（教育技术学专业论文）校园网区域集成服务器集群负载均衡问题研究.pdf

内容：摘要当前，基于校园网的应用集成管理模式已成为教育管理信息系统发展的主流，而校园网上运行的教育教学软件之间的互操作性差、应用集成水平较低，无法实现校内信息的共享与交流。为解决这一问题，本文将企业应用集成的概念和技术运用到解决校园网“信息孤岛”实际问题当中，通过分析校园网的缺陷与不足，借鉴教育管理信息系统互操作规范，提出利用青鸟区域集成服务器改造校园网的解决方案。在研究、：构建教育管理信息系统互操作框架的过程中我们发现，随着框架中区域和区域集成服务器数目的增加、系统规模和通信数据的增大，有必要在搭建e m i f 区域区域集成服务器的过程中，利用负载均衡集群技术增强区域集成服务器的处理能力。为了增强区域集成服务器负载均衡集群的性能，我们引入任务权值、负载阈值等概念，采用以任务分配队列为核心的负载调度分配方式。提出了一种改进型负载均衡调度算法，引入了任务权值、负载阈值等概念，采用以任务分配列表为核心的负载调度分配方式。通过所搭建的集群实验环境中的实验，确定了阈值系数的取值，并针对改进型负载均衡调度算法，设计和实现了集群仿真器c l u s t e r s i m u l a t o r 。通过进一步的对比实验我们发现与其它调度算法相比，改进型负载均衡调度算法优于一般的轮转算法和最小连接算法，能够更为有效地均衡区域集成服务器负载均衡集群中各集群节点的负载。关键词：校园网，企业应用集成，负载均衡集群，改进型负载均衡凋度算法，青鸟区域集成服务器c o ，l f e 以fa b s t r a c ta p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o nm a n a g e m e n tm o d e lb a s e d 。o nt h ec a m p u s w i d en e t w o f kj sn o wp l a y j n gak e yr o l ef o fs e r v i n ge d u c a t j o nm a n a g e m e n tl n f o r m a t i o ns y s t e m b u tt h el e v e io fi n t e r o p e r a b i l i t ya n da p p l i c a t i o ni i n t e g f a t i o no fe d u c a t i o n a ls o f t w a r e su s e db yt h ec a m p u s - w i d en e t w o f ka r ep f e yl o w ，s ot h e s es o f t w a f e sc a n la f f o r dt h ef u n c t i o no fs h a r j n gi n f o r m a t i o no rc o m m u n i c a t i n g t oa m e l i o r a t ei h ep h e n o m e n ao f“i n f o f m a t i o na n o d c ”o nt h ec a m p u s - w i d e ，w ei m p o r tt h en o t i o na n df e c h n o l o g yo fe n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o na n db ya n a l y z i n gt h ef a u l t so fc a m p u s w i d en e t w o r k ，u s i n ge d u c a t j o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mi n t e r o p e 阳b i l i t yf r a m e w o r kf o rr e f e r e n c e ，w eg a v eaw a yt of e b u i l dt h ec a m p u s w i d en e t w o r kb yu s i n gj a d eb i r dz o n ei n t c g r a t i o