數字校園中的數據交換平臺設計

劉永亮，張衛紅

（1.海軍工程大學教育技術中心，武漢，430033； 2.海軍工程大學管理工程系，武漢，430033）

數字校園中的數據交換平臺設計

劉永亮1，張衛紅2

（1.海軍工程大學教育技術中心，武漢，430033； 2.海軍工程大學管理工程系，武漢，430033）

數字化校園建設是一個復雜的系統工程，面對的一個現實問題就是需要在不同業務系統之間實現數據集成與交換。本文基于海軍工程大學網絡綜合應用平臺項目的建設經驗，提出了數字校園數據交換平臺的體系結構，并對應用適配器、數據交換引擎、Web服務器等關鍵技術進行了設計和實現。

數據交換；數字校園；SOA架構

Abstract:Digital Campus Construction is a complex systems engineering. One of the practical problems to be faced is that it needs to implement Data Integration and Switching among different businesses. Based on the construction experience from the Integrated Application Platform Project of the Naval University, this paper proposed the Architecture of the Digital Campus Data Switching Platform, and then designed and implemented the key technologies including Application Adaptor, Data Switching Engine and Web Server etc.

Key words:Data Switching; Digital Campus; SOA Architecture

1.引言

在數字校園建設過程中，必然會面臨的一類問題是：學校不同部門間已經存在異構的業務系統，其數據組織和存儲結構各不相同，且彼此獨立，不能直接共享數據，形成“信息孤島”。因此，必須采用一種新的技術，來解決不同數據源、不同格式的數據交換問題，即建立數字校園軟件體系的基礎平臺——數據交換平臺。通過數據交換平臺，各業務系統可以直接提供并獲取共享數據，從而解決“信息孤島”問題。

2.數據交換平臺設計總述

數據交換平臺是數字校園的核心技術支撐平臺，是整個系統的信息傳輸、信息交換總線。通過數據交換平臺將各業務系統數據庫中需要集成的數據自動上傳到數據中心的基礎數據庫中，并按各業務系統的訂閱需求將共享數據分發到各業務系統，從而實現數據的統一集成和標準化，為提供數據的綜合查詢、統計分析奠定數據基礎。同時，保留各業務系統的原有數據庫，又確保了各業務系統的完整性。

數據交換平臺的設計目標是在基礎共享數據庫和各業務系統之間進行交換數據，提供一致的可擴展的數據交換模式，從而實現全校異構數據的集成。

數據交換平臺的設計還應依據以下幾條具體原則：

1.遵循統一的數據交換標準

數據交換平臺的目的是在數據中心和各業務部門等原有業務系統之間交換數據。由于各原有系統的技術構架不同，信息的表示也各不相同。要在這些不同的系統之間交換數據，首要的問題就是定義一種標準的數據格式及數據交換的規范，以方便實現不同硬件平臺、不同操作系統平臺、不同語言平臺應用之間的平滑通信。

2.支持異構系統、異構數據庫的交互及數據存取

數據交換首先涉及到如何與各級部門、各異構系統及其異構數據庫進行交互，實現數據的存取，能夠對各級部門、各業務系統的數據庫定義數據抽取規則，從而實現自動地從各級部門的數據庫或相應業務系統中抽取共享數據庫所需的數據。

數據存取的需求具體可歸納為：

（1）支持多種異構數據庫，如勝流的關系型數據庫包括: Oracle、SQLServer、DB2、Sybase等；

（2）支持多種虛擬文件系統，并可定制開發擴展；

（3） 能夠集成各種異構的業務系統，通過接口實現與應用的交互，完成數據的存取，如Webservice接口、文本型數據庫接口等。

3.支持靈活的數據交換方式，支持跨平臺、跨多種網絡模式的分布式數據交換

根據不同部門的情況，對于不同類型的數據有不同的更新要求，可分別靈活采取多種數據上傳的方式，比如，對于信息變更頻繁的數據，能夠實現實時更新；而對校園中變動不是很頻繁的數據，如人事數據、設備數據，則實現定時更新，如可定義每日上傳一次，或每周一次。對于數據上傳的時間，也可靈活定義，如為了避開網絡高峰，減少對系統的影響，可定義在晚間及凌晨等系統和網絡均比較“空閑”的時候來進行數據的同步。

4. 能夠對交換數據進行驗證和質量控制

平臺需要能夠適應各系統數據內容和格式的變化，提供可視化的轉換配置界面，并實現各系統數據與中心標準數據之間靈活的轉換，能夠根據一定的規則，進行數據驗證，驗證數據是否符合入庫要求，提供完善的日志，支持對敏感數據進行加密傳輸等。

3.數據交換平臺體系結構設計

數據交換平臺在數字校園體系之中處于支撐核心地位，需要交換應用系統中的數據。數據交換平臺總體上包括4個部分：應用適配器、數據交換引擎、Web服務器和安全管理體系。體系結構如圖1。

