集成異構數據源的在線考試系統研究

杜月云++邢文凱

摘 要：本文針對異構環境下在線考試系統的集成提出的一種解決方案，在不影響原系統的基礎上，構建一個集成平臺，實現異構數據庫到XML格式文件的轉換，使得異構環境下的在線考試系統可以共享數據。重點論述集成異構在線考試系統設計與實現：異構數據源集成的需求、系統功能模塊設計、XML數據集成設計。包括包裝器、查詢處理模塊、結構處理模塊的設計，實現由不同數據庫到XML格式數據的轉換集成，實現了在線考試信息系統中異構數據的共享。

關鍵詞：集成；異構數據源；在線考試系統

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

目前，我們已經進入了大數據時代，大數據的典型特征就是海量的信息資源和復雜的異構信息資源。高校作為先進技術的開創者，一直走在信息化發展的前列。但是伴隨著信息化的發展和教育改革的不斷深化，傳統的考試形式很難滿足高校發展的需求，于是形形色色的在線考試系統如雨后春筍般涌現。但是由于前期缺乏統一的規劃，導致在線考試系統存在結構異化、相互之間不能兼容，嚴重影響了在線考試系統的發展。如何集成異構的在線考試系統，提高在線考試系統的效率成為高校需要迫切解決的關鍵問題之一。

2 異構數據集成技術[1，2]（Heterogeneous data

integration technology）

隨著對數據集成技術的日趨成熟，現在既可以實現數據庫中結構化數據的集成，也能夠處理文本文件等非結構化的數據；不僅能夠集成文本類型的常見數據，也可以集成圖片、聲音、動畫、視頻等多媒體形式的數據；經過數據集成的數據都具有完整性、一致性和集成性三大特征。隨著XML等新技術的發展，異構數據源集成技術的發展也從未停歇。

中間件模式通過中間件進行異構數據源的集成，它無需變動原有系統中的信息管理和存儲方法。該模式下中間件類似于一個服務接口，它位于異構數據源和信息管理系統之間。對于異構數據中間件可以協調他們之間的關系，使異構數據庫中的數據轉換成標準的數據進行數據交換；對于各個信息管理系統的用戶中間件能夠提供一個統一的訪問接口供用戶使用。其體系結構如圖1所示。

集成（Mediation）模式是中間件體系結構的核心[3]。采用該模式我們能夠將異構數據源的各種數據信息通過專用的封裝器進行相互轉換，轉換后的數據具有統一的格式，可以實現數據交換和資源共享。用戶在該模式下可以實現跨異構數據源的信息查詢功能，其實現過程大致如下：首先系統將用戶的請求自動轉換成標準的格式，再將這些標準的格式找到對應的封裝器，利用封裝器將其轉化為其對應的數據源能夠識別的查詢語句，數據源經過相應的查詢處理后，將查詢結果交給包裝器進行提取，最后通過集成處理后將最終結果反饋給發出查詢請求的用戶，普通用戶查詢時非常方便，幾乎感覺不到使用的是異構數據源。

3 系統的設計與實現 （System design and implementation）

3.1 異構數據源集成的需求

目前，高校自建了很多形式各樣的在線考試系統，在為高校考試信息化改革做出巨大貢獻的同時也存在很多問題，如各系統使用的數據庫多種多樣，版本也各不相同，導致相互之間難以兼容，給高校考務工作帶來了很多不便，為了提高考務管理的效率，必須對異構的數據進行集成。主要體現在幾個方面：形成考試系統全局視圖；統一的查詢模式；實現關聯查詢；保持原有數據庫獨立和完整；實現跨系統的集成查詢。

3.2 系統功能模塊設計

本課題針對高校目前存在的體系結構異化的在線考試系統進行集成，首先要對目前正在使用的在線考試系統進行分析，發現很多是學院教師結合自己的技術和在線考試的需求自行開發，前期并沒有進行深入的功能模塊劃分和UML建模，這就加大了數據集成的難度。為了更好的進行數據集成，我們對所有的在線考試系統進行分析，系統主要有學生、教師和系統管理員三類用戶，按照功能具體可以分為題庫管理、試卷管理、成績管理、用戶管理等11個功能模塊。

3.3 XML數據集成設計

首先，為所有異構數據源設計自己特有的包裝器，它可以對異構數據進行處理轉化為能夠被識別的統一格式數據，并通過XML形式進行數據訪問。查詢處理器主要完成數據庫中最常用的查詢操作，比如查詢學生的成績。本文設計的查詢處理器能夠對查詢進行分解，將子查詢根據實際情況發放到各個異構數據庫中。結果處理模塊能夠把查詢處理器得到的查詢結果進行XML轉換，并將相關內容進行合并處理為一個標準化的XML文檔，即是將查詢結果以XML形式返回給相應的應用軟件。

（1）包裝器

包裝器（Wrapper）處于邏輯層的最底層，它負責直接抽取數據源中的數據，是XML進行數據集成的必要組件。一般情況下，所有數據源都需有一個與之對應的包裝器負責數據的提取工作。不管數據源是那種結構化的關系型數據庫，還是非結構化的文本數據都要有一個包裝器使用XML將其進行包裝，在包裝過程中不能影響原有數據源狀態，使得包裝器和數據源直接一直保持相互映射的關系。經過包裝處理后的XML信息一般不能用于查詢條件復雜苛刻的數據，只能進行一系列簡單的選擇。如果必須進行詳細的信息查詢，需要XML和Xquery協同構建一個針對數據源能夠識別的SQL查詢語句，然后使用該語句進行查詢，當查詢完成后需要將結果轉換為標準的XML數據模型供其他模塊使用。