ns e r v e f ，( nb cp r o c e s so fd o j n gc o n s l j t u “o no fe d u c a t i o nm a n a g e m e n ll n f o r m a t i o ns y s t e mi n t e r o p e f a b i l i t yf r a m e w o r kw ef o u n dt h a t ，c o n s i d e r i n gt h ej n c f e a s i n go ft h es u mo fe m i fz o n ea n dz o n ei n t e g r a t i o ns e r v e ra n dt h ec n i a f g i n go fs y s t e m a t i cs c a l ec o m m u n i c a t i o n a ld a t e ，i t sn c c e s s a r yf o ru st ot o n eu pt h ca b i l i t y0 ft f a n s a c t i o no ne a c hz i sb yu s i n gc h el o a db a l a n c i n gc l u s t e rt c c h n o l o g yf o rb u i l d j n gt h ez i s t h i sp a p e r w es t u d i e da n di r j e dt of i n dt h ea f f e c t i v em e a s u r ef o ra l li h eq u e s t i o n sa b o ve t bi n c r e a s et h ea b j l i t yo ft h ez i sl o a db a l a n c i n gc l u s t e r ，w ef o u n da ni m p r o v e dl o a db a l a n c i n gs b h e d u l j n ga i g o r i t h ma n di n t r o d u c e ds o m en o t i o n ss u c ha st a s kw e i g h t ，l 0 宣df a c t o f ，e t c t h i sa l g o r i t h ma d o p t e di h e1 0 a ds c b c d u l i n gd j s t r i b u t i o n ，w h i c hu s i n gt a s kd i s tr i b u t i n gt a b l ea si t st e c h n o l o g i c a lc o r e b yt h i sw a y ，w ec o u l dc a l c u l a t et h ev a l u eo ff a c t o fc o e f f i c i e n tb yp i e n t yo fe x p e r i m e n t sw h i c hw e r eu n d e rt h ec l u s t e fe x p e r j m e n t a t j o ne n v j r o n m e nc ，d e s i g na n di m p l e m e n tt h ec i u s t e fs i m u l a t j o nt o o l “c l u s t e f s j m u l a t o r ”b yc o m p a r i n gw i t he x p e f i m e n t so fo t h e ra 】g o r “h m ，t h e s ee x p e r i m e n t si m p r o v e dt h a tt h ei m p f o v e dl o a db a i a n c i n gs c h e d u i i n gl l 、a l g o r i t h mc o u l de f f e c t i v e l yb a l a n c et h el o a do fs e r v e ，sa n di lc a na f f o r dag o o dw a yf o rt h ec a m p u s w i d en e t w o f kt ou p d a l ea n dd e v e l o pb e t t e rt h a nr o u n d - r o b j na l g o r i f h ma n dl e a s t i a s k sf i f s ta l g o r i t h mc a nd ot h es a m e j 殛y 肋耐sc a m p u s - w i d en e t w o r k ，e n l 。