基于開(kāi)源SOA的極地信息集成平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

康林沖，張 峰，黃海燕，劉 金

（1.國(guó)家海洋局 數(shù)字海洋科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300171；2.國(guó)家海洋信息中心，天津 300171）

隨著國(guó)家在南北極考察投入的增加，我國(guó)積累了大量的極地信息，逐步形成了一定規(guī)模的極地信息資源，同時(shí)基于極地信息研發(fā)的各種專題應(yīng)用系統(tǒng)也越來(lái)越多[1-3]。但是，由于極地?cái)?shù)據(jù)格式多樣、結(jié)構(gòu)不一、存儲(chǔ)分散等原因，造成部門(mén)間數(shù)據(jù)共享困難，數(shù)據(jù)利用率不高。且極地專題應(yīng)用系統(tǒng)沒(méi)有統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，造成了系統(tǒng)資源分散、重復(fù)開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)間形成了“孤島”。如何實(shí)現(xiàn)極地信息和系統(tǒng)資源的有效整合和集成服務(wù)是急需解決的問(wèn)題。

近幾年，面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（service-oriented Architecture，SOA）以其松耦合、粗粒度、系統(tǒng)可擴(kuò)展性、平臺(tái)無(wú)關(guān)性等特點(diǎn)在海洋領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并取得了較好的效果[4,5]。針對(duì)極地信息和系統(tǒng)資源集成的需求，本文提出基于SOA的極地環(huán)境與資源信息集成的系統(tǒng)架構(gòu)，討論了架構(gòu)中SOA支撐技術(shù)及選型，實(shí)現(xiàn)了基于SOA的服務(wù)注冊(cè)、授權(quán)、注銷、審核、發(fā)布等功能，為極地信息和系統(tǒng)資源的集成、共享奠定了基礎(chǔ)。

1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)完全遵循SOA思想，以服務(wù)為手段將各種業(yè)務(wù)需求及資源抽象成粒度不同的服務(wù)，綜合使用企業(yè)服務(wù)總線（ESB）、業(yè)務(wù)流程管理（BPM）等SOA支撐技術(shù)。系統(tǒng)架構(gòu)自下而上包括服務(wù)及數(shù)據(jù)資源層、信息服務(wù)總線層和應(yīng)用層，如圖1所示。

1）服務(wù)及數(shù)據(jù)資源層分為系統(tǒng)服務(wù)資源和系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源。服務(wù)資源包括空間分析組件服務(wù)、數(shù)據(jù)共享組件服務(wù)、模型組件和數(shù)據(jù)可視化組件服務(wù)等，主要來(lái)源于極地應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)布的服務(wù)，其他應(yīng)用系統(tǒng)可以調(diào)用。系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源是將基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、專題數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)等各種數(shù)據(jù)作為服務(wù)供各系統(tǒng)調(diào)用，避免了系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的直接訪問(wèn)，保證安全。

2）信息服務(wù)總線層是極地環(huán)境與資源信息集成框架的核心，它通過(guò)對(duì)各種通信協(xié)議的支持，完成服務(wù)資源和數(shù)據(jù)資源的服務(wù)注冊(cè)、發(fā)布、審核和注銷等，消除了頂層不同應(yīng)用之間的差異，為各種應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)了不同服務(wù)之間的通信與整合。

3）應(yīng)用層是集成平臺(tái)針對(duì)極地用戶開(kāi)放的門(mén)戶，主要為用戶提供極地服務(wù)資源查詢、瀏覽、服務(wù)資源提交、業(yè)務(wù)流程提交等功能，為極地信息與系統(tǒng)資源的共享奠定基礎(chǔ)。

圖1 極地環(huán)境與資源信息集成平臺(tái)架構(gòu)

2 SOA支撐技術(shù)與開(kāi)源選型

針對(duì)本系統(tǒng)中涉及的SOA支撐技術(shù)，從可行性、架構(gòu)、監(jiān)控和管理、擴(kuò)展性、開(kāi)源等原則或標(biāo)準(zhǔn)對(duì)開(kāi)源的ESB、BPM、ESP進(jìn)行選型比較和分析。

2.1 面向服務(wù)的架構(gòu)

