基于SOA的開放式車務綜合信息平臺架構研究

鄭秋寧，嚴余松

（1.西南交通大學 信 息科學與技術學院，成都 6 10031；2.西南交通大學 交 通運輸學院，成都 6 10031）

隨著信息技術在鐵路運輸生產中的不斷應用，鐵路內部信息系統彼此間呈現出多樣化的趨勢。由于這些信息系統開發時期不同，開發時采用相對獨立的開發模式，導致目前車務系統內部各信息系統之間存在異質性問題，信息孤島[1]情況突出。有效地解決方法是在既有企業內部信息系統的基礎上，通過在技術層面上搭建基礎性綜合信息平臺，對現有的運輸生產數據及信息系統中的業務功能整合進平臺中。其核心內容是以面向服務架構（Service Oriented Architecture，SOA）思想為理論指導，在技術標準上，運用既有的XML及Web服務等相關計算機技術，對企業內部的業務功能及運輸生產數據按照統一的傳輸模式及數據交換標準進行封裝[2]，使綜合信息平臺基礎架構在獨立于原有信息系統的邏輯層的基礎上，形成一個開放式的軟件基礎架構，以期達到不斷滿足車務系統運輸生產要求的最終目的。

1 面向服務架構(SOA)概述

SOA是一個軟件架構，它包含4個關鍵概念：應用程序前端、服務、服務庫和服務總線。一個服務包含一個合約、一個或多個接口以及一個實現[3]。SOA組成結構如圖1?！皯贸绦蚯岸恕笔菢I務流程的所有者；“服務”提供業務功能，可供應用程序前端和其他服務使用；服務的“實現”提供業務邏輯和數據；服務的“合約”為服務客戶指定功能、使用和約束；服務的“接口”物理地公開功能；“服務庫”存儲SOA中各個服務的服務合約；“服務總線”將應用程序前端和服務連在一起。SOA概念的重心是定義業務基礎結構。

2 實現SOA的主要技術

SOA的實現有賴于一個SOA的實現平臺，Web服務技術是當前SOA的主流實現方式。Web服務技術體系是以可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML）為基礎的。SOA軟件架構中的4個主要技術：Web服務、SOAP、WSDL、UDDI都是依賴于XML語法的[4]。分別簡介如下：

（1）XML語言：XML是一門創建結構化數據的技術。XML意味著以一種明確的、無二義性的方式標識信息各個單獨部分[5]。XML Schema是定義XML文檔數據模型的標準。

（2）Web服務：Web服務是支持網絡上不同機器與機器共同操作的軟件系統，它提供的接口能用機器所識別和處理的格式語言（WSDL）所描述[6]。Web服務的架構基于3種角色之間的交互，它們是服務提供者（Service provider）、服務注冊中心（Service registry）、服務請求者（Service requestor）。它們之間交互的操作有：發布（pubulish）、查找（find）和綁定（bind）[7]。

如圖2 ，它們主要執行3個操作：

發布（Publish）：為了服務能夠被訪問，服務的描述信息必須被發布以便服務請求者發現和調用之。

查找（Find）：服務請求者通過查詢服務注冊中心去定位符合其需求標準的服務。

綁定（Bind）：在獲得服務描述信息之后，服務請求者據此去調用服務。

（3）簡單對象訪問協議（Simple Object Access Protocol，SOAP）：SOAP是一種簡單的基于XML的協議，它使應用程序通過HTTP來交換信息.它可以在Web上交換結構化的信息[8]。

（4）Web服務描述語言（Web Service Description Language，WSDL）：WSDL采用XML語言來描述Web服務的屬性，其中包括Web服務做什么、位置、怎么調用等。

（5） 統一描述、發現和集成（Universal Description，Discovery and Integration，UDDI）：UDDI為Web Service提供信息注冊的標準規范，以便對Web Service進行注冊發布供使用者查找。

3 鐵路車務段綜合信息平臺架構設計

3.1 鐵路車務綜合信息平臺架構設計方案

SOA是一種構建系統基礎架構的思想，它將業務服務作為協調技術與業務需求的關鍵組織原則[9]。以SOA思想為指導，在車務綜合信息平臺基礎架構項目中，以XML及Web Service技術作為系統集成的核心標準，構建出如圖3所示的鐵路車務綜合信息平臺架構設計方案。

3.2 建設過程中遇到的問題

（1）緩解“信息孤島”：Web Service服務器端與綜合信息平臺內部客戶端及外部客戶端通過基于HTTP的SOAP消息進行通訊，消息內容基于XML標準。

（2）業務為主導：利用Web Service技術，對于企業內部原有的信息系統，按照實際需求將功能包裝成Web服務，提供統一的、簡單可靠的Web服務接口調用方式?；谶@些標準的Web服務，能夠更加容易地實現客戶端系統集成。體現出“業務驅動服務，服務驅動技術”的業務為主導的思想[9]。

