基于SOA的教育信息應(yīng)用集成研究

摘要:該文對(duì)教育信息應(yīng)用集成的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究和討論。在有效使用和整合教育信息類資源方面，分析了傳統(tǒng)應(yīng)用集成技術(shù)的缺陷以及應(yīng)用SOA思想集成教育信息資源的優(yōu)勢(shì)，并提出了一種基于SOA的教育信息化集成平臺(tái)的解決方案，給出了方案的系統(tǒng)架構(gòu)及服務(wù)定義和調(diào)用過(guò)程實(shí)例。

關(guān)鍵詞:教育信息化;應(yīng)用集成;面向服務(wù)架構(gòu);Web服務(wù);集成平臺(tái)

中圖分類號(hào):TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)35-9901-03

SOA-based Research on Educational Information Application Integration

ZHANG Jia-yang， LI Xian-ye

(Ideal Institute of Information and Technology Northeast Normal University， Changchun 130024， China)

Abstract: This paper studies and discusses related problem on education information application integration. In respect the effective use and integration of educational information resources， it analysis defects of the traditional application integration technology and benefits of apply of SOA thought on educational information resources integration，it also brings up an SOA-based education information integration platform solution and gives system architecture，services defines andcalling process instance.

Key words: education information; application integration; SOA; web service; integration platform

1 背景

1.1 教育信息資源應(yīng)用的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

20世紀(jì)90年代以來(lái)，教育界出現(xiàn)了以信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用為特征的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)學(xué)者稱之為教育信息化。如今教育的信息化已成為當(dāng)前教育發(fā)展的重點(diǎn)，但是在教育行業(yè)的信息化建設(shè)過(guò)程中，由于大多數(shù)現(xiàn)有系統(tǒng)是在不同時(shí)期，不同軟件開(kāi)發(fā)商分別獨(dú)立開(kāi)發(fā)完成的，又歸屬于不同的教育機(jī)構(gòu)或?qū)W校使用，缺乏從整個(gè)行業(yè)的角度進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)的理念，開(kāi)發(fā)時(shí)間不同，使用的操作系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)格式等也都各異，這就導(dǎo)致系統(tǒng)間信息交互困難，各機(jī)構(gòu)、各部門之間的資源不能充分共享，從而形成了一個(gè)個(gè)的“信息孤島”[1]，具體體現(xiàn)為:

1)用戶使用多套軟件產(chǎn)品，不能夠很好的進(jìn)行功能整合和資源共享;異構(gòu)系統(tǒng)服務(wù)，跨區(qū)域軟件服務(wù)不能夠做到數(shù)據(jù)的共融，共通;

2)多系統(tǒng)公用一個(gè)功能，由于系統(tǒng)的獨(dú)立性，給用戶帶來(lái)諸多不便或者代碼的重復(fù)開(kāi)發(fā);

3)不同的應(yīng)用系統(tǒng)由不同的人員在不同時(shí)期開(kāi)發(fā)，兼容性及開(kāi)發(fā)水平等方面差異很大;

4)用戶進(jìn)入不同的系統(tǒng)查詢信息需要進(jìn)行不同的身份驗(yàn)證，操作起來(lái)極不方便。

鑒于以上分析，將不同的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行集成，在全行業(yè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通互轉(zhuǎn)、以及為用戶提供更加方便快捷的信息查詢方式和操作方式，減少“信息孤島”的存在，已經(jīng)成為教育信息化建設(shè)迫在眉睫的問(wèn)題。這不僅能夠節(jié)約信息化建設(shè)成本，而且可以提高使用者管理的效率，真正達(dá)到教育信息化，管理智能化。

1.2教育信息應(yīng)用集成的概念

教育信息應(yīng)用集成是企業(yè)應(yīng)用集成(EAI)[2]在某一特定領(lǐng)域的具體應(yīng)用，主要是指通過(guò)整體協(xié)作優(yōu)化將原本分布的各教育部門的業(yè)務(wù)進(jìn)行整合.對(duì)各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，在各應(yīng)用系統(tǒng)之間建立起可供數(shù)據(jù)交流和溝通的紐帶，保證分布的信息資源能夠共享，數(shù)據(jù)能暢通流轉(zhuǎn)。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步地將信息以統(tǒng)一的方式展示給廣大師生和行政管理人員，為分布的數(shù)據(jù)資源提供一個(gè)統(tǒng)一入口，使用戶可以透明地訪問(wèn)系統(tǒng)的整體信息，為學(xué)校及教育局等各教育單位的教學(xué)、科研和管理提供有效及時(shí)、全面一致和開(kāi)放方便的數(shù)字化服務(wù)。

