數(shù)字校園中的數(shù)據(jù)交換平臺設計

劉永亮，張衛(wèi)紅

（1.海軍工程大學教育技術中心，武漢，430033； 2.海軍工程大學管理工程系，武漢，430033）

數(shù)字校園中的數(shù)據(jù)交換平臺設計

劉永亮1，張衛(wèi)紅2

（1.海軍工程大學教育技術中心，武漢，430033； 2.海軍工程大學管理工程系，武漢，430033）

數(shù)字化校園建設是一個復雜的系統(tǒng)工程，面對的一個現(xiàn)實問題就是需要在不同業(yè)務系統(tǒng)之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與交換。本文基于海軍工程大學網絡綜合應用平臺項目的建設經驗，提出了數(shù)字校園數(shù)據(jù)交換平臺的體系結構，并對應用適配器、數(shù)據(jù)交換引擎、Web服務器等關鍵技術進行了設計和實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)交換；數(shù)字校園；SOA架構

Abstract:Digital Campus Construction is a complex systems engineering. One of the practical problems to be faced is that it needs to implement Data Integration and Switching among different businesses. Based on the construction experience from the Integrated Application Platform Project of the Naval University, this paper proposed the Architecture of the Digital Campus Data Switching Platform, and then designed and implemented the key technologies including Application Adaptor, Data Switching Engine and Web Server etc.

Key words:Data Switching; Digital Campus; SOA Architecture

1.引言

在數(shù)字校園建設過程中，必然會面臨的一類問題是：學校不同部門間已經存在異構的業(yè)務系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)組織和存儲結構各不相同，且彼此獨立，不能直接共享數(shù)據(jù)，形成“信息孤島”。因此，必須采用一種新的技術，來解決不同數(shù)據(jù)源、不同格式的數(shù)據(jù)交換問題，即建立數(shù)字校園軟件體系的基礎平臺——數(shù)據(jù)交換平臺。通過數(shù)據(jù)交換平臺，各業(yè)務系統(tǒng)可以直接提供并獲取共享數(shù)據(jù)，從而解決“信息孤島”問題。

2.數(shù)據(jù)交換平臺設計總述

數(shù)據(jù)交換平臺是數(shù)字校園的核心技術支撐平臺，是整個系統(tǒng)的信息傳輸、信息交換總線。通過數(shù)據(jù)交換平臺將各業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中需要集成的數(shù)據(jù)自動上傳到數(shù)據(jù)中心的基礎數(shù)據(jù)庫中，并按各業(yè)務系統(tǒng)的訂閱需求將共享數(shù)據(jù)分發(fā)到各業(yè)務系統(tǒng)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成和標準化，為提供數(shù)據(jù)的綜合查詢、統(tǒng)計分析奠定數(shù)據(jù)基礎。同時，保留各業(yè)務系統(tǒng)的原有數(shù)據(jù)庫，又確保了各業(yè)務系統(tǒng)的完整性。

數(shù)據(jù)交換平臺的設計目標是在基礎共享數(shù)據(jù)庫和各業(yè)務系統(tǒng)之間進行交換數(shù)據(jù)，提供一致的可擴展的數(shù)據(jù)交換模式，從而實現(xiàn)全校異構數(shù)據(jù)的集成。

數(shù)據(jù)交換平臺的設計還應依據(jù)以下幾條具體原則：

1.遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標準

數(shù)據(jù)交換平臺的目的是在數(shù)據(jù)中心和各業(yè)務部門等原有業(yè)務系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)。由于各原有系統(tǒng)的技術構架不同，信息的表示也各不相同。要在這些不同的系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)，首要的問題就是定義一種標準的數(shù)據(jù)格式及數(shù)據(jù)交換的規(guī)范，以方便實現(xiàn)不同硬件平臺、不同操作系統(tǒng)平臺、不同語言平臺應用之間的平滑通信。

2.支持異構系統(tǒng)、異構數(shù)據(jù)庫的交互及數(shù)據(jù)存取

數(shù)據(jù)交換首先涉及到如何與各級部門、各異構系統(tǒng)及其異構數(shù)據(jù)庫進行交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取，能夠對各級部門、各業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫定義數(shù)據(jù)抽取規(guī)則，從而實現(xiàn)自動地從各級部門的數(shù)據(jù)庫或相應業(yè)務系統(tǒng)中抽取共享數(shù)據(jù)庫所需的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)存取的需求具體可歸納為：

（1）支持多種異構數(shù)據(jù)庫，如勝流的關系型數(shù)據(jù)庫包括: Oracle、SQLServer、DB2、Sybase等；

（2）支持多種虛擬文件系統(tǒng)，并可定制開發(fā)擴展；

（3） 能夠集成各種異構的業(yè)務系統(tǒng)，通過接口實現(xiàn)與應用的交互，完成數(shù)據(jù)的存取，如Webservice接口、文本型數(shù)據(jù)庫接口等。

