基于Ｐｏｒｔａｌ的突發(fā)疾病綜合信息平臺與預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)的建設(shè)

摘要：整合科研單位的應(yīng)用資源和數(shù)據(jù)資源，提供可定制化的門戶界面、單一登錄方式來滿足緊迫的科研要求。介紹基于Portal和Web服務(wù)的信息門戶的基本設(shè)計和初步實現(xiàn)，這個方案可以用于大規(guī)模科研信息資源的整合和發(fā)布。

關(guān)鍵詞：門戶；Web服務(wù)；遠程Portlet Web服務(wù)；整合

中圖分類號：TP393文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1001－3695(2007)07－0279－04

0引言

禽流感（Avian Influenza，AI）是一種急性、高度接觸性的禽類傳染病，被世界衛(wèi)生組織（OIE）列為A類傳染病。我國政府也將其列為一類動物疫病。更為嚴重的是， 2003—2004年間相繼又有H5N1、H7N7亞型流感病毒感染人并引起死亡。因此，禽流感預(yù)防與人類的生命健康直接相關(guān)，具有非常重要的公共意義。為了有效地防止目前高致病禽流感在我國迅速蔓延，我國有必要建立一套有效的、完善的突發(fā)疾病綜合信息與預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，對禽流感這些重大突發(fā)性動物疫病進行預(yù)防、診斷、監(jiān)測及信息的收集處理和呈報，以便及時對疫病作出反饋，進而達到預(yù)防和控制重大突發(fā)性動物疫病的目的，為人類的健康作出貢獻。

鑒于此，由中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心、中國科學(xué)院動物研究所、中國科學(xué)院武漢病毒研究所和中國科學(xué)院微生物研究所四個單位聯(lián)合開發(fā)了禽流感等突發(fā)疾病綜合信息平臺與預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)[1]。由于四個科研單位協(xié)同完成禽流感綜合信息平臺的開發(fā)，產(chǎn)生以下幾個問題：

（1）合作科研單位的地理分布廣，各單位的開發(fā)環(huán)境、開發(fā)水平區(qū)別很大。因此，要求采用獨立于開發(fā)環(huán)境和開發(fā)語言的方式集成已有應(yīng)用和已有數(shù)據(jù)。

（2）把各科研單位開發(fā)的應(yīng)用和數(shù)據(jù)集中在一個門戶上，從而避免科研工作者分別登錄各系統(tǒng)的麻煩。

（3）信息門戶的安全和管理問題。

鑒于以上問題。在應(yīng)用整合方面，采用的做法是把已有應(yīng)用封裝成Web服務(wù)，然后通過Portlet封裝本地Web服務(wù)、遠程Web服務(wù)，或依照WSRP規(guī)則來調(diào)用遠方Portlet。在Portal框架中集成Portlet。在數(shù)據(jù)集成方面，用XML作為數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，通過Web服務(wù)把數(shù)據(jù)集成到信息門戶。這種解決方式的好處如下：

（1）靈活性，科研人員可根據(jù)自己的需求定制個性化門戶。

（2）方便性和安全性，單點登錄，方便系統(tǒng)管理員管理。

（3）經(jīng)濟性和兼容性，可無縫集成已有應(yīng)用和已有數(shù)據(jù)，節(jié)省成本的同時提高開發(fā)速度。

本文描述了基于門戶的禽流感綜合信息平臺的設(shè)計和初步實現(xiàn)。

1信息門戶介紹

禽流感綜合信息門戶包括禽流感數(shù)據(jù)資源建設(shè)、集成整合禽流感基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、禽流感病原流行病學(xué)與生態(tài)學(xué)調(diào)查與研究、禽流感的生物信息學(xué)綜合分析、禽流感預(yù)警預(yù)報、禽流感協(xié)同科研網(wǎng)格和禽流感信息對外發(fā)布等功能模塊。各模塊功能介紹：