（3）松散耦合：由于Web服務接口的定義和描述獨立于實現的硬件平臺、操作系統和編程語言，從而不同的服務以一種統一和通用的方式進行交互。這樣，服務請求者與服務提供者之間的綁定以及服務之間是松散耦合的。

（4）接口定義標準統一：SOA中的服務的交互接口必須是被明確定義和描述的。服務提供者應該使用標準的服務描述語言（WSDL）來定義接口，用于描述服務請求者要求綁定到服務所需要的細節。

（5）不同系統間數據交換：通過以Web服務接口的形式將企業內部相關業務數據進行公布，使得客戶端可以更加方便地獲得所需業務數據，達到數據集成的目的。

（6）遠程調用及兼容性：通過利用“服務”，搭建起車務系統內部信息系統之間的橫向溝通橋梁，從而提高了整個綜合信息平臺架構的靈活性。

（7）服務統一管理：統一采用標準Web 服務接口作為功能模塊接口，便于權限管理和服務內部技術調整。

3.3 車務綜合信息平臺的基本結構

主要劃分為7層：如圖4。

3.4 數據存儲方案主要應用

數據存儲方案是綜合信息平臺架構中的一個重要部分，數據庫是被集中控制和管理的存儲數據的完整集合。目前廣泛應用的是關系數據庫和面向對象數據庫[10]。本文首先選擇以主流的關系數據庫技術為數據存儲方案方式之一。

關系數據庫技術到目前也出現了很多不夠完善的問題：對于較復雜的數據結構，在數據建模時技術能力有限；在異構應用數據交換時，難以實現計算機基于語義自動進行正確數據的檢索與應用。XML是一組規則和準則集合，用于以無格式文本（非二進制）來描述結構化數據。隨著時間的推移，基于文本的XML技術在數據存儲方面得到了長足發展并具備了相當的優勢。同時XML是平臺無關的、標準化的一組規則集合，得到眾多廠商的廣泛支持，數據庫與XML結合的理由對任何使用過這兩者的人來說都是不言而喻的[11]。

綜上所述，在數據存儲方案中采用了關系數據庫技術與XML數據文檔相結合的數據存儲方案，主要應用在以下3個方面：

（1）對于如工號、密碼等基礎性的需要頻繁操作的強結構化的數據，采用關系數據表的方式保存于數據庫中。

（2）對于文本文檔（如Word文檔）等半結構化的數據，以XML文檔形式保存在數據庫的XML字段中，并采用XPath和XQuery等技術對其進行檢索、更新、刪除等操作。

（3）對于大批量結構化數據（如報表文件）需要進行輸入輸出操作時，直接使用For XML子句將數據表中的數據行集轉換成結構化文檔（如Excel文件），而使用Open XML子句直接將結構化文檔轉換成關系行集。

在車務綜合信息平臺的開發及部署方面，本文采用微軟公司的系列產品作為開發及部署平臺支撐。其中，開發平臺以微軟的.NET軟件開發平臺為主，部署平臺以Windows Server 2003操作系統及IIS6.0為主。

4 服務器端解決方案

綜合信息平臺的基礎架構部分主要包括了圖5中所示的組件和程序包。

在圖5中將基本組件共分成了6個區域，分別對應圖3中的各個層，其中：A對應業務邏輯層中Web服務層；B對應業務邏輯層中業務集成模塊及業務實體、業務規則層、業務外觀層；C對應業務邏輯層中安全驗證模塊；D對應數據傳輸層；E對應數據訪問層；F對應業務邏輯層中系統框架層。下面對各個模塊進行簡單介紹。

4.1 Microsoft Enterprise Library

本系統在開發過程中充分利用Microsoft Enterprise Library中的類庫，主要包括數據訪問、數據加密等。

4.2 Web.config文件

Web.config是系統運行配置文件，主要用于保存系統相關配置信息，如數據庫連接字符串、安全驗證方式等，是系統運行的基礎。Web.config本質上是XML文件格式的，因此，除使用.NET平臺所提供的配置功能以外，還可以使用多種方式在配置文件中保存自定義配置信息。

4.3 系統框架包

（1）定義服務組件的抽象基類和接口，為后續開發者開發新的服務組件預留接口；

（2）配置文件管理，提供管理配置文件的相關服務；

（3）簡單SQL語句生成器，主要用于生成簡單的SQL語句。將在業務邏輯開發過程中簡單而重復的SQL語句（如實現簡單的插入、刪除等操作的SQL語句）通過生成器自動生成，減少代碼冗余，提高開效率。

4.4 數據訪問包

數據訪問包主要為系統中其他組件訪問數據庫提供服務。通過數據訪問組件，將上層的業務邏輯與數據庫隔離開來，使系統在數據庫方面具有較好的可移植性，此外，數據訪問程序包充分利用了Microsoft Enterprise Library中的Data Access Application Block中所提供的功能，并將數據庫的連接字符串寫入配置文件中，在更改數據庫連接時，只需修改配置文件相應配置信息，便于系統的移植和維護。