SOA是由不同技術(shù)、模式和實(shí)現(xiàn)組成的結(jié)合體，應(yīng)用程序的不同組件單元（稱為服務(wù)）通過(guò)優(yōu)良的接口或契約聯(lián)系起來(lái)。接口或契約是對(duì)服務(wù)提供者和服務(wù)消費(fèi)者之間服務(wù)內(nèi)容的完整定義，獨(dú)立于硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。SOA通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)松耦合、粗粒度服務(wù)進(jìn)行注冊(cè)與發(fā)布，所有服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)、位置和傳輸協(xié)議對(duì)服務(wù)調(diào)用者都是透明的，服務(wù)調(diào)用者根據(jù)需求將不同的服務(wù)重組或業(yè)務(wù)流程組合生成新的服務(wù)，基于SOA的系統(tǒng)從而更有彈性[6]。

2.2 企業(yè)服務(wù)總線

ESB的核心是提供不同通信協(xié)議之間相互操作的“中間件”應(yīng)用程序，具有協(xié)議適配器、消息傳遞、智能路由和分發(fā)、消息轉(zhuǎn)換、服務(wù)質(zhì)量/WEB中介、監(jiān)控和管理、可擴(kuò)展的API等特性。提供了一種在松耦合的服務(wù)和應(yīng)用之間標(biāo)準(zhǔn)的集成方式，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境中的服務(wù)、消息以及基于事件的交互。在開(kāi)源社區(qū)中，開(kāi)源ESB有Mule[7]、ServiceMix[8]、Apache Synapse[9]及WSO2 ESB[10]等，其中，Mule在支持Workflow、IDE編輯和穩(wěn)定性方面存在缺點(diǎn)；ServiceMix的規(guī)范和架構(gòu)比較復(fù)雜。本系統(tǒng)使用了基于Apache Synapse的WSO2 ESB，它是一個(gè)快速、輕巧、友好的開(kāi)源ESB，具有支持集群、流量控制、負(fù)載均衡等優(yōu)勢(shì)[11]。

2.3 業(yè)務(wù)流程管理

BPM通過(guò)對(duì)各種應(yīng)用程序的服務(wù)進(jìn)行編排，形成反映實(shí)際工作業(yè)務(wù)流程的可視化模型。在服務(wù)編排過(guò)程中，對(duì)服務(wù)接口定義、發(fā)布和流程建模均采用Web服務(wù)規(guī)范。在開(kāi)源社區(qū)中，開(kāi)源BPM產(chǎn)品有JBoss jBPM[12]、ObjectWeb Bonita[13]及Apache ODE[14]等。3款開(kāi)源產(chǎn)品都是輕量級(jí)易部署的，同時(shí)具有審計(jì)、日志等特性。本系統(tǒng)考慮到與ESB總線WSO2 ESB的兼容性，選擇了Apache ODE。

2.4 事件流處理

ESP是構(gòu)建或使用工具來(lái)設(shè)計(jì)、管理并監(jiān)控流過(guò)面向Event-Driven Architecture（EDA）環(huán)境的事件，它使用不同的事件模式來(lái)過(guò)濾事件數(shù)據(jù)。ESP解決方案必須能夠支持大流量的事件。本系統(tǒng)使用了Esper，它是目前可用的唯一的開(kāi)源ESP，具有高可用性和管理功能特性，同時(shí)具有較好的文檔幫助功能[15]。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 服務(wù)接口設(shè)計(jì)

SOA的實(shí)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，為使各系統(tǒng)發(fā)布的服務(wù)在各系統(tǒng)間統(tǒng)一調(diào)用，實(shí)現(xiàn)信息的互通互聯(lián)和互操作，本系統(tǒng)開(kāi)展了系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)及制訂工作，主要包括安全驗(yàn)證類、SOA服務(wù)管理類、數(shù)據(jù)資源類等方面的接口。其中，安全驗(yàn)證類接口包括用戶令牌安全驗(yàn)證、系統(tǒng)令牌安全驗(yàn)證、校驗(yàn)用戶授權(quán)信息和獲取用戶角色信息；SOA服務(wù)管理類包括基于ESB總線的服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)更新、服務(wù)授權(quán)、服務(wù)注銷及服務(wù)查詢等；數(shù)據(jù)資源類服務(wù)主要是面向各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)作為服務(wù)發(fā)布的接口，包括數(shù)據(jù)資源更新、獲取、刪除等。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)建