（1）項目介紹。介紹本項目概述、研究內(nèi)容和合作單位的信息及相關(guān)鏈接。

（2）數(shù)據(jù)規(guī)范。介紹禽流感信息門戶的數(shù)據(jù)規(guī)范并提供下載，如圖1所示。

(3)數(shù)據(jù)錄入和查詢。提供向數(shù)據(jù)庫中錄入數(shù)據(jù)和對某些數(shù)據(jù)查詢的統(tǒng)一入口。

(4)數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。基于DAS（Data Access System，科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)格數(shù)據(jù)訪問服務(wù)系統(tǒng)軟件。它是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的服務(wù)化封裝工具，該系統(tǒng)以統(tǒng)一的網(wǎng)格服務(wù)接口訪問多種異構(gòu)數(shù)據(jù)，為進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成奠定基礎(chǔ)）的基礎(chǔ)上，提供對各種異構(gòu)數(shù)據(jù)訪問、查詢的接口。

(5)生物信息學(xué)綜合分析系統(tǒng)。為病毒基因組學(xué)的分析和病毒蛋白組學(xué)與跨種族傳播分析提供訪問入口。

(6)協(xié)同環(huán)境。為各科研單位提供協(xié)同工作通信工具的訪問入口。這個協(xié)同環(huán)境包括禽流感綜合信息平臺WIKI、禽流感應(yīng)用BBS、禽流感應(yīng)用項目郵件列表、禽流感應(yīng)用FTP。

(7)對外發(fā)布。提供禽流感信息對外發(fā)布系統(tǒng)網(wǎng)站的入口。

(8)成果。展示禽流感研究中所取得的成果。

2應(yīng)用和數(shù)據(jù)的整合方法

信息門戶的目的是整合各科研單位的應(yīng)用資源和數(shù)據(jù)資源，把這些信息資源整合到一個門戶中，供科研人員可定制的操作和瀏覽。本系統(tǒng)分為三個層次，如圖2所示。

(1)資源層是各研究所提供的信息資源。包括本地的應(yīng)用資源、遠程的應(yīng)用資源、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

(2)信息集成層為本門戶實現(xiàn)資源整合提供構(gòu)件。包括本地和遠程應(yīng)用集成構(gòu)件、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集成構(gòu)件。同時還提供對整合資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一授權(quán)、門戶的統(tǒng)一訪問。

(3)展現(xiàn)層是把集成的信息資源以門戶形式展現(xiàn)給用戶的最外層。該層只處理如何顯示信息、統(tǒng)一視圖管理，使用戶可以根據(jù)自己的需要定制個性化的輸出。

在這個框架中，各科研單位的所有信息資源都屬于后端資源層。在信息集成層中的集成構(gòu)件根據(jù)后端資源層的信息資源類型，采用不同的集成構(gòu)件進行集成處理，最后傳遞給前端的展示層。用戶單點登錄后就可以根據(jù)自己的需要來制定個性化的Portlet。下面介紹信息集成層如何實現(xiàn)。

(1)本地應(yīng)用的集成

Portlet的功能在本地門戶服務(wù)器上實現(xiàn)，在本地門戶服務(wù)器上運行。本地Portlet的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

本地應(yīng)用集成構(gòu)件處理科研人員的Servlet請求按如下順序：

①如果請求的是封裝HTML或JSP的Portlet，直接返回響應(yīng)片斷給Portal，在相應(yīng)Portlet中生成HTML。

②如果請求的是封裝Web服務(wù)的Portlet，Portlet首先會調(diào)用SOAP代理對象。該代理把請求參數(shù)排列成與程序設(shè)計語言無關(guān)的SOAP請求，再把該請求發(fā)送到本地的Web服務(wù)；本地Web服務(wù)接收到SOAP請求后對SOAP請求進行拆包，將請求參數(shù)還原，并根據(jù)這些參數(shù)來調(diào)用本地Web服務(wù)，完成服務(wù)請求。當(dāng)服務(wù)返回結(jié)果后，SOAP封裝器把結(jié)果封裝成同樣與程序語言無關(guān)的SOAP響應(yīng)，并且送回給SOAP代理。SOAP代理把返回的結(jié)果數(shù)據(jù)進行拆包，把相關(guān)片段送給調(diào)用它的Portlet，然后在門戶的相應(yīng)位置生成HTML。