r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ，l o a db a l a n c i n gc l u s t e r ，h n p r 0 v e dl o a db a l a n c i n gs c h e d u i i n ga i g o f i t h m ，j a d eb j r dz o n ei n t e g r a l j o ns e r v e r班图表目录图表2 1 ：集成类型使用需求图表2 2 ：d a i f 支持下的应用体系结构图表2 3 ：校园网示意图图表3 1 ：集中式a g e n t 结构图表3 2 ；分布式a g e n t 结构图表3 3 ：单区域的e m l f 结构图表3 4 ：多区域的e m l f 结构图表3 5 ：请求与应答模式图表3 6 ：发布与预约模式图表3 7 ：e m i f 报文规范图表3 8 ：报文元素的约束性代码图表3 9 ；报文头图表3 1 0 ：报文主体图表3 1 1 ：教育管理信息分类标识图表3 1 2 ：e m i f 数据规范类型代码图表4 。1 ：集群的硬件结构一2 7 图表4 2 ：集群的软件体系结构2 8 图表4 3 ：几种计算机系统的可扩展性2 9 图表4 4 ：集群体系结构图一2 9 一图表4 5 ：集群系统示意图一3 1 图表4 6 ：2 0 0 2 年至2 0 0 6 年百度日均访问量曲线图3 4 图表4 7 ：负载衡量参数特点比较3 5 图表4 8 ：l v s 框架3 9 图表4 9 ：三种负载均衡模式的比较4 0 一图最5 1 ：集群系统负载均衡模型图表5 2 ：集群管理器端任务分配队列中节点的数据结构图表5 3 ：集群节点端任务队列中节点的数据结构图表5 4 ：集群配置和实验环境v n358-_一_-_一一-o13478l2455611l111222222-_一_一一-钔鸵钙-_-图表5 5 ：阈值系数选取实验结果j 一4 5 图表5 。6 ：同构集群不同算法的实验。4 6 图表5 7 ：异构集群不同算法的实验4 6 一图表6 1 ：j b z i s 在d a i f 中所处的位置4 7 图表6 2 ：j b z i s 结构图4 8 图表6 3 ：应用系统多区域集成结构5 0 图表6 4 ：j b z l s 功能结构图5 2 一图表6 5 ：j b z i s 层次结构图5 3 图表6 6 ：访问控制器类图5 3 一图表6 7 ：消息代理层次结构图5 4 图表6 8 ：配置管理器类图5 5 图表6 9 ：适配器、数据对象类图一5 5 。图表6 1 0 ：发布订阅通信模式顺序图5 6 图表6 ：请求应答通信模式顺序图5 7 陶表6 ，1 2 ：一个区域内多z i s 间数据路由示意图一5 7 图表6 1 3 ：z i s 数据访问权限管理情况1 5 8 图表6 1 4 ：z i s 数据访闽权限管理情况2 5 9 。图表6 1 5 ：z i s 数据访问权限管理情况4 6 0 图表6 1 6 ：访问数据表数据库表结构6 1 ，图表6 1 7 ：数据对象发布表数据库表结构6 1 图表6 1 8 ：数据对象订阅表数据库表结构6 2 图表6 1 9 ：数据对象请求表数据库表结构6 3 图表6 。2 0 ：j b z l s 负载均衡集群结构图。