基于SOA的鐵路信息化架構研究

劉忠東，張 千

（1.中國鐵路總公司 信息技術中心，北京 100844；2.國家知識產權局 專利審查協作北京中心，北京 100190）

基于SOA的鐵路信息化架構研究

劉忠東1，張 千2

（1.中國鐵路總公司 信息技術中心，北京 100844；2.國家知識產權局 專利審查協作北京中心，北京 100190）

隨著信息技術的飛速發展以及業務需求的不斷變化升級，信息系統日趨復雜，企業需要一套科學、有效的信息化建設方法，從整體高度對企業信息化進行全面指導。本文闡述了企業架構和SOA架構的基本概念，借鑒TOGAF企業架構方法對基于SOA的鐵路信息化架構進行了研究。

企業架構；信息化架構；SOA；TOGAF

隨著鐵路不斷改革和發展，鐵路信息化建設與應用也取得了較大成績，為鐵路改革與發展作出了積極貢獻。然而在鐵路信息化過程中，信息化建設以需求為驅動，雖然加快了信息化建設和實施的速度，但是“信息孤島”和“應用孤島”現象嚴重，系統兼容性、可擴展性、數據共享等方面的問題日益突出。為加快鐵路信息化建設，消除信息化孤島現象，充分開發利用信息資源，必須從頂層設計入手，進行鐵路信息化規劃和鐵路信息化企業架構規劃與設計，避免“重實施、輕規劃，重技術、輕管理”的認識誤區造成信息化主線的缺乏，實現IT與業務的一致性，促進鐵路信息化發展方式的轉變。

1 面向服務的體系結構

1.1 企業架構簡介

企業架構（EA，Enterprise Architecture）是國際上普遍采用的信息化規劃、管理、實施的方法論。企業架構分業務架構和信息化架構2部分。業務架構是企業將業務戰略轉化為日常運營的基礎平臺，包括業務組件、業務流程、組織結構等內容。業務戰略決定業務架構，企業戰略通過業務架構來分解。信息化架構是指導IT投資、設計決策以及建立企業信息系統的綜合藍圖，包括數據架構、應用架構和技術架構3部分。

目前國際上比較流行的企業架構框架主要包括：Zachman、TOGAF、FEAF、DoDAF等，其中TOGAF是目前最主流的企業架構方法之一，為企業信息化架構開發提供包括架構開發方法（ADM，Architecture Development Method）及參考模型、資源庫等。本文以TOGAF作為架構框架對基于SOA的鐵路信息化架構進行研究。

1.2 SOA簡介

SOA（Software-Oriented Architecture），即面向服務的體系結構，是一種以業務為驅動，以面向服務為原則的企業信息化架構模式，通過建立可組合、可重用的服務體系提高企業業務的靈活性、保證信息化系統的適用性、減少IT業務冗余并加快項目開發的進程。SOA具有以下特點：

（1）服務模塊化。服務模塊化就是把業務功能進行分解，打包成具有自包含和自描述特點的服務。

（2）服務封裝與共享。服務封裝是將服務內部的實現和復雜性隱藏，對用戶只公開開放的標準接口，實現服務功能的調用。SOA支持服務的重用或共享，并可根據需求將服務進行組裝、編排成一個新的、復雜的服務。SOA還能通過集成適配器，將既有應用封裝成統一的服務，實現既有應用的改造與復用。

（3）松耦合。松耦合是指降低應用系統部件之間的依賴關系，部件之間保持相對獨立性，不會因為某個部件內部結構或實現方式發生改變而影響其他部件，有利于系統維護及擴展。SOA松耦合包括服務間的松耦合，服務與編程語言、操作系統、硬件平臺、傳輸協議間的松耦合。

