協(xié)同辦公平臺(tái)數(shù)據(jù)共享交換總線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳新松，裴倫鵬，郭孝彬，薛 松，成翌寧，袁海峰

（1.中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京 100007；2.中科軟科技股份有限公司，北京 100190）

0 引言

如何實(shí)現(xiàn)行政系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間松耦合的流程協(xié)同和數(shù)據(jù)共享[1]，是深度集成協(xié)同辦公平臺(tái)需要解決的核心問(wèn)題。因此，本文提出一種基于SOA（Service-Oriented Architecture）體系結(jié)構(gòu)[2]實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)總線，可以為各系統(tǒng)提供準(zhǔn)確、一致的數(shù)據(jù)，以此來(lái)滿(mǎn)足協(xié)同辦公平臺(tái)的數(shù)據(jù)協(xié)同需求。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.1 可靠的信息共享

數(shù)據(jù)交換總線是數(shù)據(jù)中心與其他應(yīng)用系統(tǒng)溝通的橋梁，也是進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的樞紐。總線的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)從各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗與整合，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化，為協(xié)同辦公平臺(tái)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。因此，為確保數(shù)據(jù)交換總線信息共享功能的完備性，總線的設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：

（1）支持各分支數(shù)據(jù)源的匯總以及按權(quán)限向各數(shù)據(jù)需求方分發(fā)數(shù)據(jù)。

（2）支持實(shí)時(shí)且按需進(jìn)行數(shù)據(jù)存取訪問(wèn)。

（3）支持對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換。

（4）支持進(jìn)行監(jiān)控管理，用戶(hù)權(quán)限管理，運(yùn)行日志查看，性能統(tǒng)計(jì)。

1.2 安全的數(shù)據(jù)交換

為實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換總線需要支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等基礎(chǔ)功能。此外，由于數(shù)據(jù)類(lèi)型不僅包含靜態(tài)基礎(chǔ)維護(hù)數(shù)據(jù)，還包含變化較大的動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)總線要包含數(shù)據(jù)按需查詢(xún)、實(shí)時(shí)或定時(shí)交換等功能。在保證數(shù)據(jù)傳輸安全性的方面，則需要通過(guò)身份驗(yàn)證、權(quán)限管理、加密算法、有效性、一致性、完整性等檢驗(yàn)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，總線的安全目標(biāo)如下：

（1）數(shù)據(jù)共享的訪問(wèn)方式支持身份驗(yàn)證與權(quán)限管理。

（2）支持可視化運(yùn)維、監(jiān)控與審計(jì)，確保數(shù)據(jù)交換安全性。

（3）具備負(fù)載均衡能力，支持多部門(mén)間的數(shù)據(jù)交換。

1.3 靈活的交換方式

協(xié)同辦公平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換需求多樣，包括對(duì)接口協(xié)議的需求、對(duì)交換策略的需求、對(duì)數(shù)據(jù)格式的需求、對(duì)數(shù)據(jù)安全的需求等，交換總線需支持不同的協(xié)議、不同的策略和不同的格式，以支持不同部門(mén)或系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換與協(xié)同。在交換接口方面，目標(biāo)如下：

（1）基于Web Services服務(wù)的方式用于部門(mén)與平臺(tái)間的實(shí)時(shí)交換。

（2）基于數(shù)據(jù)庫(kù)接口的方式用于內(nèi)部系統(tǒng)間實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)交換。

（3）基于文件交換的方式用于外部或內(nèi)部系統(tǒng)間非實(shí)時(shí)批量交換。

（4）支持用戶(hù)自己配置和管理相關(guān)的服務(wù)或定義接口。

2 總體架構(gòu)

2.1 總線架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)是協(xié)同辦公平臺(tái)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)的交換和共享是協(xié)同辦公平臺(tái)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間功能交互和業(yè)務(wù)協(xié)同的重要內(nèi)容和體現(xiàn)。協(xié)同辦公平臺(tái)數(shù)據(jù)共享交換總線的建設(shè)目標(biāo)是將分散建設(shè)的若干業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，通過(guò)數(shù)據(jù)共享交換總線在協(xié)同辦公平臺(tái)和各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間進(jìn)行信息傳輸與共享，提高數(shù)據(jù)資源的利用率，保證分布式異構(gòu)系統(tǒng)之間互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)規(guī)則的全集中，總體架構(gòu)圖如下圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)共享交換總線架構(gòu)圖