包裝器還需要解決各種類型數據源與局部視圖之間的雙向映射。文中將使用XSL對用戶視圖定義，也就是用XML來解釋集成數據，用XML Schema表示集成模式中數據源間的映射。由相應的包裝器把各數據源的本地視圖就全都溶入到全局視圖了。期間，為了方便對XML文檔進行定位和解析，包裝器將數據源中的數據轉換為DOM對象[4]。

關系數據到XML文檔的映射規則：列映射為屬性，表映射為元素[5]。屬性標記及元素標記都是自定義的，在Schema文件中都存放相關的描述，用來表示從關系表中所獲取的字段信息[6]。同時經過使用屬性標記和元素標記，從而使得XML的文檔內容具備了可識別性。

（2）查詢分配器設計

集成異構數據源的統一查詢系統能夠極大方便用戶對總體視圖進行查詢，但要在后臺完成對相應物理數據源的查詢還需要高效的查詢分析器來完成[7]。查詢分析器要能夠將查詢及時、高效并精準的發送給物理數據源。高校在線考試系統異構數據源的數據集成會產生海量的數據，并且有很多數據直接來源于實際數據庫，需要進行數據處理的量還會進一步增長。基于以上情況，我們需要盡早進行權限的識別，以減少取出數據后再判斷產生的大量冗余數據，影響系統運行效率。

（3）查詢轉換器設計

查詢分配器分配到數據源的查詢采用的是統一的XML格式，而底層的數據源一般無法直接識別需要將其用SQL語句表示出來，這項工作由查詢轉換器負責完成。查詢轉換器的工作和包裝器工作正好相反，其重點在于如何將XML文檔信息轉化為SQL語句。本文設計的轉換器能夠將XML文檔中的相關查詢請求信息提取出來，并且結合底層數據源生成對應的SQL語句。

（4）結果集成器的設計

查詢返回的信息不能被客戶端的瀏覽器直接識別，因此，需要我們對返回的查詢結果進行處理，使其轉化為瀏覽器能夠處理的標準數據，這一過程的實現需要結果集成器來完成。集成異構數據源的在線考試系統要求能夠實現通用查詢，并反饋全局數據，這就涉及到針對某一個數據源的局部模式和對應整個系統的全局模式進行集成轉化，這個過程我們分三個過程來完成，首先進行局部模式的比較，充分認識局部模式的異同。其次進行局部模式的調整，確保系統中模式的統一。最后進行局部模式的集成，從而實現全局模式[8]。

（5）結果轉換器設計

結果轉換器的作用是轉換異構數據源提供的子查詢結果為XML格式，把結果數據提供給結果集成器。結果數據模式轉換為XML Schema是設計結果轉換器過程中重點要解決的問題。只有成功的構造了的XML Schema，每個子查詢的結果以及含義才能無誤地提交給結果集成器，從而確保結果數據集成的順利完成。

結果數據模式轉換成為XML Schema的算法是這樣定義的：可以認為異構數據源中的查詢結果體現為表的形式，結果表的第一行的每一列指定本列查詢的結果字段，結果表的第二行以下的數據指定每一個查詢字段所取的值。

4 結論（Conclusion）

本文通過研究傳統的異構數據源集成技術，以及XML技術，設計了一種基于XML的異構數據庫集成的方案。通過中間件技術建立XML數據集成中間件，并通過中間件來完成對異構數據源的查詢、訪問及結果合成。針對高校在線考試系統中普遍存在異構數據源集成問題進行研究，提出了針對這些異構數據做的集成方案，提出了系統中XML數據集成的設計方法，包括包裝器、查詢處理模塊、結構處理模塊的設計，實現由不同數據庫到XML格式數據的轉換集成，解決在線考試信息系統中異構數據共享的問題。

參考文獻（References）

[1] Knowledge-Based Wrapper Generation by Using XML.H.Seo，J.Yang，J.Choi.IJCAI-2001 Workshop on Adaptive Text Extraction and Mining（ATEM2001），2001.

[2] VODAK Kernel Data Model.H.Duchene，M.Kaul，Turau.Proceedings of the 6'0 International Conference on Data Engineering，1999.

[3] 于帆，王振鐸，王振輝.基于XML異構數據庫集成中間件的設計與實現[J].計算機應用研究，2007（09）：185-188.

[4] 王星，江志農.基于XML的中間件技術在故障診斷數據集成中的應用[J].機械制造與自動化，2008（05）：112-114；122.

[5] 閔道輝.基于XML的異構數據源集成研究與應用[D].西南石油大學，2006.

[6] 周運，牟占生，徐久成.基于XML虛擬數據庫的異構數據源集成模型研究[J].計算機技術與發展，2008（04）：84-91.

[7] 洪筱菡.基于XML的數據集成中間件研究[D].河海大學，2003.

[8] 歐玉平.基于XML的機關辦公信息系統異構數據庫集成設計與實現[D].電子科技大學，2012.

作者簡介：

杜月云（1975-），女，學士，副教授.研究領域：計算機軟件教學與研究.

邢文凱（1973-），男，碩士，副教授.研究領域：計算機軟件教學與研究.