（4）聯合控制。SOA可以實現聯合的、基于策略的安全、管理和部署。

（5）支持開放標準。SOA支持Web服務標準，XML，SOAP等開放標準。

1.3 SOA參考架構

SOA參考架構（Reference Architecture）相當于SOA模板，通過SOA參考架構可快速最佳地實現SOA，指導部署基礎設施，同時指導面向服務應用的開發和管理。因此規劃SOA架構必須從SOA 參考架構開始，本文采用TOGAF SOA參考架構（The Open Group SOA Reference Architecture），它是一個靈活且可擴展的架構框架，分2部分共9層：

（1）傳統功能部分，包括操作系統層，服務組件層、服務層、業務流程層和消費接口層。操作系統層即組織基礎架構，代表實際運行時的基礎架構及IT資產。服務組件層即服務提供者（Service Providor），通過使用操作系統中的一個或多個應用程序來實現。服務層表示已部署到環境中的服務，多個服務可組裝成一個新組合服務。業務流程層將服務拼裝成滿足具體業務需要，與業務目標保持一致的業務流程。消費接口層是服務消費入口，是訪問業務流程、服務及應用程序的通道。

（2）非功能部分，包括整合層、服務質量層、信息架構層和治理層。整合層即集成層，包括服務組件層、服務層和業務流程層的集成，整合層一般由企業服務總線ESB提供。服務質量層定義安全、性能、可靠性等一些非功能的質量屬性。信息架構層包括數據結構、商業智能、元數據架構以及數據交換協議等。治理層確保一個組織中的服務和SOA解決方案遵守先期定義的策略、指導方針和標準，包括對SOA整個生命周期的治理管控。TOGAF SOA參考架構層次與企業架構的對應關系如圖1所示。

圖1 TOGAF SOA參考架構與企業架構的對應關系

2 基于SOA的鐵路信息化架構設計

SOA的目標是構建靈活可變的企業信息系統，通過服務組件的封裝、復用、編排等手段保證企業信息化架構的一致性，并通過SOA治理來保證SOA架構實施符合企業治理需求。SOA與企業架構在概念、活動、流程、結果等方面緊密契合、相互滲透，企業架構是SOA落地的最佳利器，因此可以使用TOGAF架構開發方法ADM進行SOA架構規劃。

依據TOGAF SOA參考模型，結合鐵路的實際情況，制定出企業服務器總線（ESB）模式的鐵路信息化總體架構，如圖2所示。

總體架構為4層結構，從下至上依次為：信息技術設施層（包括網絡及硬件基礎設施平臺，操作系統平臺，軟件基礎架構平臺等），業務軟件層、企業服務總線層和企業應用層。

ESB通過提供標準的底層架構，使得各應用程序組件能夠以服務單元的方式靈活編排，并通過標準化的通信方式實現交互，可以有效地避免傳統“點對點”應用集成方式下復雜度高、可管理性差、可復用性差、系統脆弱等問題。

圖2 鐵路信息化總體架構圖

根據TOGAF ADM方法及鐵路信息化總體架構圖，分別完成基于SOA的鐵路信息化業務架構、應用架構、信息資源（數據）架構、技術架構的規劃和制定。

2.1 業務架構

業務架構（EBA，Enterprise Business Archi-tecture）是企業信息化戰略與架構的基礎，同時也是應用、數據、技術架構的決定因素。在業務架構階段，主要實現將鐵路業務目標分解轉換為可操作的業務組件模型，從鐵路業務主線和管理級別2個方面對整體戰略目標進行分解，獲得了各個業務組件，如圖3所示。

圖3 鐵路信息化業務架構圖

根據實際需要，業務組件可進行多層多次分解，從而形成便于應用、實施的鐵路業務組件模型。

2.2 信息架構

信息架構（EIA，Enterprise Information Architecture）從總體角度描述企業數據資源與信息流結構，主要包括數據分類、定義、存儲、管理以及企業信息模塊與模型等，并定義企業數據管理與維護的策略和原則。