本地應(yīng)用集成的實現(xiàn)方法是把本地Portlet打包為Web應(yīng)用部署到門戶上。具體實現(xiàn)步驟為：

①創(chuàng)建源文件。源文件包括JSP文件和相對的Java類文件。JSP文件是要在Portlet中顯示的內(nèi)容；Java類文件用來指定相對的JSP文件。

②配置Web.xml。配置步驟與配置一般的Servlet相同。

③配置Portlet的描述文件Portlet.xml。定義關(guān)于Portlet的別名、對應(yīng)的Servlet以及顯示方式、權(quán)限設(shè)置等屬性。

④打包為Web應(yīng)用。例如禽流感信息門戶的介紹性Portlet被打包成名稱為birdfluPortlets.war的Web應(yīng)用。

⑤通過Portal管理界面來加載Portlet，制定相關(guān)的屬性。

(2)遠程應(yīng)用的集成

按照WSRP(Web Service for Remote Porlets)標(biāo)準(zhǔn)集成遠程Portlet的原因是Web服務(wù)提供了重用后端服務(wù)的能力。WSRP是一項展示層的技術(shù)，能重用整個用戶接口，即當(dāng)重用某個Web服務(wù)時，還需要開發(fā)相應(yīng)的Portlet并且部署這個Portlet，這將很麻煩。但是當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個有用的Portlet時，只需簡單的操作就可以把這個Portlet集成到用戶的Portal。用戶不需要做任何編碼和部署工作，也不需要了解任何WSRP的知識，甚至不需要知道這個Portlet實際上是遠程的，只需要知道有一個可用的Portlet目錄，可以從中挑選需要的Portlet，然后集成到自己的Portal中即可。

遠程應(yīng)用集成有兩種情況：①功能在遠程機器上實現(xiàn)，并且封裝成Web服務(wù)，通過本地Portlet Proxy來訪問遠程Web服務(wù)，信息的請求和應(yīng)答通過SOAP來封裝。②遠程服務(wù)器已經(jīng)部署好Portlet。這種Portlet是遠程Portlet，Portlet Proxy 通過WSRP協(xié)議直接訪問。情況①與本地應(yīng)用的集成基本上一樣，所以不再說明。下面介紹依照WSRP標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用遠程Portlet。

信息門戶的遠程應(yīng)用集成構(gòu)件定義了三種角色，分別是WSRP生產(chǎn)者、WSRP Portlet、WSRP消費者。WSRP生產(chǎn)者是一種Web服務(wù)，提供了一個或多個Portlet，而且定義了四個接口即服務(wù)描述接口、片段接口、注冊接口、Portlet管理接口，它們定義了WSRP消費者可調(diào)用WSRP Portlet的方法。WSRP生產(chǎn)者可以提供一個Portlet或者一個用來管理和運行多個Portlet的容器。每個WSRP生產(chǎn)者都用WSDL文件來描述。WSRP Portlet是各科研單位開發(fā)的Portlet，它們是即插即用的，在WSRP生產(chǎn)者內(nèi)部。因為WSRP Portlet不是Web服務(wù)，不能被直接調(diào)用，必須通過WSRP生產(chǎn)者接口提供的方法來調(diào)用。WSRP消費者是信息平臺門戶，是Web服務(wù)的客戶端。門戶通過Portlet Proxy 來調(diào)用WSRP生產(chǎn)者提供的WSRP Portlet，將得到的WSRP Portlet片斷集成在某個Portlet頁面中提供給最終用戶使用。調(diào)用WSRP Portlet就像調(diào)用本地Portlet一樣。