2 應(yīng)用集成的基本方法及比較

2.1 應(yīng)用集成的基本方法

2.1.1 基于數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用集成方法

基于數(shù)據(jù)庫(kù)的信息集成方法是最常用的方案，它的特點(diǎn)是比較容易實(shí)現(xiàn)、開(kāi)發(fā)成本低。當(dāng)前有比較成熟的技術(shù)如JDBC、ODBC、ADO等支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)之間通過(guò)直接讀取對(duì)方數(shù)據(jù)庫(kù)或通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)映射進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。但這種方法也有許多缺點(diǎn)，主要是這種方法在集成時(shí)，要求兩個(gè)系統(tǒng)之間都要開(kāi)發(fā)不同的接口，供對(duì)方使用，如果有n個(gè)不同系統(tǒng)進(jìn)行集成，就必須開(kāi)發(fā)n×(n-1)個(gè)接口。再就是只能交換靜態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)于程序運(yùn)行中存在的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是無(wú)法交換的。

2.1.2 基于中間件的應(yīng)用集成方法

基于中間件的集成方案[3]，是解決異構(gòu)環(huán)境下各應(yīng)用系統(tǒng)集成的主要手段，目前主要存在三大主流分布對(duì)象技術(shù):OMG的CORBA，Microsoft的DCOM 和基于Java的EJB，但基于不同中間件體系構(gòu)造的分布式環(huán)境，由于底層中間件部件往往是不兼容的，形成了新的更高層次上的異構(gòu)問(wèn)題——分布式中間件的異構(gòu)性。再就是在各應(yīng)用系統(tǒng)之間的互操作方面，分布式中間件呈現(xiàn)了復(fù)雜的應(yīng)用，因此它們之間的互操作一直采用專用的具體開(kāi)發(fā)。這是費(fèi)時(shí)的，維護(hù)也較困難。

2.1.3 面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)的應(yīng)用集成方法

SOA(Service-Oriented Architecture)[4]是解決在Internet環(huán)境下業(yè)務(wù)集成需要的一種軟件系統(tǒng)架構(gòu)， 從這個(gè)角度上來(lái)說(shuō)， 它更像一種模式。因此它與很多已有的軟件技術(shù)， 如面向?qū)ο蠹夹g(shù)互補(bǔ)。它們分別面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景， 以滿足不同的特定需求。一個(gè)SOA實(shí)現(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

SOA有服務(wù)代理、服務(wù)請(qǐng)求者、服務(wù)提供者三種角色和發(fā)布、查找和綁定三種基本操作。為支持結(jié)構(gòu)中的三種操作， SOA需要對(duì)服務(wù)進(jìn)行描述， 聲明服務(wù)提供者的語(yǔ)義特征、接口特征和各種非功能特征， 如安全要求、事務(wù)要求等。通過(guò)三種基本操作:服務(wù)代理， 服務(wù)請(qǐng)求者， 服務(wù)提供者之間建立聯(lián)系。由于服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)提供者的綁定是一種非直接的聯(lián)系， 當(dāng)服務(wù)改變后， 服務(wù)提供者可以通過(guò)與服務(wù)代理的刷新獲取新的服務(wù)。

