基于SOA的數字校園應用建設與服務集成研究

王進華 陳火榮

摘要

數字校園是創新強校的核心工程，本文對其現狀和傳統模式進行總結，采用虛擬化技術和面向服務架構SOA進行數字校園的應用建設和服務集成。基于標準協議的Web服務技術對服務內部的實現細節進行封裝，完成異構信息的交換，克服了結構復雜、兼容性差、廠商依賴性大的缺陷?；赟OA的數字校園建設將服務集成由業務重構模式轉變為柔性擴充模式，解耦軟硬件，實現了服務安全可靠、應用動態擴充、資源環保高效。

【關鍵詞】面向服務架構 數字校園 Web服務服務集成 異構信息

1 數字校園應用建設與服務集成現狀

《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》和《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2011-2020年）》明確指出各級學校必須開展校園信息化建設，教育云平臺是校園信息化的基礎，構建基于教育云平臺的數字化校園，是教育信息化的重要環節。

“數字化校園”概念由美國克萊蒙特大學教授凱尼斯·格林（KennethGreen）于1990提出，經過20多年的發展，數字化校園建設成效卓著。數字化校園是信息技術與教育教學的深度融合，包括數字資源、應用服務和基礎設施，實現網絡化的信息產生、管理、傳播和使用方式，培育形成信息化、智能化的校園環境三個部分。

傳統的數字化校園建設和應用會面臨信息孤島、高投入、低效率、高能耗、低可用等方面的問題，主要有：

1.1 服務集成困難

傳統數字校園的建設模式主要有接口集成、應用集成和界面集成，采用的多是重構業務系統或部分系統集成的方式。

1.2 應用成本高

傳統數字化校園往往是一套設備對應一個應用系統、分散管理，但應用系統種類繁多、規模龐大，每個應用系統需要配置專業管理人員，從而導致數字化校園的建設成本不斷膨脹。另外，為了解決硬件單點故障的風險，關鍵應用系統通常采用主、備服務器來支持，這就需要更多的服務器資源，資金投入也就更多。

1.3 資源利用率低

傳統數字化校園軟件系統和的設備是緊耦合的，單機配置易出現高配或低配現象，硬件資源不能進行集中管理和性能調優，不能根據應用需求和運行狀態進行動態配置和回收利用。根據統計，對于傳統方式的服務器應用，其平均利用率在5-15%之間，造成資源的浪費。

1.4 擴展周期長，運維困難

傳統數字化校園在擴展時需要根據應用重新進行設備和系統的規劃設計、安裝、部署，整個流程周期長、效率低，不利于教育信息化的推進。在這種模式下一個技術人員一般最多只能管理20臺左右的服務器，眾多服務器管理的工作量和工作難度常常讓技術人員苦不堪

1.5 應用服務可靠性低

傳統數字化校園服務器和應用系統面臨著部件更換、系統升級、應用遷移造成的計劃內宕機;以及由于硬件故障、軟件故障、人為失誤故障造成的計劃外宕機。一旦發生宕機，應用服務全部失效;處理時間長短不可控，服務的終止與恢復具有不缺定性。

1.6 存在安全隱患

由于應用服務缺乏在線無中斷熱遷移功能，傳統數字化校園服務器的容災容錯性能比較差，當系統出現宕機（例如硬盤損壞）時，會出現數據丟失的安全隱患。且不能集中管理，數字化校園信息系統的安全保護工作也不能協調一致。

通過采用SOA框架，將傳統數字校園的集成模式轉變為應用系統之間基于標準協議對話的模式，使應用系統可以通過校園網進行數據、信息及服務的交換。

另外一方面，面向服務架構SOA（ServiceOriented Architecture）是在多個應用和部門間共享業務邏輯和數據的一種設計風格;云計算技術則通過虛擬化實現了業務與硬件的解耦，具有超大規模、快速彈性部署、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴展性、可量化按需服務、服務泛在訪問、資源池化整合、廉價等特征，并得到高速發展，其特色是將所有服務器的計算、存儲、網絡等資源集中起來，運用虛擬化、動態遷移、自動化在內的諸多技術方法，整合已有資源，形成可以供用戶按需索取的資源池。云計算技術安全可靠的數據存儲和強大的計算服務能力對數字化校園的規劃和建設產生積極的影響，解決傳統數字化校園建設中的問題，優化資源配置及管理模式，推動教育資源的共建共享，方便師生快捷地獲取所需資源和服務，更高效地開展學習和科研工作。

2 基于SOA的數字化校園建設需求和應用規劃

經過前期建設，羅定職業技術學院校園網總出口帶寬為3Gbs公網和100Mbs教育科研網，信息點數10995個，核心設備數2個，匯聚設備數9個。為解決傳統建設中的問題，采用私有SOA構建方案進行建設和應用，實現硬件資源池化、分配動態化、在線擴展、應用遷移等功能;建設完整、統一的數字化校園云計算服務平臺。從頂層設計出發，數字化校園拓撲結構如圖1所示。

數字化校園服務平臺要實現對全部計算資源的共享與協作、管理及動態分配，全面推廣電子校務系統等深層次應用，形成以數字校園資源庫為核心、教學服務系統為主導，行政管理服務系統為促進，面向教學、科研和管理服務平臺，逐步實現以下目標：

（1）軟硬件解耦：基于SOA的數字化校園，設備層通過云計算虛擬化技術疏通了數據中心，服務器，存儲，網絡，數據和物理設備之間的緊耦合，將軟硬件進行分離，減少對數字化校園基礎設施的總成本投入，并提高其彈性和靈活性。