4.5 數據加密組件

數據加密組件主要實現SOAP消息的加密和解密功能。同樣，數據加密組件使用了Microsoft Enterprise Library的相關類庫。

4.6 安全驗證組件

安全驗證組件主要實現系統的身份驗證功能，將非法的用戶拒之于系統邊界之外。

4.7 服務組件

服務組件是系統中核心組件，主要實現服務器端所能提供服務的業務邏輯。

4.8 服務接口

由業務集成中的各個服務組件提供的服務接口構成，主要實現服務器端提供的服務接口集合。供用戶界面層使用服務器提供的服務功能。

5 服務器端使用的關鍵技術

5.1 基于異常處理的故障診斷

為了方便進行異常處理，本系統定義了異?；怋aseException，系統框架中其余使用的異常類都繼承于該基類。車務綜合信息平臺可以部署成一個分布式的系統，將各項服務分布于多個的服務器上，其穩定性依賴于各個服務器以及網絡連接是否穩定。在基礎架構中，充分利用.NET框架提供的跟蹤偵聽機制，由Trace類發布跟蹤信息，再通過注冊在配置文件中的偵聽器偵聽并處理。將跟蹤信息寫入Windows事件日志中。實現系統的故障診斷，以降低系統維護的難度。

5.2 配置文件管理

（1）系統運行時所需要的基本信息：如數據庫連接字符串，客戶端程序登錄信息等。

（2）個性化客戶端信息：將客戶端程序的配色、字體等相關信息保存在配置文件中，使用戶獲得個性化的用戶體驗。

（3）功能模塊配置信息：這主要用于客戶端程序，實現功能模塊的熱插拔效果。

5.3 數據訪問

在數據訪問方面，本系統設計了數據訪問組件（OrionIsDataAccessor），并采用基于ADO.NET和Microsoft Enterprise Library（Data Access Application Block）相結合的數據訪問方案。

5.4 傳輸安全與安全驗證

為保證系統的安全性，本系統開發了一個安全通信組件，以SOAP擴展模塊的形式集成到系統中，在SOAP消息頭中實現數據的加密和解密，以保證數據通信安全；并在此基礎上開發了一個安全驗證組件（模塊）以HTTP模塊的形式集成到系統中，以保證系統身份驗證安全。

5.5 業務集成

業務集成是本系統的核心。業務集成是運行在系統支撐結構之上的封裝了業務邏輯的服務組件。一個功能模塊即一個服務組件，服務器端提供了多個功能模塊，即包含多個服務組件。

5.6 基于角色和用戶組的權限管理

由于車務綜合信息平臺的開放式特性，客戶端可能是多種形式的，用戶的數目龐大并不確定，不同的用戶群體的特征也各自不一樣。因此，需要有一個良好的管理機制來管理用戶，保證精確的權限管理，并提高管理效率。本文采用了基于帳戶、角色和賬戶組的權限管理邏輯，并將相關驗證信息保存在數據庫中。在進行身份驗證時，系統根據客戶端輸入的職工工號檢索LaborInfo表，查找相應的賬戶信息，將客戶端輸入的密碼與LaborInfo表相應的密碼進行比較，如果存在這樣的用戶名并相應的密碼相同，則通過身份驗證。賬戶組則將具備類似權限的賬戶歸類為一組，統一進行管理。賬戶組的成員可以是賬戶，也可以是其他的賬戶組。系統管理員可增設新的組，或者對已經存在的組中增減賬戶、子賬戶組或角色。

5.7 啟用緩存的用戶驗證

在客戶端與服務器端的交互過程中，往往會出現在較短的時間內客戶端需要多次調用Web服務方法。如果每調用一次Web服務方法就在HTTP模塊中訪問一次數據庫，進行員工工號和密碼的比對操作，將會消耗過多的系統資源，降低運行效率。為了避免以上情況，車務綜合信息平臺將經過首次驗證的客戶端所生成的Principle對象保存在系統緩存中，并產生一個GUID來標識該Principle對象，同時將GUID返回給客戶端，在以后的請求中，只需以此GUID來從緩存中讀取Principle對象。這樣一來，避免了對同一用戶的多個請求進行不必要的多次用戶驗證。

6 結 束語

SOA是一種面向服務的軟件體系架構思想，基于SOA的一系列技術及標準具有松耦合、平臺無關、粗粒度服務接口等優點。基于SOA的思想對目前企業內部信息系統進行集成，不僅解決諸如信息孤島、異質性、數據交換這樣的問題，還可以大大節省企業內部信息系統的維護和管理費用。隨著相關技術的不斷進步，SOA系統集成思想在今后鐵路信息化的發展道路上必定能不斷發揮更加重要的作用。

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