圖2 適配器模型

數據交換引擎是集成不同應用系統的基礎。通過數據交換引擎，不同應用系統之間形成松耦合連接，實現信息轉換和信息訂閱/發布等功能。應用適配器系統是指可以與具體應用系統便捷連接的模塊化軟件，主要解決應用系統與數據交換引擎之間的連接與信息交換等問題，實現數據的提取、加密等功能。Web服務器存儲數據交換過程中的各種數據模式，并管理數據交換平臺向綜合應用層所能提供的Web服務。安全管理體系是指將安全貫穿于數據交換平臺的研究和設計當中，并管理數據交換平臺的日志、異常檢測等功能，建立安全可靠的數據交換，保證安全的數據傳輸，輔助數據交換的正常運行。

4.關鍵技術設計

4.1 應用適配器設計

應用適配器的設計是基于客戶端/服務器（C/S）模式的，業務端相當于客戶端，服務器端是在適配器中實現的，數據庫的訪問過程是通過客戶端和服務器間交互操作來實現的，客戶端向服務器端發送數據訪問請求，服務器接受請求并通過調用數據庫訪問接口完成請求處理，并將處理結果返回客戶端。適配器的實現原理如圖2所示。

我們設計了3層的適配器模型，分別為數據層、功能層、表示層。

數據層主要實現數據的存儲管理，一般由后臺數據庫系統實現，存儲的數據可以由各種數據源構成。目前海軍工程大學主要為Oracle和SQL 2005兩類數據庫，包括人員基礎信息數據庫、一卡通基礎數據庫、以及各類業務系統數據庫。

功能層通過.NET平臺ADO.NET與數據庫建立連接，實現數據的訪問和操作，并將數據通過XML生成器轉換為XML文檔，利用XML開放的、基于文本的格式，可以將它通過HTTP像HTML一樣傳送并實現系統的業務規則，同時完成對XML格式數據的處理。

表示層接收XML描述的數據，能夠用多種方式進行顯示。XML定義的數據其顯示與內容是分開的，因此允許對同一數據指定不同的顯示方式，使數據更合理地表現出來。

4.2 數據交換引擎設計

數據交換引擎相當于一個信息總線，各種應用系統通過適配器接入數據交換引擎，在此完成數據的轉換和傳輸等功能。

作為數據交換引擎的工作基礎，首先必須制定數據交換平臺的信息存儲標準。該標準包括基礎編碼標準及各類應用信息的數據格式標準兩大類。建立數據交換平臺數據存儲標準的目的是建立異構系統數據交換的中間標準，數據交換平臺以標準定義的基礎編碼及數據格式存儲數據。在進行數據交換時，需要在平臺存儲的標準數據與數字校園應用系統的數據之間進行數據轉換。

圖3 數據交換引擎工作原理

為實現上述數據轉換，在每個數字校園應用系統接入數據交換平臺時，首先需要進行數據映射配置，即針對每一種基礎編碼及應用信息，進行應用系統現有基礎編碼及數據格式與平臺標準的基礎編碼與數據格式之間的映射關系設置。數據交換引擎工作原理如圖3。

由數據交換引擎工作原理圖可以看到，引擎的數據處理流程如下：

1.接收作為信息發送方的應用系統信息經應用適配器上傳到數據交換平臺的數據；

2.根據針對信息發送方應用系統的相關數據映射配置信息，將接收到的數據轉換為基于平臺數據存儲標準的數據；

3.將轉換后的數據存儲到平臺的標準數據庫中；

4.根據平臺已設置的數據推送方式，啟動數據推送；

5.從平臺的標準數據庫中讀取需要推送的數據，根據針對信息接收方業務信息系統的相關數據映射配置信息，對基于平臺存儲標準的數據進行數據格式及基礎編碼轉換；

6.將轉換后的數據經Web服務器推送到信息接收方業務信息系統中。

數據上傳和推送接口均采用WebService技術實現。WebService是目前被廣泛使用的一項功能強大、技術成熟的分布式應用技術，具有良好的技術開放性及互操作性，支持跨操作系統、跨開發平臺、跨編程語言的分布式應用開發。

4.3 Web服務器的設計

Web服務器用來管理數據交換平臺所能提供給各個業務端的所有服務。數據交換平臺和業務端通過SOAP協議交互。適配器與業務端數據源之間的連接需要數據庫連接服務、關系數據庫與XML文檔轉換服務等，應用適配器所含的若干個組件以及數據交換引擎對外提供的信息也都屬于Web服務，需要Web服務器來協調和管理。

Web服務器對服務的管理包括發布服務、服務請求、服務查找等。服務發布者將數據交換平臺某個組件所能提供的服務發布到注冊中心。服務請求者需要某個服務時，通過服務代理系統的搜索引擎在注冊中心查找服務，發現該服務后響應服務請求者。

Web服務器采用SOA （Service-oriented architecture，面向服務的架構）技術，通過將系統的各組件單元進行服務封裝，并定義服務間的接口和契約構建整個系統。通過應用SOA架構，可實現平臺系統各組件間的松耦合，提高系統的可復用性及可擴展性。

5.結束語

本文所述的數字校園數據交換平臺是海軍工程大學近兩年來數字化校園建設實踐的總結。數據交換平臺作為數字化校園基礎支撐平臺，有效地消除了校園“信息孤島”，保留了學校之前應用系統建設的投資。目前海軍工程大學的“網絡綜合應用平臺”正成為數字化校園軟件體系的核心，為今后的建設打下了很好的基礎。

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