6 5 图表6 2 1 ：c l u s i e f s i m u l a t o r 仿真器界面6 5 图表6 2 2 ：c l u s t e t s i m u l a t o t 体系结构图6 6 图表6 2 3 ：c l u s t e f s i m u l a t o f 静态结构图6 6 图表6 2 4 ：c o n f i g 选项卡1 6 7 ，图表6 2 5 ：c o n f i g 选项卡2 6 8 图表6 2 6 ：c o n f i g 选项卡3 ，6 8 v l h江西师范大学坝i ：学位论文第1 章引言1 1 研究背景在教育技术研究领域，对教学过程和资源的刨造、使用、管理是最受关注的问题，而企业应用集成( e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i on ，简称e a i ) 领域也是如此，参考e a l 的解决方案对解决教育技术领域的问题很有借鉴意义。当前，基于校园网的全校管理模式已成为教育管理信息系统发展的主流，是通过部门管理系统校园暇内应用软件之间的互操作、应用集成，实现校内信息的共享与交流。这就需要急需制定出一熬套互操作的规范，来使不同厂商开发的教育管理软件能实现跨系统、跨平台的交流。教育管理信息系统互操作规范就是为解决以上问题而提出来的。遵照教育管理信息系统互操作规范的要求，在校园网的范围内构建e m l f 的过程中我 | - 】发现，随着e m i f 区域和z l s 数目的增加、系统觏模和通信数据的增大，z i s 对w c b 访问的处理能力最有可能成为系统的瓶颈。因此有必要在搭建e m j f 区域z j s 的过程中，增强各节点上z i s 的吞吐能力。负载均衡集群技术是目前业界对此类需求所提出的比较成熟的解决方案。随着嬲络技术的进步以及处理器性能的提高，越来越多的用户开始使用相对廉价的以太网把相对便宜的服务器工作站连接起来组成负载均衡集群，从而以较少的代价获得较高的处理性能。负载均衡集群技术所带来的低成本、高可用性、良好的扩展性、高利用率，是其脱颖丽出的重要原因。利用负载均衡集群技术构建的z i s 通过中央负载均衡服务器，依据不同节点的性能及其网络条件在多节点之间分发网络和计算处理负载。在中央负载均衡服务器集群管理器和集群节点之间、各个集群节点之间都有着一种公共关系，通常，我们使用特定的负载均衡调度算法来反应这一关系。1 2 本文的主要结构本文第二章介绍了e a i 与校园网的背景知谀，着重介绍了它们的基本攥念和发展埤势t 第三章对教育管理信息系统互操作规范做了详 】鲥1 i i i 托人学坝i ：学位论立细的说明，对其基本概念、体系结构、数据交换模式和要求做了详细介绍；第四章介绍的是负载均衡集群技术的主要概念概念和产品，包括负载均衡策略概念、负载均衡指标、负载均衡的主要调度算法，并提出了一种改进型负载均衡调度算法：第五章介绍了负载均衡集群的主要概念和国内外主要的负载均衡集群产品的技术特点：第六五章介绍了青鸟区域集成服务器( j a d eb i r oz o n ei n t e g r a t j o ns e r v e r ，简称jb z i s ) 项目的主要情况，其内容包括青鸟区域集成服务器的设计方法和其负载均衡集群的性能分析；最后一章是对整篇论文的总结和对未来工作的设想。第2 章企业应用集成与校园网2 1 企业应用集成概念e a i 是最近国内外研究的个非常热点的领域，其、实当企业实施的i t 支持系统多于一个，并且系统相互问要进行数据或信息交流时就有不通系统的集成闯题，当然这只是e a l 闯题的简单表述。国外权威网站l t l o o l b o x 网站对e a l 的定义是：“通过硬件、软件、标准和业务过程的结合，实现两个或多个企业系统之间的无缝集成，使它们能够统一运作”f l j 。e a l 分为表示集成、数据集成、功能集成等三种类型。【1 】国内互联网实黢室对e a l 的定义为：基于内部网络，通过协议转换与数据传输服务，实现企业不同应用间的倍息与指令安全而有效地传输。e a i 是支撑企业内部不同应用系统间业务流程的关键。1 2j 还有学者认为：e a l 就是将基予各种不同平台、用不同方案建立的异构应用集成的一种方法和技术。1 3 】e a i 的目标就是通过对不同的信息系统及不同的业务单元的集成和优化，在企业范围内甚至越个供应链的范围内实现业务过程整合，使员工、决策者、客户以及业务伙伴能够随甜随地访问企业服务。e ai 通过建立底层结构，来联系横贯整个企业的异构系统、应用、数据源等，完成在企业内部的e r p 、c r m 、s c m 、数据库、数据仓库，以及其他重要的内部系统之间无缝地共享和交换数据的需要。有了e a i ，企业就可以将企业核心应用和新的i n t e r n e t 解决方案结合在一起。