一種面向業務流程的異構系統集成平臺

吳 靖 李 清 劉永青

WU Jing1, LI Qing1, LIU Yong-qing2

（1. 清華大學 自動化系，北京 100084；2. 經緯紡織機械股份有限公司，北京 100125）

0 引言

隨著企業信息化技術的不斷發展，當前我國企業尤其是大型集團企業普遍面臨異構系統集成的三大難題：1）異構系統的互操作、2）跨域交互的安全性、3）集成方案的敏捷性。

SOA（面向服務架構）和Web服務技術提供了一種全新的應用集成模式和體系結構[1]，其松散耦合、技術無關和互操作的特點為異構系統的集成及未來隨需而變的信息系統的構建奠定了基礎[2]。近年來，眾多IT廠商紛紛致力于SOA落地的研究，大批商業產品應運而生。遺憾的是，這些產品過分關注推銷其新的開發環境，以替代原有的開發模式和技術，忽略了對企業已有IT投資的保護和利用，實施成本很高；另一方面，出于商業包裝和技術封鎖等原因，各廠商采用的相關技術（例如安全控制、服務管理、性能監控等）大都與自身平臺緊密綁定，對于已存在多種平臺的實際企業環境，卻沒有提供可行的解決方案。因此，目前的SOA產品雖然理念上是分布式的，但實質上與企業真正需要的跨平臺、跨計算機域的分布式結構，有著本質的區別，而集團企業所面臨的系統集成難題也沒有得到圓滿解決。

本文針對集團企業的特點和集成需求，構建了一套面向業務流程的異構系統集成平臺（BPO-P）。該平臺提供了跨互聯網的異構應用系統的集成策略、運行平臺和一組系統開發、維護的工具集，同時能夠很好的保護和繼承企業已有IT投資并提供良好的發展空間。本文將著重關注對服務跨域訪問控制、高效的服務注冊機制、通用的服務開發技術及增強IT系統敏捷性等關鍵技術的研究和實現。

1 BPO-P功能分析與總體設計

支持集團內部企業間系統集成和互操是BPO-P的首要目標，同時為增強其多平臺適應性和敏捷性，BPO-P將以中間件形式融入企業IT架構中，具備以下的功能和特點：

1）能夠支持異構的業務系統的跨域集成與互操作；

2）能夠有效監控通過互聯網進行的Web服務訪問，保證交互安全性；

3）能夠提供一種機制將非Web服務類功能組件封裝成為標準服務；

4）能夠提供一種方法將分布式部署的簡單功能Web服務進行編排，實現復雜的業務功能；

5）經封裝、編排生成的Web服務不依賴特定運行環境，能部署在不同的平臺上；

6）平臺本身能夠運行在不同環境（如操作系統、硬件設備、軟件平臺等）中，并能快速便捷地實現系統遷移和擴展。

基于上述考慮，BPO-P采用將一種典型的中心節點——子節點的星型分布式架構（如圖1），在實現上述目標的同時，還能很好的適應集團企業的組織架構和管理模式，實現企業空間分布，集中管理的效果。

圖1 BPO-P總體架構

BPO-P具有清晰的層次化結構，自頂向下可分為5層：

1）應用門戶層（Portal）：采用B/S架構實現，運行在普通應用服務器上，提供系統與終端用戶的交互接口。

2）系統管理層：提供用戶管理、權限分配、資源管理、登陸控制等系統級管理功能模塊。

3）功能組件層：提供支持BPO-P快速實施和正常運行的輔助工具和功能組件。服務訪問代理（SAA）提供Web服務跨域訪問時的安全保障；服務封裝模塊實現非服務功能模塊到Web服務組件的轉換；流程編排模塊將已有服務編排組合生成具有更復雜功能的流程服務；服務注冊管理模塊提供服務發布、WSDL自動解析、服務信息注冊維護等后臺功能組件。