整個(gè)數(shù)據(jù)共享交換總線分為數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)服務(wù)兩部分。

2.1.1 數(shù)據(jù)交換

數(shù)據(jù)交換主要實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)的待辦數(shù)據(jù)、已辦數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)接口或中間庫(kù)的形式發(fā)送至數(shù)據(jù)共享交換總線中，對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行系列操作后將結(jié)果數(shù)據(jù)定時(shí)同步至數(shù)據(jù)服務(wù)。規(guī)范化后形成統(tǒng)一格式規(guī)劃的多個(gè)“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)”滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求。

2.1.2 數(shù)據(jù)服務(wù)

數(shù)據(jù)服務(wù)對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，形成人員、財(cái)務(wù)、固定資產(chǎn)等資產(chǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，對(duì)外提供按權(quán)限的數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制和服務(wù)，主要包括數(shù)據(jù)資產(chǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)兩部分。

2.2 總線功能設(shè)計(jì)

2.2.1 數(shù)據(jù)交換

（1）數(shù)據(jù)源管理

維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)交換時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)信息，在后續(xù)數(shù)據(jù)交換時(shí)可通過(guò)選擇性直接調(diào)用該處的數(shù)據(jù)源信息，包括數(shù)據(jù)源名稱(chēng)、數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型、節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)、更新時(shí)間、子數(shù)據(jù)源、操作等。

（2）交換任務(wù)管理

包含實(shí)時(shí)任務(wù)與定時(shí)任務(wù)兩種，滿(mǎn)足各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間通過(guò)注冊(cè)接口的形式配置路由任務(wù)，達(dá)到實(shí)時(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)推送交換，并支持推送給多個(gè)下游系統(tǒng)。只有當(dāng)源端和目的端數(shù)據(jù)交換時(shí)需要配置相關(guān)的交換任務(wù)才能交換，交換任務(wù)中明確說(shuō)明了兩個(gè)交換方、具體交換模式等信息，具體到表的交換以及是否壓縮、加密、映射關(guān)系等備注信息是在交換流程中完成配置。

（3）交換流程管理

交換流程用來(lái)詳細(xì)說(shuō)明數(shù)據(jù)交換的交換的需求、機(jī)制與細(xì)節(jié)，包括流程名稱(chēng)、歸屬任務(wù)、加密壓縮、有序交換、流程描述、設(shè)置發(fā)布接收、明確映射關(guān)系等內(nèi)容。

（4）運(yùn)行監(jiān)督管理

運(yùn)行監(jiān)控管理提供以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D形式查看平臺(tái)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的功能，并對(duì)異常節(jié)點(diǎn)的相關(guān)告警信息進(jìn)行展示。

（5）數(shù)據(jù)集成交換服務(wù)

數(shù)據(jù)集成交換服務(wù)作為數(shù)據(jù)交換平臺(tái)核心功能模塊，是數(shù)據(jù)采集與交互過(guò)程中必不可少的數(shù)據(jù)服務(wù)項(xiàng)，主要包括如下服務(wù)：

①數(shù)據(jù)抽取：從源系統(tǒng)抽取需要的源數(shù)據(jù)，需要考慮以下因素：準(zhǔn)入原則、類(lèi)別、源系統(tǒng)分布方式、時(shí)效性要求、抽取方式、抽取時(shí)間窗口、全增量抽取策略。

②數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化：對(duì)企業(yè)內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)綜合性應(yīng)用需求進(jìn)行分析，從而定義出一系列數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，反映至各個(gè)應(yīng)用所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，并能以XML結(jié)構(gòu)記錄。

③數(shù)據(jù)加工：包括增量對(duì)比、數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化三項(xiàng)。

增量比對(duì)：是指支持增量抽取與加載的處理方式，提供數(shù)據(jù)更新的時(shí)間點(diǎn)或周期。

數(shù)據(jù)篩選：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選的自定義功能，包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行列與行數(shù)據(jù)的篩選。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化：通過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范模型設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)整合方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的落地。

④數(shù)據(jù)安全：通過(guò)數(shù)據(jù)保護(hù)措施使得數(shù)據(jù)免遭未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)、使用、修改和刪除。