1 4 】2 1 1 应用集成类型业界对e a l 技术有多种分类方式。首先从应用集成的对象来划分- 2 江西师范大学硕士学位论文可以分为面向数据的集成和面向过程的集成；从应用集成所使用的一：具和技术来说，可以分成五个层次1 5 j ，分别是：( 1 ) 平台集成：( 2 )数据集成；( 3 ) 应用集成；( 4 ) 过程集成：( 5 ) 业务集成。美国学者w i l l i a n ma r u h 认为e a i 可以分为三类集成模型1 1 i ：( 1 ) 表示集成模型；( 2 ) 数据集成模型；( 3 ) 功能集成模型。表示集成、功能集成、过程集成具有不同的使用需求( 见图表2 1 )。集成类型使用需求表示集成共享的前端；需要在每个前端中更新不同的数据源。需要有应用处理逻辑单元来解释不同应用软件中的功能集成数据；需要附加的处理逻辑来集成不同应用软件的功能；需要有应用软件间的事务完整性。需要从多种数据源更新数掘；需要在数据库问同步数数据集成据。图表2 1 ：集成类型使用需求美国学者d a v i ds l i n t h i c u m 则认为应用集成过程其有以下五种表现形式【6 l ：( 1 ) 面向数据；( 2 ) 面向应用接口：( 3 ) 面向方法；( 4 ) 面向数据入口；( 5 ) 面向进程集成。北京大学王立福教授认为以后的集成途径大体上分为4 类f ”，它们分别是：( 1 ) 面向信息的途径，它又具体分为：_ 数据复制；一数据联邦；一界面处理；( 2 ) 面向业务过程的途径，它提供的三个主要服务为：_ 包含在相关伙伴系统中的过程的可视化；一界面抽象；业务过程性能的实时测量；( 3 ) 面向服务的途径，允许应用共享公共的业务逻辑或方法，_ 占的实现方法主要有：业务过程性能的实时测量；- 定义一些可以被共享的、进而可以被集成的方法，或- 为这样方法的共享提供一种基础设施，例如w e b 服务：( 4 ) 面向服务的途径主要包括tw e b 服务、分前i 对象和转换框架3 江西师弛人学颂j 二学位论文等：一面向门户的途径允许我们通过单一的用户界面米观视企_ e 的内外部系统；它把每个系统的用户界面适配到一个公共的用户界面( 聚集的用户界面) 一一大部分是w e bb r o w s e r 。2 1 2 集成与耦合集成的最重要的目标之一是减少祸合( c o u p l i n g ) ，或者称为松散耦合( r e l a xc o u p l i n g ) 。耦管雅衡最痂两种组件之间的独立性以及其中一个的改变对另一个的影响2 狡馊譬1 1 l 松：敞耦合结构定义了不同层组件之问的接口，通过使用广泛接受的、基于开放标准的技术，使得开发人员不用关心从每一个组件内部技术的细节。【8 l 在w e b 上运行的服务，得益于其模块化的、设计好的和封装的功能，适用于在应用程序或者系统之间松散耦合集成。2 1 3 集成方法e a i 问题已经成为软件学术界和产业界关注的热点，并已出现了很多集成技术和标准，然而却没有一种集成技术能够解决所有类型的集成问题，目前中间件技术是集成问题的主要解决方法。然而在集成中使用中间件技术，使得各企业应用无法自主把握而把所有的权力交给了第三方中间件平台提供商；而接口虽然可以使安全性得以加强，但是在大型集成中庞大的接口数量又使得此种方案不具可行性。另一个选择是门户集成技术( p o r t a l ) 。p o r t a l 除了可以检索、分类和个性化之外，也具有了整合流程、协作交流的作用。它所营造的企业信息门户对内是管理和日常工作的公用平台，对外是企业的服务嘲站。企业信息门户包含一下以下几个功能：用户接口( 管理图形化接口，用户输出功能) ，内容发布( 内容管理和导航) ，服务发l 稍( 提供复杂应用，如企业应用和工作流) ，信息门户管理( 用户管理) 。1 1l l除此之外，业界流行的成熟e a i 技术，特别是数据集成技术包括：( 1 ) 批量文件传输技术；( 2 ) o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i i y ，简称o d b c ) ：( 3 ) 数据访问中间件技术；( 4 ) 数据交换技术。