4）平臺數據庫層：分系統數據庫和服務注冊中心兩部分。前者存儲平臺系統數據；后者是平臺服務注冊庫，存儲對象為具有業務功能的Web服務組件信息。

5）服務總線層[3]：提供Web服務的運行時環境以及服務管理、性能監控、事務處理等系統級功能，各種第三方應用服務器均可實現。按部署位置分為集團服務總線（CSB）和企業服務總線（ESB）兩級。總線上服務粒度的選擇要適中，粒度過細會導致復用程度增加影響總線效率，過粗則會使服務復用程度降低，缺乏通用性。

2 基于SAA的服務跨域訪問控制

目前單個企業的信息系統結構上相對獨立，安全功能完善，執行相同的WS-策略，可將其視為一個“安全域”[4]。但集團內成員企業間的應用集成需要進行跨域訪問，這種交互過程超出了原WS-策略的控制范圍，此時Web服務的開放性對SOA集成的安全策略提出了新的挑戰[5]。針對此問題BPO-P運用了一種基于SAA的跨域交互機制（如圖2）：

圖2 基于代理的Web服務跨域訪問機制

在每個成員企業域內設置一個SAA作為本域內服務對外交互的唯一通道。SAA由“輸入模塊”（Module_I）和“輸出模塊”（Module_O）兩部分組成：前者負責接收域外來訪的服務調用請求并進行轉發處理；后者功能則與之相反。所有服務與對應SAA的映射關系都會在平臺服務中心注冊。于是服務跨域交互控制可以分“域間認證、服務授權”兩步實現：1）進行跨域訪問的雙方通過SAA間身份認證機制判斷域間交互的合法性，2）認證通過后根據交互雙方的授權記錄進行服務級的訪問控制；從而大大降低實現方案的復雜性。以圖2中服務ik跨域調用jl為例：調用發起后首先SAA_i的Module_O得到ik的調用請求并通過注冊中心定位jl的代理SAA_j；然后兩SAA間通過KDC進行身份認證，認證完成后則與SAA_j的Module_I建立信道傳遞參數；第三步在SAA_j的Module_I查詢服務授權記錄判斷本次調用是否合法，然后采取相應的響應完成調用過程。

實現技術上，SAA認證機制采用了“安全/代價比”較為理想的Kerberos協議實現。Kerberos使用對稱密鑰加密算法實現通過可信第三方KDC（密鑰分發中心）的雙向認證功能[6]，具有穩定、高效的特點。服務授權環節的控制則通過檢索注冊中心存儲的服務授權列表來實現。另一方面，Kerberos協議還可以在SAA間建立起安全信道[6]，確保了數據傳輸級安全因此不需要企業再建立專門的數據傳輸鏈路（如VPN、企業專網等），有效節約了成本。

最后，本安全解決方案不僅能滿足集團企業跨域訪問控制的需求，還具有較強的獨立性和靈活性。SAA以標準Web服務形式實現，部署方式簡單。Kerberos也已在業界得到廣泛應用，擁有良好的穩定性和兼容性，受到多種操作系統環境的支持，可以方便地實現跨異構平臺的部署和互操作。

3 基于全局ID的服務注冊機制

在SOA領域，基于UDDI協議的服務注冊機制受到普遍關注，應用廣泛[7]。但考慮到集團企業內部對服務訪問安全性的強烈需求，UDDI不易與BPO-P的安全策略集成，同時也不能有效提高開發效率，所以采用私有架構來實現服務注冊是更好的選擇。平臺采用了一套基于全局ID的服務注冊機制：平臺內每個服務擁有全局唯一的ID，對應其一組注冊信息，服務調用過程中調用方只需掌握被調方的ID并動態地從注冊中心獲取其詳細信息如圖3所示。

圖3 基于全局ID的服務動態調用過程

與傳統UDDI注冊機制相比，本方案能夠更好的支持服務動態調用過程，將調用雙方有效地解耦，使系統表現出極大的松耦合性。例如由于SAA對其調用目標的不確定性，可以將每次調用目標服務的ID作為參數傳遞給它，由它自行獲取調用參數完成調用過程，而不必在其實現代碼中緊密綁定其所有可能的訪問目標；又或者由于某服務器遷移導致其上的服務要更改部署信息，也只需要更新服務的注冊信息（ID不變），無需改動調用它的上級流程服務或SAA，顯著提高了系統的可維護性和流程編排功能的敏捷性。