3.支持靈活的數(shù)據(jù)交換方式，支持跨平臺、跨多種網絡模式的分布式數(shù)據(jù)交換

根據(jù)不同部門的情況，對于不同類型的數(shù)據(jù)有不同的更新要求，可分別靈活采取多種數(shù)據(jù)上傳的方式，比如，對于信息變更頻繁的數(shù)據(jù)，能夠實現(xiàn)實時更新；而對校園中變動不是很頻繁的數(shù)據(jù)，如人事數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)，則實現(xiàn)定時更新，如可定義每日上傳一次，或每周一次。對于數(shù)據(jù)上傳的時間，也可靈活定義，如為了避開網絡高峰，減少對系統(tǒng)的影響，可定義在晚間及凌晨等系統(tǒng)和網絡均比較“空閑”的時候來進行數(shù)據(jù)的同步。

4. 能夠對交換數(shù)據(jù)進行驗證和質量控制

平臺需要能夠適應各系統(tǒng)數(shù)據(jù)內容和格式的變化，提供可視化的轉換配置界面，并實現(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)與中心標準數(shù)據(jù)之間靈活的轉換，能夠根據(jù)一定的規(guī)則，進行數(shù)據(jù)驗證，驗證數(shù)據(jù)是否符合入庫要求，提供完善的日志，支持對敏感數(shù)據(jù)進行加密傳輸?shù)取?/p>

3.數(shù)據(jù)交換平臺體系結構設計

數(shù)據(jù)交換平臺在數(shù)字校園體系之中處于支撐核心地位，需要交換應用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)交換平臺總體上包括4個部分：應用適配器、數(shù)據(jù)交換引擎、Web服務器和安全管理體系。體系結構如圖1。

圖2 適配器模型

數(shù)據(jù)交換引擎是集成不同應用系統(tǒng)的基礎。通過數(shù)據(jù)交換引擎，不同應用系統(tǒng)之間形成松耦合連接，實現(xiàn)信息轉換和信息訂閱/發(fā)布等功能。應用適配器系統(tǒng)是指可以與具體應用系統(tǒng)便捷連接的模塊化軟件，主要解決應用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)交換引擎之間的連接與信息交換等問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取、加密等功能。Web服務器存儲數(shù)據(jù)交換過程中的各種數(shù)據(jù)模式，并管理數(shù)據(jù)交換平臺向綜合應用層所能提供的Web服務。安全管理體系是指將安全貫穿于數(shù)據(jù)交換平臺的研究和設計當中，并管理數(shù)據(jù)交換平臺的日志、異常檢測等功能，建立安全可靠的數(shù)據(jù)交換，保證安全的數(shù)據(jù)傳輸，輔助數(shù)據(jù)交換的正常運行。

4.關鍵技術設計

4.1 應用適配器設計

應用適配器的設計是基于客戶端/服務器（C/S）模式的，業(yè)務端相當于客戶端，服務器端是在適配器中實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)庫的訪問過程是通過客戶端和服務器間交互操作來實現(xiàn)的，客戶端向服務器端發(fā)送數(shù)據(jù)訪問請求，服務器接受請求并通過調用數(shù)據(jù)庫訪問接口完成請求處理，并將處理結果返回客戶端。適配器的實現(xiàn)原理如圖2所示。

我們設計了3層的適配器模型，分別為數(shù)據(jù)層、功能層、表示層。

數(shù)據(jù)層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲管理，一般由后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)，存儲的數(shù)據(jù)可以由各種數(shù)據(jù)源構成。目前海軍工程大學主要為Oracle和SQL 2005兩類數(shù)據(jù)庫，包括人員基礎信息數(shù)據(jù)庫、一卡通基礎數(shù)據(jù)庫、以及各類業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

功能層通過.NET平臺ADO.NET與數(shù)據(jù)庫建立連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問和操作，并將數(shù)據(jù)通過XML生成器轉換為XML文檔，利用XML開放的、基于文本的格式，可以將它通過HTTP像HTML一樣傳送并實現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務規(guī)則，同時完成對XML格式數(shù)據(jù)的處理。

表示層接收XML描述的數(shù)據(jù)，能夠用多種方式進行顯示。XML定義的數(shù)據(jù)其顯示與內容是分開的，因此允許對同一數(shù)據(jù)指定不同的顯示方式，使數(shù)據(jù)更合理地表現(xiàn)出來。

4.2 數(shù)據(jù)交換引擎設計

數(shù)據(jù)交換引擎相當于一個信息總線，各種應用系統(tǒng)通過適配器接入數(shù)據(jù)交換引擎，在此完成數(shù)據(jù)的轉換和傳輸?shù)裙δ堋?/p>