另外，功能集成主要采取分布式处理中间件的方式，它分为三种主要技术类型：( 1 ) 砸向消息的中间件( m e s s a g e o f j e n t e dm i d dj e江西| | i i i 耗大学硕士学位论文w a r e ，简称m o m ) ：( 2 ) 分布式对象技术( d i s t f i b u t e do b j e c tt e c hn o l o g y ，简称d o t ) ；( 3 ) 事务处理监控器( t r a n s a c t i o np r o c e s s i n gm o n i t o r ，简称t p m ) 。2 1 4 应用集成模型分布式应用集成框架( d i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o nf r a m ew o r k ，简称d a l f ) 是一个比较典型的应用集成模型，它提供了多层面的集成机制，包括数据集成、功能集成、过程集成和表示集成，为这些“遗产系统”的整合提供了一个完整解决方案。它包括以下核心构建【1 2 l ：( 1 ) 数据对象定义和映射；( 2 ) 数据传输；( 3 ) 网络与信息安全；( 4 ) 过程定义；( 5 ) 过程执行与控制；( 6 ) 界面设计与定制。图表2 3 是d a i f 支持下的应用体系结构【1 2j ：图表2 2 ：d a l f 支持下的应用体系结构d a i f 提供的集成机制不仅为同一平台上的各种不应用提供了集成规则，还为其它( 甚至可以是异构平台上的) 应用软件或遗产系统提供了集成接口，通过提供这些集成规则和接 1 ，为应甩系统的丌发和集成提供了一个歼放的支撑环境，使得各种信息资源、业务资源实现全面整合，建立连接现有信息系统，标准统一、体系完备、结构合理、运转高效的统一应用平台，从而打破部门间的信息割据，提高资源共享、协作联动能力，最终满足f 1 常业务及其发展的需要，同时降低软件开发商或系统集成商的项目丌发成本。i l2 j成熟的e a i 技术主要采用基于应用服务器的架构，即e a l 屉型裂江西师范大学颇+ l ：学位论立构，在企业内部不同应用域中依靠不同的e a i 星型架构的联盟形成企业内部端到端的信息交互和服务共事。盟然，虽然并非所有的虚j _ i _ 】均需经由e a i 平台，但是e a i 乎台还是会成为承载很多数据交互、数据l 司步、服务调用等的核心h u b 。i e a l 平台很有可能称为企业内部流程调度、信息交互的瓶颈。而基于b s 结构的e a l 解决方案依托相对成熟应用服务器技术，将集群技术、负载均衡技术引入至4e a l 平台的流程引擎、信息代理等各个层面，搭建多个平行的桥梁。增大e a l 平台的吞吐量，能够有效的解决上述问题。2 2 校园网概念校园网是指校园范围内通过局域网互联的硬件、软件所构成的为学校管理和教育教学服务的应用集成系统。并可通过与广域网的互联实现远距离信息交流和资源共享。概括地讲，校园网是“校校通”工程的基础，是为学校师生提供教学、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络。1 1 4 l 它应为学校教学、科研提供先进的信息化教学环境，这就要求：牧园网是一个宽带、具有交互功能和专业性很强的局域网络；多媒体教学软件歼发平台、多媒体演示教室、教师备课系统、电子阅览室以及教学、考试资料库、网上图书馆等现代教学手段和软件，都可以通过该网络运行工作。当前校园网已经发耀到了与校际曩联、国际互联、静态资源共享、动态信息发布、远程教学和协作工作冉q 阶段。我国各级教育研究部门、软件丌发单位、教学设备供应商和各级学校不断歼发各种适合在校园网上使用的教育教学软件，这对校园罔的建设提出了越来越高的要求。校园网的功能应包括1 1 4 j ：( 1 ) 教学方面；利用现代化的技术设备和多媒体的教学手段形象童观地进行教学讲解，能增强学生的学习兴趣和理解水平，从而提高教学质量和学生品质，促进教育水平提高；提供高速、方便的信息交流和资源共享等手段；_ 提供远比书本知识更为广泛的内容，扩大学生与外界的联系，! _ f t = 阔视野，增进交流；- 发展远程教育，有效克服地域和学校规模的限制，缩短学校之削师资力量的差距。( 2 ) 管理方面：江西师范大学硬：l ：学位论文一统一管理学校资源，如学籍管理、教学资料、图二辂管理、资产管理等；_ 实现办公自动化，增强各部门协调能力，提高工作效率。