4 多平臺適應的服務開發技術

由于集團企業普遍經歷了長期的信息化建設歷程并進行了大量投資，如何在應用集成過程中繼承和充分利用企業已有IT資產，盡可能降低實施成本是企業決策者尤其關注的問題。BPO-P不僅作為運行平臺支持基于SOA的系統集成方案，同時還是一個集成開發環境，提供通用的服務開發方法和交互界面（如圖4），支持圖元拖拽、交互編輯、參數設置、固定代碼生成和服務自動部署等功能，極大簡化了企業人員的開發工作且具有很強的適應性和擴展性。

圖4 服務封裝(上)和流程編排工具(下)GUI

4.1 Web服務封裝

服務封裝技術是企業實施SOA的關鍵[8]，BPO-P提供了專門的輔助封裝工具，如圖4所示，引導企業人員快速完成遺留系統服務封裝工作。由于Java具有平臺無關性優勢及J2EE在業界占據主導地位，BPO-P選擇其作為封裝技術。服務封裝過程首先實現遺留系統Java封裝，形成具有業務功能的本地Java程序。同時，由于平臺采用基于SAA的特殊服務調用方式，Java封裝過程包含添加SAA處理邏輯（簡稱“封套”）的操作。

根據遺留系統功能組件實現方的式不同，Java封裝對象可分為兩類：一是已存在的標準Web服務，二是針對非服務類功能組件。對于前者，直接編寫本地Java應用程序實現對該服務的遠程調用并添加“封套”代碼；后者的封裝過程則需要分兩步實現：1）對遺留功能模塊進行Java封裝使其滿足JNI（Java本地接口）的調用規范（標準Java程序模塊則不需此步），2）開發本地Java程序調用該模塊并添加“封套”代碼。完成遺留系統Java封裝以后，通過標準Java打包部署過程就可以形成平臺標準的Web服務。

4.2 基于Java的流程編排

在SOA架構下，對已有Web 服務進行編排組合可以形成新業務流程服務。當業務流程發生變化時可以通過此方法快速改變流程結構，以適應新的業務需求。

目前在業務流程編排領域，業務流程執行語言（BPEL）已經成為了業界事實上的標準語言，得到眾多IT廠商的支持[9]。但是，BPEL流程服務運行需要特殊的執行引擎，尤其是商業編排工具為了商業包裝的目的更是把編排的流程服務與自身BPEL引擎緊密綁定，極大地限制了編排結果的適應性。同時，流程服務與原子服務分別部署在不同的運行平臺會大大增加服務總線的復雜度和實施成本。

BPO-P提供一種與自身架構相適應的流程編排工具，它支持圖形化的流程編排方法如圖4所示，并采用標準Java作為流程描述語言和編排結果，提高了在各種服務總線上的部署能力，相比BPEL更具通用性[10]。

在功能實現方面，該工具分為圖形化編輯、代碼自動轉換和服務部署三部分。圖形化編輯為編排人員提供直觀的流程模型繪制、服務調用、參數設置以及接口定義等界面；代碼自動轉換部分將前臺模型及存儲參數按特殊映射規則和數據結構轉換成結構化的Java代碼；服務部署過程則完成Java程序的打包發布。經上述操作產生的流程服務外部接口同標準服務一致，因此可以將其部署在統一平臺上，同時他們還可以被視為新的原子服務被編排進更高層次的流程服務中。而且經該工具編排的流程服務也內嵌了SAA訪問機制，也為跨企業、跨平臺的業務操作提供了安全保障。