由于所有的服務(wù)都基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的接口.基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)成了應(yīng)用間的集成點(diǎn)。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。這樣既吸取了傳統(tǒng)集成方法的優(yōu)點(diǎn)，又能避免其因緊密耦合而帶來(lái)的缺點(diǎn)。新功能的增加和異構(gòu)系統(tǒng)的集成都更加方便與靈活。這種技術(shù)特性給教育信息化應(yīng)用集成帶來(lái)了新的集成模式。只要將各應(yīng)用管理系統(tǒng)的功能通過(guò)“服務(wù)”的方式“暴露”出來(lái)。就可以非常容易地將這些功能都集成到某一門戶站點(diǎn)中 或者組織新的業(yè)務(wù)流程。從而充分利用現(xiàn)有資源，降低新應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)及維護(hù)成本，提高重用率，建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、通用性強(qiáng)、功能擴(kuò)展與日常維護(hù)都簡(jiǎn)單的應(yīng)用集成平臺(tái)系統(tǒng)。

2.2 應(yīng)用集成方法的比較

基于數(shù)據(jù)庫(kù)的信息集成方法比較容易實(shí)現(xiàn)，但是其基礎(chǔ)構(gòu)造比較脆弱，維護(hù)麻煩，而其接口數(shù)量的定義方式也決定了它不適合教育信息資源類這種集成點(diǎn)較多的情況;基于中間件的集成方案可以支持眾多數(shù)量的集成應(yīng)用，靈活性、可擴(kuò)展性與可維護(hù)性都比基于數(shù)據(jù)庫(kù)的集成要好，但是由于不同廠商提供的中間件各自有一套獨(dú)立的體系結(jié)構(gòu)和私有協(xié)議，不同模型的應(yīng)用系統(tǒng)之間通信受到很多方面的限制，因而想在由不同開(kāi)發(fā)商在各個(gè)時(shí)期開(kāi)發(fā)出來(lái)的各個(gè)教育信息系統(tǒng)之間實(shí)施集成需要花費(fèi)很高的費(fèi)用。

這些集成方法難于快速適應(yīng)基于企業(yè)現(xiàn)代業(yè)務(wù)變化不斷產(chǎn)生的需求，但是一種前幾年就提出但是現(xiàn)在才發(fā)展起來(lái)的新的架構(gòu)方法SOA，能幫我們解決這個(gè)問(wèn)題:

SOA是實(shí)現(xiàn)教育信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)無(wú)縫銜接的理想方案，它在服務(wù)層中將各業(yè)務(wù)功能點(diǎn)以服務(wù)的形式暴露于系統(tǒng)之外，其它信息系統(tǒng)可以通過(guò)服務(wù)協(xié)約對(duì)服務(wù)進(jìn)行訪問(wèn)。這種技術(shù)簡(jiǎn)化了應(yīng)用集成，可以快捷、容易地對(duì)業(yè)務(wù)需求的變化做出反應(yīng)。另外，面向服務(wù)架構(gòu)是平臺(tái)和語(yǔ)言無(wú)關(guān)的，因此不必考慮實(shí)施環(huán)境是何種平臺(tái)系統(tǒng)和設(shè)備，與其它的應(yīng)用集成方法相比，面向服務(wù)的集成構(gòu)架是解決教育信息應(yīng)用集成的理想選擇。

3 基于SOA的教育信息化集成平臺(tái)的方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于SOA的原則和思想，結(jié)合實(shí)際的業(yè)務(wù)情況要求，下面提出了一種教育信息化的集成平臺(tái)結(jié)構(gòu)框架。如圖2所示，分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、Web服務(wù)層和數(shù)據(jù)層四個(gè)層次結(jié)構(gòu)。

1)表示層

負(fù)責(zé)處理教育信息化系統(tǒng)與該系統(tǒng)內(nèi)外用戶的接口及相關(guān)的組件。門戶網(wǎng)站的入口給用戶提供了一個(gè)統(tǒng)一的、個(gè)性化的界面，通過(guò)它可以訪問(wèn)系統(tǒng)的各種不同的子系統(tǒng)或服務(wù)，同時(shí)可以為業(yè)務(wù)邏輯層提供授權(quán)認(rèn)證權(quán)限、信息的傳輸。

2)業(yè)務(wù)邏輯層

該層主要按客戶端的輸入完成具體業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)，包括提供門戶的服務(wù)請(qǐng)求者統(tǒng)一權(quán)限認(rèn)證等邏輯功能。