信息門戶的遠程應(yīng)用集成構(gòu)件工作過程如圖4所示。

首先，各科研單位開發(fā)出各自的Portlet，通過設(shè)置WSRP生產(chǎn)者把這些WSRP Portlet公開。這樣WSRP Portlet可以共用。然后把WSRP Portlet發(fā)布到一個集中的UDDI注冊中心，由UDDI公布這些WSRP生產(chǎn)者的服務(wù)接口。同時，其他科研單位正在為自己的門戶尋找合適的Portlet。他們使用門戶提供的工具來查找WSRP Portlet，一旦發(fā)現(xiàn)需要的Portlet，就可以很容易地把WSRP Portlet添加到自己的門戶上。這個過程基本不需要編程，只需要進行簡單配置就可以；或者門戶管理員在搜索UDDI注冊中心后把找到的WSRP Portlet像本地Portlet一樣注冊在自己的門戶中，提供給最終用戶使用。最后，當(dāng)最終用戶訪問添加了WSRP Portlet的頁面時，門戶把Web服務(wù)請求傳給遠程的WSRP Portlet，然后把WSRP Portlet返回的片段集成在本地Portal中。

(3)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集成

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是各種關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括各種文本、網(wǎng)頁、圖像和媒體等。參加禽流感信息門戶建設(shè)的四個單位，每個單位都有豐富的數(shù)據(jù)資源。這些數(shù)據(jù)資源包括結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，本文稱這些數(shù)據(jù)資源為信息孤島。如何把這些數(shù)據(jù)集成起來，讓科研工作者可以通過禽流感信息門戶這個單一的入口訪問所有后臺的、異構(gòu)的數(shù)據(jù)資源十分重要。本文用信息門戶作為展示層，以Web服務(wù)和XML為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)集成構(gòu)件為后臺來實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。不論是異構(gòu)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫、文本文件、視頻和音頻的二進制文件，都通過統(tǒng)一的接口轉(zhuǎn)換成XML格式的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)集成構(gòu)件；然后XML格式的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)集成構(gòu)件送到信息門戶。數(shù)據(jù)集成構(gòu)件的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

數(shù)據(jù)集成構(gòu)件是實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換的中心，它通過標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)為每個科研單位提供服務(wù)。每個科研單位只需要與數(shù)據(jù)集成構(gòu)件通過Web服務(wù)進行交互，并通過XML格式的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。因此數(shù)據(jù)集成構(gòu)件就像一個虛擬數(shù)據(jù)中心，整個數(shù)據(jù)共享和交換的底層實現(xiàn)對各個科研單位是透明的。各科研單位把各種數(shù)據(jù)以XML格式傳給數(shù)據(jù)集成構(gòu)件；數(shù)據(jù)集成構(gòu)件再以XML格式把數(shù)據(jù)發(fā)布到信息門戶。數(shù)據(jù)集成構(gòu)件采用Web服務(wù)技術(shù)對數(shù)據(jù)進行包裝，把門戶的數(shù)據(jù)展示和需求都看做是一種服務(wù)。通過服務(wù)的請求和調(diào)用實現(xiàn)各科研單位的數(shù)據(jù)交換和共享。

各個科研單位提供的數(shù)據(jù)并不需要復(fù)制到數(shù)據(jù)集成構(gòu)件的中心數(shù)據(jù)庫，而是以Web服務(wù)的形式發(fā)布出來。只有當(dāng)信息門戶或科研單位發(fā)出服務(wù)請求時，數(shù)據(jù)才從科研單位的數(shù)據(jù)庫中以XML格式傳給信息門戶或其他科研單位。這樣信息門戶或其他科研單位得到的數(shù)據(jù)永遠是最新的。

當(dāng)其他科研單位中的數(shù)據(jù)格式變化或增加新數(shù)據(jù)時，只需要以新的Web服務(wù)發(fā)布出來，信息門戶和其他科研單位就可以獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)集成構(gòu)件、信息門戶和其他科研單位都不需要作任何改動。這樣降低了信息門戶和各科研單位的耦合性。

