中的各个功能组件, 使其成为企业服务总线上可以实现互操作与互通信息的标准服务。基于SOA 的统一应用支撑平台具有开放性、标准化、可扩展性等特点, 可以很好地解决信息孤岛问题, 从而实现应用系统之间互通、互操作与数据共享。