3)Web服務(wù)層

該層是基于SOA的信息集成系統(tǒng)中的最重要的一層，主要功能是定義了在服務(wù)間交換，以及提供服務(wù)請(qǐng)求者使用的業(yè)務(wù)邏輯層的數(shù)據(jù)，將原有系統(tǒng)所提供的功能組件以Web服務(wù)封裝，新系統(tǒng)也以Web服務(wù)開(kāi)發(fā)，并將這些服務(wù)發(fā)布到UDDI公共目錄服務(wù)器中注冊(cè)，以提供目錄路由服務(wù)。

4)數(shù)據(jù)層

主要是各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以及真?zhèn)€系統(tǒng)的公共數(shù)據(jù)庫(kù)。該層主要負(fù)責(zé)為業(yè)務(wù)邏輯層的各類功能模塊提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。其中公共數(shù)據(jù)庫(kù)從分布的各個(gè)子系統(tǒng)中及時(shí)地、自動(dòng)地獲取最新的數(shù)據(jù)更新情況，保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。

3.2 實(shí)現(xiàn)技術(shù)

SOA把一個(gè)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯(business logic)，或某些單獨(dú)的功能模塊化，并封裝為服務(wù)呈現(xiàn)給消費(fèi)者或客戶端。由此可見(jiàn)，它最大的特點(diǎn)就是擁有一個(gè)靈活而功能強(qiáng)大的服務(wù)層，而Web Service[5]就是現(xiàn)在而言最適合實(shí)現(xiàn)SOA服務(wù)層構(gòu)建的一些技術(shù)的集合。

事實(shí)上，SOA的火爆在很大程度上也歸功于Web Service標(biāo)準(zhǔn)的成熟和應(yīng)用的普及，Web Service可以輕松定義服務(wù)，而這些服務(wù)可以用不同的技術(shù)、方法在不同的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，利用服務(wù)層中粗粒度的、可被動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)和綁定的服務(wù)，我們可以快速地構(gòu)建松散耦合的、具有跨平臺(tái)處理信息能力的應(yīng)用系統(tǒng)。

在平臺(tái)的選擇上，本次選用了Microsoft公司的.NET[6]開(kāi)發(fā)平臺(tái)，.NET是創(chuàng)建和使用Web服務(wù)的理想平臺(tái)，一方面，它包括了很多特地為這一領(lǐng)域里的使用而設(shè)計(jì)的類和工具，很多艱苦和繁瑣的工作它已經(jīng)為我們完成了。.NET框架提供了創(chuàng)建Web服務(wù)的基類，提供了創(chuàng)建Web服務(wù)的行為和控制數(shù)據(jù)串行化為XML的方式的屬性，提供了用于SOAP消息頭的特定于SOAP的類。當(dāng)使用Web服務(wù)時(shí)，我們可以自動(dòng)生成代理類。另一方面，.NET的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是包含在其中的其他一些功能，我們可以方便地訪問(wèn)ADO.NET，強(qiáng)大的XML操作類等。

3.3 安全策略

應(yīng)用集成平臺(tái)不僅是用戶所在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息樞紐，還應(yīng)成為安全樞紐。要避免越權(quán)操作、非法操作、竊取系統(tǒng)機(jī)密信息等威脅安全的事件發(fā)生，在該系統(tǒng)中可采用以下策略來(lái)保證系統(tǒng)的安全性。

1)嚴(yán)格按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)封裝平臺(tái)中集成的各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的功能及信息，只將接口暴露給使用者。

2)基于角色保護(hù)。只有賦予了特定安全角色的用戶才能夠?qū)Y源進(jìn)行訪問(wèn)。對(duì)登陸平臺(tái)的各類用戶的存取權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3)設(shè)置防火墻。在外網(wǎng)與平臺(tái)之間設(shè)置防火墻，減少來(lái)自外界的侵害。

4)服務(wù)注冊(cè)中心建立在內(nèi)網(wǎng)上，這樣既安全又能保證運(yùn)行的速度。

4 基于SOA的教育信息化集成平臺(tái)的實(shí)例分析

基于以上分析，下面以綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)中驗(yàn)證用戶權(quán)限服務(wù)為例來(lái)介紹基于SOA架構(gòu)的教育信息化集成平臺(tái)中服務(wù)的定義與交互過(guò)程。