（2）人性化服務：數字校園的用戶能實現單點登錄和統一認證服務，快速接入訪問自己的業務系統，能定制自己的個性化門戶。

（3）快速動態擴展：面對快速增長的業務需求，數字校園平臺能夠快速部署新應用，并確保應用的持續性和更新，縮短工期時間。

（4）高可靠性：基于云計算的數字化校園服務器超載時，可基于虛擬化技術將超載服務器的資源和服務遷移到另一臺空閑服務器上，提高了服務的可靠性，消除安全隱患。

（5）增強安全性：數字化校園平臺在建設過程中應遵循安全同步設計，并使用新的風險管理方法，為用戶和服務系統提供全面的信息安全。

結合職業院校數字化校園建設規范，基于SOA的數字化校園架構如圖2所示。

基于SOA的數字化校園充分整合現有資源，實現資源的共享與協作，消除信息孤島，提供動態自適應的服務系統與集成機制，提高設備利用率和服務應用系統的可靠性、可用性。

3 羅定職業技術學院數字化校園應用建設與服務集成

數字化校園建設自2013年開始啟動，現有圖書館管理系統、教育財務管理系統、一卡通系統、教務管理系統、以及學院門戶網站等，各系統之間相對獨立，未實現數據集成與共享?；赟OA的數字校園，對應用系統集成進行規劃設計，擬定了《統一信息門戶平臺需求論證報告》和《數字化校園信息編碼標準》，為現有應用系統與新建業務系統進行集成，包括應用發布、數據和身份認證集成等。其中數據集成需要制定相應的數據標準，從現有系統中提取合格關鍵數據到統一的數據中心中;身份認證集成則按照數字化校園建設標準，實現現有系統與新建系統的統一的身份認證，并保留與后續建設系統的對接。

3.1 數字化校園應用系統設計

數字校園建設的目標是要提供更好地服務，并能根據業務進行擴張和裁剪。根據學校教學、管理、科研以及安全的具體要求，基于SOA的數字校園建設對現有業務系統和新業務系統進行集成和接入調試，采用分布式架構將服務劃分為用戶接入層、信息服務層、資源管理和服務支撐層、安全防護層。

用戶接入層的設計目標和性能主要是終端兼容性、數據安全性、用戶管控等，投入運行的服務系統有：統一身份認證系統、單點登錄系統、個性化門戶定制和VPN入口，是用戶進入數字化校園的門戶，并可以快捷、安全、可靠地訪問到各職能部門、業務機構所提供的應用服務，開展自己的數字校園業務。

信息服務層的設計目標和性能主要是滿足業務擴展、角色權限管控和流程柔性配置，根據業務流和數據流該層投入運行的系統有：OA平臺、制度文件管理系統、新聞發布管理系統、任務發布管理系統、郵件管理系統、圖書館管理系統、師資管理系統、教育財務管理系統、部門預算管理系統、工資查詢管理系統、學籍管理系統、教務管理系統、課程與培養方案管理系統、專業建設電子書、聽課管理系統、督導監控管理系統、學生評價管理系統、學工管理系統、就業與招聘管理、一卡通系統、資產管理系統、場地管理系統、后勤管理系統、學生社團管理系統、家長/學生手機版、教師手機版等。

資源管理和服務支撐層設計的目標是為信息服務層提供統一標準的數據資源接口，實現數據集成與共享，支持智能化的條件查詢、分析統計和圖形化顯示。該層投入運行的應用系統有校園資源規劃CRP包括共享數據中心）平臺、數據監控管理系統（指揮與監控）、后勤監控管理系統，能實時提供反映學校教學、管理、學工、科研等工作項目的分類查詢統計信息，為教學診改和領導決策提供支持。

安全防護層的設計目標是有效隔離、安全防御、安全服務和內部審計功能，需要在數字校園建設的網絡設計、組件開發、發布、運營、審計等環節同步實施，技術上可采用層次化的防護措施，包括物理安全、虛擬化安全、網絡及存儲安全、數據安全及身份和訪問安全等，包括日志審計、可信云計算、網絡隔離、數據隔離、用戶認證與角色授權等安全措施和技術手段。

3.2 數字化校園服務集成方案

針對學校的數字化校園建設現狀，將基于XML和Web Service技術的數據集成系統運用到實際中，解決各種業務系統異構數據集成問題，統一信息門戶平臺技術架構如圖3所示。

應用系統集成中進行的數據交互和協同功能主要通過消息路由器和一系列Web服務靜態客戶樁（Stub）程序組成。不同應用的服務以松散耦合的方式來完成集成，不用考慮彼此的位置和實現技術，只要服務的接口描述不變，服務的使用者和提供者雙方可自由演進而互不影響。對于基本用戶數據共享采用了虛擬數據庫中間表的方法，對于任何一張中間表的數據，應用集成系統擁有完全的讀寫權，同時及時地負責同步信息的最新版本;而外部系統對數據僅僅擁有標識字段的寫權限以及其他字段的讀權限。數字校園添加基本用戶信息時，根據角色進行分三大類（學生、教工、外來人員），并把對該數據的操作保存在相對應的學生、教工、外來人員的中間表中，供各應用系統的身份管理系統使用，中間表內保持業務數據的最新狀態，各應用系統的身份管理系統自行決定采用何種策略來保持同步，同步后會更新標識字段內容。一卡通系統通過對比數字校園中間表同步校內機構和用戶的數據及其狀態記錄。

3 結束語

本文對傳統數字化校園建設與應用現狀進行梳理，將面向服務架構SOA，層次化安全防護、虛擬化技術應用到單位的數字校園應用建設和服務集成中，采用SOA架構將數字校園各應用系統的服務集成由傳統模式轉變為基于標準協議對話模式，通過采用Web服務（Web Service）技術，將服務內部的實現細節封裝在SOAP/WSDL信息流之中，解決異構應用系統之間的信息交換和集成的難題，克服了結構復雜、兼容性差、廠商依賴性大的缺陷。

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