2.2.2 數(shù)據(jù)服務(wù)

（1）數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理

數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理內(nèi)容由框架到明細(xì)可以概括為三方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)庫(kù)管理、表單管理、字段管理，功能包括針對(duì)具有權(quán)限的用戶(hù)及維護(hù)人員在應(yīng)用系統(tǒng)上對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)、表單、字段的相關(guān)操作（刪除、停用、添加）等操作的管理，當(dāng)進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)需要填寫(xiě)詳細(xì)信息并校驗(yàn)，對(duì)不符合的信息發(fā)出告警提示。

（2）數(shù)據(jù)服務(wù)管理

數(shù)據(jù)服務(wù)管理包括服務(wù)注冊(cè)，運(yùn)行監(jiān)控、運(yùn)行日志及權(quán)限控制四部分內(nèi)容，服務(wù)注冊(cè)在線注冊(cè)功能，支持按照時(shí)間、對(duì)象、權(quán)限等提供服務(wù)；運(yùn)行監(jiān)控提供服務(wù)任務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；權(quán)限控制依托應(yīng)用支撐平臺(tái)統(tǒng)一權(quán)限管理實(shí)現(xiàn)，支持到字段級(jí)的權(quán)限控制。

2.3 總線接口設(shè)計(jì)

平臺(tái)的接口設(shè)計(jì)采用基于Web Services服務(wù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，用于各系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心間實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換和業(yè)務(wù)協(xié)同應(yīng)用。數(shù)據(jù)提供方定義公開(kāi)數(shù)據(jù)服務(wù)，以服務(wù)的形式封裝數(shù)據(jù)交換的內(nèi)容和協(xié)議，使用方調(diào)用數(shù)據(jù)提供方的公開(kāi)數(shù)據(jù)服務(wù)以獲取所需的數(shù)據(jù)，并按照規(guī)則更新本地?cái)?shù)據(jù)源。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)共享交換總線不僅能夠?qū)Ω髟聪到y(tǒng)中的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)予以集成處理，還能通過(guò)平臺(tái)中集成的各功能性組件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的路由適配與實(shí)時(shí)處理、服務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)服務(wù)，總線包括工具倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)路由、轉(zhuǎn)換引擎、配置中心、輔助功能等。為將數(shù)據(jù)共享交換總線在盡可能多的場(chǎng)景下適用，需要支持關(guān)系型結(jié)構(gòu)與非關(guān)系型結(jié)構(gòu)的信息數(shù)據(jù)的適配，因此在底層數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的選型上采用混合模型制，如下圖2所示。

圖2 總線實(shí)現(xiàn)框架圖

3.1 配置中心

配置中心主要包括語(yǔ)義定義、流程配置、路由配等功能。為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交換任務(wù)，選擇以“目標(biāo)地址”的形式注冊(cè)路由接口再配置路由。在實(shí)時(shí)任務(wù)結(jié)束后提供可出發(fā)新拉取接口的功能。

語(yǔ)義定義：語(yǔ)義定義配置了各種數(shù)據(jù)類(lèi)型相互轉(zhuǎn)換的取值規(guī)則。

流程配置：存在部分API接口需要調(diào)用多類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)適配層才能高效地完成此功能，應(yīng)完成API調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)適配層的順序。

路由配置：針對(duì)所有的API接口請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到各類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)適配層配置。

3.2 轉(zhuǎn)換引擎

轉(zhuǎn)換引擎包括標(biāo)準(zhǔn)模型、方言模型、轉(zhuǎn)換器。

標(biāo)準(zhǔn)模型：在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中設(shè)置中間模型完成關(guān)系數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換。

方言模型：方言模型主要應(yīng)用到各類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)適配層，各類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)適配層應(yīng)支持不同數(shù)據(jù)庫(kù)。

轉(zhuǎn)換器：根據(jù)語(yǔ)義定義及數(shù)據(jù)模型完成各數(shù)據(jù)模型間的轉(zhuǎn)換，為后續(xù)數(shù)據(jù)操作提供服務(wù)。

3.3 數(shù)據(jù)路由

數(shù)據(jù)路由是當(dāng)通過(guò)API調(diào)用進(jìn)入平臺(tái)后，當(dāng)前此請(qǐng)求應(yīng)轉(zhuǎn)化到對(duì)應(yīng)類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)適配層完成增刪改查的操作，并將適配層的結(jié)果返回給調(diào)用方。