鐵路信息化經過多年的發展，建設了許多信息系統，每個系統面向不同的數據，分別有各自不同的數據庫。為開展鐵路信息化數據架構規劃，需首先對數據按主題進行分類，基于數據倉庫平臺對各業務應用數據進行建模、存儲、整合與集中管理，建立集中的主數據管理平臺，并作為鐵路的企業數據中心為各應用系統提供數據查詢、統計分析、深度挖掘等數據服務。鐵路信息化信息架構如圖4所示。

圖4 鐵路信息化信息架構圖

2.3 應用架構

應用架構（EAA，Enterprise Application Architecture）主要依據企業的業務模型，將企業的業務轉化為面向應用服務的系統功能，并描述各應用系統之間以及與外圍系統的關聯關系、應用的分布模式、接口定義以及數據流向等。基于SOA的鐵路信息化應用架構如圖5所示，通過ESB實現了各系統之間標準化接口和協議的交互，實現對業務的全面支撐。

2.4 技術架構

技術架構（ETA，Enterprise Technic Architecture）是應用架構和信息架構的支撐，主要描述應用功能和數據傳輸與交換的技術實現，保證技術層面的組件與企業戰略規劃、業務架構等領域的實際需求保持一致，為信息化建設提供全程的技術指導。技術架構包括執行架構、開發架構、運維架構、基礎設施架構和安全技術等內容。基于SOA的鐵路信息化應用架構如圖6所示。

圖5 鐵路信息化應用架構圖

圖6 鐵路信息化應用架構圖

執行架構是指信息系統運行和部署的支撐環境，包括用戶交互、應用邏輯、應用集成與信息共享4個方面。

運維架構是指為維持信息系統運行所需的各種服務，包括運維安全管理、網絡系統管理、業務連續性保障、服務管理、配置管理和物理環境管理以及相關的規章制度和管理流程等。

開發架構是指支持信息系統開發所需的環境、工具和相關標準與規范。采用SOA開發應用系統時，仍然經歷軟件開發生命周期中的各主要階段，但SOA應用開發更強調對已有資產的封裝、管理與有效重用，強調建模和設計階段的重要性，對于整個系統需要有一個更好的業務分析和規劃，需要建立業務標準，需要對業務流程進行梳理和優化，以更好地實現服務復用。

基礎設施架構是指支撐應用系統運行的硬件、網絡、系統軟件以及相關安全性、可用性和性能等。

安全技術包括執行架構中身份和訪問管理、開發安全管理、運維安全管理和集成架構安全等方面。

3 結束語

本文通過對SOA體系架構和TOGAF的研究，結合鐵路信息化實際，根據作者多年鐵路信息化工作經驗，提出了一種基于SOA的鐵路信息化架構，供從事鐵路信息化的各位同仁參考。基于SOA的鐵路信息化架構體現了以業務流程為中心的體系結構，可以簡化應用系統部署，降低IT運維技術人員的維護復雜性，并能有效整合鐵路業務應用，有效發揮現有業務應用系統的價值。

[1] 顧春紅，于萬欽. 面向服務的企業應用架構[M].北京：電子工業出版社，2013.

責任編輯 方 圓

Railway informationization architecture based on SOA

LIU Zhongdong1, ZHANG Qian2
( 1. Information Technology Centre, China Railway, P.R.C., Beijing 100844, China; 2. Patent Examination Cooperation Center, State Intellectual Property Off i ce, Beijing 100190, China )

enterprise architecture; informationization architecture; SOA; TOGAF

With the rapid development of information technology and the continuous change of business needs, information system was becoming more and more complicated, the enterprise needed a set of scientif i c, effective information construction method to guide the enterprise informationization from the overall height. This paper introduced the basic concepts of the Enterprise Architecture and SOA. The railway informationization architecture based on SOA was studied with the TOGAF Enterprise Architecture method.

2014-07-24

劉忠東，教授級高級工程師；張 千，助理研究員。

U29∶TP39

A

1005-8451（2014）11-0020-04