( 3 ) 除上述两方面外，有条件的学校还可以丌展其它多种类型的网络应用，如个人接入( 通常用拨号上网) 、互联网( i n t e r n e t ) 连通等，更充分地发挥网络的优势。2 2 1 校园网的组成校园网应该建设成为一个以办公自动化、计算机辅助教学、现代计算机校园文化及办公自动化为核心，以现代网络技术为依托，技术先进、扩展性强、能覆盖全校主要楼字的校园主干网络，将学校的各种p c 机、工作站、终端设备和局域网连接起来，并与有关广域网相连，在网上宣传自己和获取i n t e r n e t 网上的教育资源。形成结构合理、内外沟通的校园计算机网络系统，在此基础上建立能满足教学、科研和管理工作需要的软硬件环境，开发各类信息库和应用系统，为学校各类人员提供充分的网络信息服务。按照教育部初、中等学校校园网建设规范1 1 5 l 的有关规定，校园网络系统主要包括网络设备、服务器、工作站和软件系统等。网络系统硬件设备的选型、施工、安装应符合ls 0 9 0 0 2 标准。网络布线要符合i s o i e c l l 8 0 1 标准或e i a t i a 5 8 6 及ce c s 7 2 ：9 7 标准：主干网及交换设备：大、中型网的主干网应采用光纤通讯和交换设备，子网采用1 0 n o o m 交换式以太网星型结构，双绞线布线；校园网服务器：应根据网络功能、信息量及校园网实施计划选择网络服务器。一般两络服务器有文件服务器、数据库服务器、视频服务器、信息服务器和光盘塔光盘库等。网络服务器是网络的核心部分，要选用高可靠性、高稳定性、兼容性好并具有良好性能价格比的优质服务器；网络综合布线系统要兼顾校园网的需求和网络技术的发展采用缩构化布线系统设计；操作系统建议采用w i n d o w sn t 、u n l x 或l i n u x 。2 2 2 校园网的技术特点校园网，作为一种独特的模式，既具有一般= j _ = 业网的特质，又有其特殊的地方。相同之处在于：作为集团用户，接入网络都需要具有一7 江两帅托人学f i i i 学位论文一定的独立性和相当的可统计、可管理性的特性；较之一般的企业网，校园网又会面临更复杂的用户类型和业务需求，它不是单纯的办公网络，是个承载教学、办公自动化、图书馆等多种业务和应用的平台，并且有部分网络资源用来经营，因此对投资回报有更高的要求。【16 】图表2 3 ：校园网示意图校园网不只是涉及技术方面，而是包括网络设施、应用平台、信息资源、专业应用、人员素质等众多成份的综合化以及信息化教学环境系统。因此，在总体上如何筹划、组织网络建设和开发应用的设计思想是校园网建设中的最重要的问题。【1 q2 2 3 校园网的瓶颈随着校园网建设工作的开展和深入，许多校园涮建设初期埋下的弊端显露了出来，成为校园网运转的瓶颈；( 1 ) 目前各软件厂商提供的教育教学软件还不能够共享信息和交换数据，甚至是一个软件厂商提供的多个软件之间也难以实现数掘的共享。各教育教学软件之间缺乏必要的互操作能力，成为“信息孤岛”。用户需要在多个教育教学软件之刚重复录入相同数据，生成报表抽墩数掘困难、费时费力，提高了用户的维护成本；江西师范人学碗l ：学位论文( 2 ) 校园网上运行的各类教育教学软件州缺乏必要的互操作能力，用户无法通过统一的入口、统一的形式获取其所提供的信息和服务，未能形成“综合的教育门户”。即使简单地将它们组合在一起，其繁复的用户名与口令、及所部署不同位景，都使用户备添困扰。( 3 ) 目前运行在校园网上的很多教育教学软件1 7 1 ：发时问比较早，技术比较落后，特别是其网络安全体系极不完善，导致巨大的安全隐患。而以x m l 、j a v a 为代表的先进软件开发手段，还未在许多教育教学软件厂商的开发中得到应用。( 4 ) 当前，无论在企业网、园区网还是在校园网，其网络访问量的发展都超出了过去最乐观的估计，即使按照过去最优配罱建设的网络，也很快会感到吃不消。尤其是作为各个网络核心部分的服务器，单一服务器设备已经无法承担如此巨大的数据访问量。怎样高效、廉价、快速的解决这一问题，负载均衡集群技术应运而生。负载均衡集群技术建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价有效的方法扩展服务器带宽和增加吞吐量，加强网络数据处理能力，提高网络的灵活性和可用性，有效地解决了校园网建设中存在的“核心h u b ”处理能力瓶颈问题。