4.1 兩個(gè)系統(tǒng)間服務(wù)交互過(guò)程

兩個(gè)系統(tǒng)間服務(wù)調(diào)用過(guò)程如圖3所示。其中綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)根據(jù)輸入的查詢條件形成相應(yīng)的SOAP消息后，向UDDI注冊(cè)中心發(fā)出查詢請(qǐng)求;UDDI中心對(duì)其請(qǐng)求信息進(jìn)行分析后根據(jù)WSDL文檔內(nèi)容.查找到相應(yīng)的服務(wù)描述，再將此服務(wù)描述信息發(fā)給綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)子系統(tǒng);綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)再根據(jù)服務(wù)描述文件上所提供的端口地址等信息向基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)收到請(qǐng)求后完成相應(yīng)查詢功能后.將查詢結(jié)果以SOAP消息響應(yīng)的形式返回給綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)。

4.2 服務(wù)接口的定義

在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的Web Service中要提供一個(gè)根據(jù)人員ID獲取其使用系統(tǒng)的權(quán)限的方法GetPersonPurview(Guid Person_ID)，首先在Visual Studio.NET中新建一個(gè)Web Service項(xiàng)目:BaseDataWebService，在BaseDataWebService.asmx.cs文件中實(shí)現(xiàn)GetPersonPurview方法，使之成為一個(gè)Web服務(wù)。

[WebMethod]

Public DataSet GetPersonPurview (guid Person_ID)

{ DataSet myDataSet=new DataSet0;

//獲取人員ID為傳入?yún)?shù)的人員所擁有權(quán)限，返回一個(gè)數(shù)據(jù)集

return myDataSet;

}

編譯后，Visual Studio.NET將自動(dòng)生成相應(yīng)的WSDL文件。至此，一個(gè)Web Service就建立了。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)并完成Web Service部署后，要將這些Web Service注冊(cè)到UDDI注冊(cè)中心，注冊(cè)的內(nèi)容包括Web Service的訪問(wèn)入口描述及它的WSDL文檔的訪問(wèn)信息。當(dāng)綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)需要調(diào)用一個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)的Web Service時(shí)，它必須通過(guò)這個(gè)Web Service的SOAP代理類來(lái)調(diào)用這個(gè)Web Service，這個(gè)代理類是Web Service應(yīng)用程序根據(jù)查找到的Web Service的WSDL文檔生成的。代理類把Web Service的調(diào)用請(qǐng)求組成SOAP 消息來(lái)向Web Service發(fā)送請(qǐng)求，并處理返回的響應(yīng)，然后把處理結(jié)果返回給Web Service。下面是綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)調(diào)用所需服務(wù)時(shí)所需要生成的代碼，用來(lái)調(diào)用前面生成的BaseDataWebService，假設(shè)已生成了一個(gè)代理類:

BaseDataWebServiceNewService=newBudgetWebService();

DataSet myDataSet~=new DataSet();

myDataSet=NewService. GetPersonPurview (\"3e4d-a7q9-2rdf-804f\");

通過(guò)以上代碼，完成一次調(diào)用，得到一個(gè)人員ID為3e4d-a7q9-2rdf-804f的人員所擁有的權(quán)限數(shù)據(jù)集。

5 結(jié)束語(yǔ)

教育的信息化是現(xiàn)今教育發(fā)展的必然趨勢(shì)，而教育系統(tǒng)的互操作和資源的共享則是首要問(wèn)題。SOA是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外IT業(yè)界最熱門的話題，隨著SOA技術(shù)的不斷成熟，人們對(duì)SOA了解的日趨深入，國(guó)內(nèi)SOA架構(gòu)模型和應(yīng)用推廣已經(jīng)有了良好的需求環(huán)境。通過(guò)建立統(tǒng)一的教育信息化標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)化教育系統(tǒng)的服務(wù)，利用SOA和WEB技術(shù)，構(gòu)建教育信息系統(tǒng)，就能夠低成本、高效率地解決教育信息系統(tǒng)互操作和軟件進(jìn)化的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)教育信息化聚合發(fā)展效應(yīng)，促進(jìn)我國(guó)教育事業(yè)的發(fā)展。

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