作為數(shù)據(jù)交換引擎的工作基礎，首先必須制定數(shù)據(jù)交換平臺的信息存儲標準。該標準包括基礎編碼標準及各類應用信息的數(shù)據(jù)格式標準兩大類。建立數(shù)據(jù)交換平臺數(shù)據(jù)存儲標準的目的是建立異構系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的中間標準，數(shù)據(jù)交換平臺以標準定義的基礎編碼及數(shù)據(jù)格式存儲數(shù)據(jù)。在進行數(shù)據(jù)交換時，需要在平臺存儲的標準數(shù)據(jù)與數(shù)字校園應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)之間進行數(shù)據(jù)轉換。

圖3 數(shù)據(jù)交換引擎工作原理

為實現(xiàn)上述數(shù)據(jù)轉換，在每個數(shù)字校園應用系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)交換平臺時，首先需要進行數(shù)據(jù)映射配置，即針對每一種基礎編碼及應用信息，進行應用系統(tǒng)現(xiàn)有基礎編碼及數(shù)據(jù)格式與平臺標準的基礎編碼與數(shù)據(jù)格式之間的映射關系設置。數(shù)據(jù)交換引擎工作原理如圖3。

由數(shù)據(jù)交換引擎工作原理圖可以看到，引擎的數(shù)據(jù)處理流程如下：

1.接收作為信息發(fā)送方的應用系統(tǒng)信息經應用適配器上傳到數(shù)據(jù)交換平臺的數(shù)據(jù)；

2.根據(jù)針對信息發(fā)送方應用系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)映射配置信息，將接收到的數(shù)據(jù)轉換為基于平臺數(shù)據(jù)存儲標準的數(shù)據(jù)；

3.將轉換后的數(shù)據(jù)存儲到平臺的標準數(shù)據(jù)庫中；

4.根據(jù)平臺已設置的數(shù)據(jù)推送方式，啟動數(shù)據(jù)推送；

5.從平臺的標準數(shù)據(jù)庫中讀取需要推送的數(shù)據(jù)，根據(jù)針對信息接收方業(yè)務信息系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)映射配置信息，對基于平臺存儲標準的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式及基礎編碼轉換；

6.將轉換后的數(shù)據(jù)經Web服務器推送到信息接收方業(yè)務信息系統(tǒng)中。

數(shù)據(jù)上傳和推送接口均采用WebService技術實現(xiàn)。WebService是目前被廣泛使用的一項功能強大、技術成熟的分布式應用技術，具有良好的技術開放性及互操作性，支持跨操作系統(tǒng)、跨開發(fā)平臺、跨編程語言的分布式應用開發(fā)。

4.3 Web服務器的設計

Web服務器用來管理數(shù)據(jù)交換平臺所能提供給各個業(yè)務端的所有服務。數(shù)據(jù)交換平臺和業(yè)務端通過SOAP協(xié)議交互。適配器與業(yè)務端數(shù)據(jù)源之間的連接需要數(shù)據(jù)庫連接服務、關系數(shù)據(jù)庫與XML文檔轉換服務等，應用適配器所含的若干個組件以及數(shù)據(jù)交換引擎對外提供的信息也都屬于Web服務，需要Web服務器來協(xié)調和管理。

Web服務器對服務的管理包括發(fā)布服務、服務請求、服務查找等。服務發(fā)布者將數(shù)據(jù)交換平臺某個組件所能提供的服務發(fā)布到注冊中心。服務請求者需要某個服務時，通過服務代理系統(tǒng)的搜索引擎在注冊中心查找服務，發(fā)現(xiàn)該服務后響應服務請求者。

Web服務器采用SOA （Service-oriented architecture，面向服務的架構）技術，通過將系統(tǒng)的各組件單元進行服務封裝，并定義服務間的接口和契約構建整個系統(tǒng)。通過應用SOA架構，可實現(xiàn)平臺系統(tǒng)各組件間的松耦合，提高系統(tǒng)的可復用性及可擴展性。

5.結束語

本文所述的數(shù)字校園數(shù)據(jù)交換平臺是海軍工程大學近兩年來數(shù)字化校園建設實踐的總結。數(shù)據(jù)交換平臺作為數(shù)字化校園基礎支撐平臺，有效地消除了校園“信息孤島”，保留了學校之前應用系統(tǒng)建設的投資。目前海軍工程大學的“網絡綜合應用平臺”正成為數(shù)字化校園軟件體系的核心，為今后的建設打下了很好的基礎。

[1] 茅維華等. 校園信息化關鍵技術平臺之研究與實踐 [J]，中山大學學報（自然科學版）2009（Vol 48）：326-328.

[2] 汪清清，王茜，李小平.網絡環(huán)境下數(shù)據(jù)交換方案的設計與實現(xiàn).東南大學學報(自然科學版),2007,37(4):599-604.

[3] Sanjeev Kumar，Vijay Dakshinamoorthy，Krishnan M S. Does SOA improve the supply chain? An empirical analysis of the impact of SOA adoption on electronic supply chain performance [C]. USA:Proceedings of the 40th Hawaii International Conference on System Sciences,2007.

[4] 曹曉葉,王知衍,許曉偉,等.基于SOA的企業(yè)應用集成研究與應用[J].微計算機信息,2007，12:16-18.