元數(shù)據(jù)：元數(shù)據(jù)是指API接口與各類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)適配層的映射關(guān)系。

讀寫(xiě)路由：將API接口根據(jù)路由配置或元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到各類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)適配層。

調(diào)用鏈路：部分API接口可能需要調(diào)用多個(gè)類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)適配層才能高效地完成此功能。

3.4 工具倉(cāng)庫(kù)

工具倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)共享交換過(guò)程中形成的工具集：

批量導(dǎo)入：批量導(dǎo)入指的是將源數(shù)據(jù)表單類(lèi)數(shù)據(jù)批量轉(zhuǎn)換導(dǎo)入非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，建立存檔與關(guān)系集。

清洗整合：清洗整合工具能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)清洗的整合規(guī)則，篩掉不合規(guī)數(shù)據(jù)。

清洗規(guī)則：根據(jù)數(shù)據(jù)清洗過(guò)程收集的清洗規(guī)則。

數(shù)據(jù)抽取：數(shù)據(jù)抽取任務(wù)負(fù)責(zé)完成兩個(gè)數(shù)據(jù)源之間或同一個(gè)數(shù)據(jù)源內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換，分為異構(gòu)抽取和同構(gòu)抽取。

3.5 數(shù)據(jù)庫(kù)適配服務(wù)

數(shù)據(jù)庫(kù)適配服務(wù)主要針對(duì)同類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)的不同語(yǔ)法的支持，主要完成增刪改查等操作，確保高效完成數(shù)據(jù)庫(kù)交互數(shù)據(jù)的服務(wù)，包含各種數(shù)據(jù)庫(kù)并根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的語(yǔ)法類(lèi)型差異以及數(shù)據(jù)庫(kù)存在關(guān)鍵字差異完成數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)操作的適配。

3.6 分布式數(shù)據(jù)服務(wù)

中間層會(huì)根據(jù)調(diào)用的服務(wù)類(lèi)型自動(dòng)適應(yīng)不同的事務(wù)管理方式。采用最終一致性原則保證所有數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)保持一致，外部請(qǐng)求調(diào)用中間層時(shí)，組件層優(yōu)先確保關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)操作和非關(guān)系數(shù)據(jù)操作日志記錄成功。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與非關(guān)系數(shù)據(jù)操作日志操作采用TCC分布式事務(wù)確保事務(wù)一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)共享交換總線目前服務(wù)于十余個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)和分布式數(shù)據(jù)交換共享任務(wù)，支持集群化部署，通過(guò)運(yùn)行監(jiān)控和日志分析對(duì)實(shí)時(shí)或定時(shí)的數(shù)據(jù)交換請(qǐng)求響應(yīng)準(zhǔn)確，支持至少10個(gè)并發(fā)請(qǐng)求的響應(yīng)，支持實(shí)時(shí)與批量數(shù)據(jù)的均衡調(diào)度，對(duì)10萬(wàn)次以上的連續(xù)請(qǐng)求處理無(wú)故障。

運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)了有待優(yōu)化和改善的地方，主要體現(xiàn)在以下兩方面：

（1）對(duì)復(fù)雜關(guān)系的數(shù)據(jù)處理部分依賴(lài)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量增加時(shí)對(duì)服務(wù)器運(yùn)算性能要求較高，影響總線對(duì)復(fù)雜業(yè)務(wù)及深層數(shù)據(jù)處理的性能。后續(xù)需加強(qiáng)混合數(shù)據(jù)庫(kù)支持，強(qiáng)化圖數(shù)據(jù)庫(kù)存取和加工能力，引入多節(jié)點(diǎn)分布式運(yùn)算策略，支持多節(jié)點(diǎn)分布式運(yùn)算，提升運(yùn)算與查詢(xún)性能。

（2）數(shù)據(jù)交換對(duì)象主要還是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理較弱，不支持大數(shù)據(jù)平臺(tái)交換服務(wù)。后續(xù)會(huì)引入對(duì)結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)更多的處理組件和能力，自然語(yǔ)言處理，增強(qiáng)數(shù)據(jù)分析和解析能力，豐富服務(wù)對(duì)象。