數(shù)據(jù)集成構(gòu)件還能保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。當(dāng)門戶或其他科研單位申請進行數(shù)據(jù)查詢或數(shù)據(jù)更新時，數(shù)據(jù)集成構(gòu)件中的權(quán)限管理可以進行訪問控制。

本信息門戶可以集成各種應(yīng)用和異構(gòu)的數(shù)據(jù)資源。禽流感信息門戶的系統(tǒng)框架如圖6所示。

（1）應(yīng)用集成。可以通過本地Portlet集成本地的HTML、JSP、本地Web服務(wù)、遠程Web服務(wù)。

（2）數(shù)據(jù)集成。各科研單位以Web服務(wù)的手段，依照XML數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)把異構(gòu)數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)集成構(gòu)件；數(shù)據(jù)集成構(gòu)件也是以Web服務(wù)的手段，依照XML數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)把數(shù)據(jù)發(fā)送到信息門戶。

3國內(nèi)外相關(guān)工作

(1)SOA(Service－Oriented Architecture，面向服務(wù)的體系框架）是一個組件模型。它將應(yīng)用程序分成不同的功能單元（component），把這些功能單元封裝成Web服務(wù)，通過這些服務(wù)之間定義良好的接口將這些服務(wù)組合起來。接口采用中立的方式定義，可以不用考慮服務(wù)的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)語言等問題。但是SOA僅做到后臺Web服務(wù)的重用，并沒有做到展現(xiàn)層的復(fù)用，所以使用SOA的思想可以滿足本信息平臺的一部分需求。

(2)WSRP，一個定義了如何利用基于 SOAP 的 Web 服務(wù)在門戶應(yīng)用程序中生成標(biāo)記片斷的規(guī)范。通過定義一組公共接口，WSRP 允許門戶在它們的頁面中顯示遠程運行的 Portlet，而不需要門戶開發(fā)人員進行任何編程。對于最終用戶，這些Portlet與運行在本地門戶上一樣；但是實際上這些Portlet來自于遠程運行的Portlet容器，并且交互是通過 SOAP 消息交換來實現(xiàn)的。在面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)中利用 WSRP 將是一個強大的組合，從而使面向呈現(xiàn)的Portlet應(yīng)用程序可以被發(fā)現(xiàn)并重用而不用任何額外的開發(fā)和部署活動。本信息門戶的數(shù)據(jù)集成構(gòu)件主要是采用WSRP規(guī)則。

(3)Portal技術(shù)是基于應(yīng)用層和表示層的集成方案。其核心門戶構(gòu)件Portlet是一種以Java技術(shù)為基礎(chǔ)的Web組件，它運行于門戶服務(wù)器的Portlet容器（Portlet container）中。從用戶界面上來看，用戶訪問的門戶網(wǎng)頁上展現(xiàn)的內(nèi)容可以劃分為各個Portlet區(qū)域。每個Portlet區(qū)域所展現(xiàn)的內(nèi)容是相互獨立的，可以根據(jù)需要定制要顯示的具體內(nèi)容，也可以關(guān)閉。現(xiàn)在提供商用Portal框架的公司很多，如IBM、微軟、Oracle等公司都開發(fā)Portal框架；也存在很多開源Portal框架，如Pluto、Life－ray、eXo、JetSpeed等，這些框架各有利弊，可以根據(jù)具體需求來選擇合適的框架。

4結(jié)束語

本文提出了基于Portal和Web服務(wù)的信息門戶的基本框架，描述了禽流感信息門戶的設(shè)計和初步實現(xiàn)。基于Portal的禽流感信息門戶通過Web服務(wù)、XML標(biāo)準(zhǔn)化、Portlet化實現(xiàn)了對已有應(yīng)用和已有數(shù)據(jù)的集成。它使得科研工作者可以通過禽流感信息門戶單點登入這個協(xié)同工作系統(tǒng)，給科研工作帶來了更大的方便性和安全性，能夠更好地應(yīng)對各種突發(fā)性疾病的預(yù)警要求。

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文”