4.3 多平臺適應的服務部署

BPO-P的服務封裝和流程編排工具都首先以Java作為輸出結果，再通過Ant技術進行打包部署。Ant作為Apache軟件基金會提供的一個基于Java的、將軟件編譯、測試、部署等步驟聯系在一起自動化執行的開源工具[11]，具有平臺無關、結構清晰、操作簡單、易于集成等特點。通過Ant命令能快速地將Java程序部署到當前被廣泛使用的各種服務總線上。在上述封裝和編排工具中都集成了Ant部署工具，從而使得封裝和編排結果能被自動打包部署到多種底層運行平臺，具有良好的通用性。

5 應用實例

BPO-P在經緯紡織機械股份有限公司進行了示范應用。經緯紡機在企業信息化領域起步較早，但隨著企業規模增大和業務領域拓展，目前該集團面臨營銷服務體系集成的迫切需求。本次工程則是為實現集團營銷數據集成自動化。

在此案例中，首先由各企業系統提供若干具有基礎數據服務功能的原子服務如圖5所示，然后總部通過服務編排形成具有完整功能的流程服務。同時為實現集成流程與原有系統的隔離，避免新功能對原系統的干擾，各平臺服務器上分別部署了相應的數據總線作為流程服務的數據操作區。基于此兩級數據總線結構，可將原子服務如圖5所示，編排成三個子流程服務，每個子流程完成數據的一級上傳和相應的去異構化，最終通過三個子流程編排形成具備完整功能的主流程服務。考慮到數據集成過程操作復雜，對服務的錯誤處理能力要求較高。本文通過監控里程碑執行狀態的方法進行優化：編排主流程服務時在流程關鍵點設置狀態記錄操作和流程啟動接口如圖5所示。當企業人員運行流程時，可通過日志監控流程執行情況，遇程序出錯中斷時則根據記錄選擇最接近的里程碑繼續運行流程服務，從而避免過多的冗余操作，提高效率。

圖5 營銷數據集成流程設計(上)與服務編排(下)

有了集成方案總體架構和詳細設計，BPO-P的結構化實施方法可以引導企業人員快速完成實施過程：

1）在總部和企業域內分別部署SAA并注冊到平臺。

2）企業IT人員根據原子服務定義完成原子級服務開發或封裝并部署到對應的ESB上。

3）總部流程編排人員根據流程服務設計編排相應的原子服務形成流程服務并部署到CSB上（服務部署時將自動生成相應操作頁面并隨注冊被一同發布到平臺Portal上）。

4）終端業務人員登陸到Portal，在權限范圍內完成相應的數據集成操作如圖6所示。

圖6 BPO-P營銷數據集成實施結果

6 結束語

集團型企業異構系統集成和跨企業協同是目前企業信息化領域的熱點問題，現有的成熟技術和商業產品并不能完全滿足企業的實際需求。針對此問題本文構建的面向業務流程的異構系統集成平臺具有以下特征：

1）提供了跨域的異構系統集成的運行環境，為SOA技術在集團企業的應用創造了條件。

2）實現了基于互聯網的、跨域服務訪問的安全機制，并將該機制與服務的開發、封裝、編排、部署、調用緊密結合，形成一套完整的分布式服務訪問安全體系。

3）提供結構化的實施方法和通用的輔助開發工具，具有快速部署特性，大大縮短集成實施周期。

4）以中間件形式實現，對原系統兼容性較高，有效保護和繼承了企業前期IT資產，降低集成實施成本。

5）部署條件簡單且能適應多平的環境，具有較高敏捷性和可擴展性，能夠滿足現代企業對應用系統的柔性需求。

綜上所述，BPO-P提供了完整的分布式異構系統集成方案，其可行性和實用性在實踐中得到驗證，有效支持了集團型企業基于互聯網的應用集成和企業協同目標。

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[6]MIT.Kerberos：The Network Authentication Protocol [E].http：//web.mit.edu/kerberos/www/index.html,2009.

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[9]T.ANDREWS,et.al.Business Process Execution Language for Web Services[S],Version 1.1.http：//www.oasis-open.org/.

[10]李燦強.基于業務模型的服務編排技術研究[D].北京：清華大學,2009.

[11]Ant[S].http：//www.apache.org/ant.