通過(guò)采用SOA的設(shè)計(jì)思想，基于PORTAL的技術(shù)框架，實(shí)現(xiàn)了極地信息與服務(wù)資源的后臺(tái)管理與前端門(mén)戶。其中，后臺(tái)管理面向管理員，實(shí)現(xiàn)了極地信息與服務(wù)資源的查詢?yōu)g覽、基礎(chǔ)服務(wù)管理、ESB總線管理、BPM業(yè)務(wù)流程管理、分類管理、權(quán)限管理、統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)日志等功能，前端門(mén)戶主要為用戶提供極地服務(wù)資源查詢、瀏覽、服務(wù)資源提交、業(yè)務(wù)流程提交等功能。

3.3 系統(tǒng)特色

基于SOA的極地環(huán)境與資源信息集成系統(tǒng)，采用ESB、BPM和ESP技術(shù)，能夠有效滿足極地信息和系統(tǒng)資源集成的需求。該系統(tǒng)具有以下特色：

1）連通“信息孤島”，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)之間的互操作。SOA架構(gòu)中，使用不同操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、技術(shù)平臺(tái)的系統(tǒng)借助ESB可以互相訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)了信息和系統(tǒng)資源的有效共享。

2）靈活、快速地響應(yīng)極地業(yè)務(wù)需求變更。BPM將SOA中現(xiàn)有的服務(wù)組合成新的服務(wù)，為靈活、快速地響應(yīng)極地業(yè)務(wù)需求變更提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

3）增加重用，減少成本。通過(guò)以松耦合的方式公開(kāi)服務(wù)接口，各子系統(tǒng)間可以根據(jù)功能需求更輕松地使用和組合公開(kāi)的服務(wù)。

4）實(shí)時(shí)響應(yīng)，提高效率。通過(guò)ESP支持大流量事件響應(yīng)，極地船基監(jiān)控、考察站氣象監(jiān)測(cè)、遙感監(jiān)測(cè)、站基視頻監(jiān)控等實(shí)時(shí)信息能夠得到有效處理。

5）支持服務(wù)的“即插即用”，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展。由于服務(wù)的松耦合性，新開(kāi)發(fā)的服務(wù)一旦注冊(cè)并發(fā)布到ESB中，就可以被應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用。

[1]國(guó)家海洋局.2011年度中國(guó)極地考察報(bào)告[EB/OL].http://www.chinare.gov.cn/caa/userfiles/file/chinare2011report.pdf,2011-07-09

[2]程文芳,張俠,何劍鋒,等.極地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與研究信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].極地研究,2009,21(4):299-307

[3]程文芳,張潔,夏明一,等.極地標(biāo)本資源共享平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].極地研究,2013,25(2):185-196

[4]張建輝,張潔.基于SOA的海洋執(zhí)法信息共享平臺(tái)建設(shè)[J].地理空間信息,2013,11(1):7-10

[5]王偉,程文芳,李四海,等.SOA理念在“數(shù)字海洋”數(shù)據(jù)體系構(gòu)建中的應(yīng)用[J].海洋通報(bào),2009,28(4):121-125

[6]全國(guó)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)SOA標(biāo)準(zhǔn)工作組,中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所.中國(guó)SOA最佳應(yīng)用及云計(jì)算融合實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012

[7]The Mule Team.Mule User Guide [EB/OL].http://www.mulesoft.org/documentation/display/current/Mule+User+Guide/,2013-09-06

[8]The Apache Software Foundation.Quickstartguide for ServiceMix[EB/OL].http://servicemix.apache.org/docs/4.5.x/user/index.html/, 2013-09-06

[9]Apache Software Foundation.Apache Synapse Installation Guide[EB/OL].http://synapse.apache.org/userguide/quick_start.html/, 2013-09-07

[10]WSO2 Inc.WSO2 ESB User Guide[EB/OL].http://docs.wso2.org/display/ESB470/User+Guide/, 2013-09-08

[11]Jeff Davis.開(kāi)源SOA[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010

[12]The jBPM Team.jBPM User Guide [EB/OL].http://docs.jboss.org/jbpm/v5.4/userguide/,2013-10-10

[13]Bonita Inc.Bonita BPM User Guide[EB/OL].http://documentation.bonitasoft.com/,2013-10-10

[14]The Apache Software Foundation.Ode User Guide[EB/OL].http://ode.apache.org/userguide/, 2013-10-10

[15]Esper Team and Esper Tech Inc.Esper User Guide[EB/OL].http://esper.codehaus.org/esper-4.10.0/doc/reference/en-US/pdf/esper_reference.pdf, 2013-10-05