第3 章教育管理信息系统互操作规范3 1 教育管理信息系统互操作规范诞生的背景随着i n t e r n c t 和i n t r a n e t 在学校和教育管理部门的普及，基于校园网的全校管理模式已成为教育管理信息系统发展的主流。这种模式是以各部门管理系统为基础，通过部门管理系统之间的互操作，不同的教育管理软件问能够交换和使用彼此的信息，实现校内信息的共享与交流。“校校通”工程的实施，又对各个学校之间的教育管理信息系统的互操作提出了更高的要求，统一的数据标准和接口舰范成为了学校与学校之间、学校与教育管理部门之间信息互通的关键。但是目前的校园网建设缺乏统一的数据规范和接口，原有的部门管理软件之间难以实现互操作，如果重新开发新的管理软件，又势必造成原有资源的浪费。因此，解决迫在盾睫的教育管理信息系统 ：操作的问题，急需制定一套与平台无关、与应用程序无关的系统之问数掘交换的标准和交换格式，使得遵照规范的应用程序之间能够无缝的交换数据，使得不同厂商丌发的教育管理软件能实现跨系统、跨i f 台扛硒师范人学倒i ：学位论文的交流。3 2 学校互操作框架概述事实上，美国的学校互操作框架( s c h o o l si n t e r o p e r a b i l i t yf r a m ew o r k ，简称s i f ) i l 作为类似的规范，早已引起有关专家学者的关注。s l f 的目标是使中、小学学校管理方面的各种应用程序能够互相操作，并能够交换教育环境内的多种数据。通过使用x m l 定义共同遵循的数据对象( 如学生、教师) 和数据传输协议，就可以方便的进行软件间的互操作。如果学校使用的软件都支持s i f 和x m l ，那么学校就可以针对不同的任务选择合适的应用程序。通过在利，应用程序中插接另一种应用程序模块，还能创建更加灵活、强大的解决方案。利用x m l这样的中间格式，每个应用程序都能维护自己的格式，只要它简便、精确地把数据转变成x m l 格式，或由x m l 格式转变成数据。s i f 是一种规范，而不是一种产品，符合这一规范的不同软件产品可以实现互动和数据共享。s l f 是个真正开放的行业标准，各教育软件厂商都可以开发符合s i f 规范的产品。s i f 规范代表了世界上最领先的技术，即使是在当今美国，也只有少部分最优秀的教育软件符合s lf 舰范。s l f 的体系结构是一种分布式联网系统，建立在代理程序( a g e n t )和z i s 的中问层服务器基础上。每个应用程序软件都创建与之糨对应的a g e n t ，a g e n t 充当应用程序与z i s 之间的接口，分为集中式( 见图表3 1 ) 和分布式( 见图表3 2 ) 两种结构1 1 8 l 。a g e n t 之间并不直接通信，而是通过z i s 闻接通信，z l s 是框架中所有a g e n t 的集成点。 ! ! 竺竺竺i厂函卜一一1 一一一r 一围s s l s c h o 柚s r v 料1厂1 团凰囱国广h厂1 囱囱国图表3 1 ：集中式a g e n t 结构江两师范大学硕i ：学位论义s s i 9 c t t is * v 甜厂*厂1 凰凰圜r ，m j 哺“s s i ms c h is 刚h 竹1图表3 2 ：分布式a g e n t 结构s i f 的关键是一种s i f 报文接发协议所使用并描述所有对象的公共x m l 数据词汇。该词汇中最重要的两个部分是：描述交互协议的报文和报文发送的对象。z l s 理勰s l f 报文规范中所描述的所有报文，ag e n t 使用报文执行提供数据、预约事件、发布事件、请求数据以及响应请求。s i f 规范定义了软件实施的指导方针以及架构的需求、通讯、软件组件和它们之间的接口，但对开发符合s i f 规范系统所需的硬件、软件没有任何假定和要求。3 3 教育管理信息系统互操作规范概念通过对s i f 的互操作机制的深入研究，我们发现，这种解决思路同样适合解决我国教育管理信息系统的互操作问题。面对紧迫的互操作需求，参照s i f 解决问题的思路，我们制定了教育管理信息系统互操作规范，简称e m l f 规范。e m i f 规范具体指的是是教育部c e l t s 技术规范体系中教育管理信息系统互操作规范( c e l t s 一4 0 ) 。该规范在对s i f 规范进行了深入研究的基础上，参考了s i f 体系结构与报文规范，建立了我圈教育管理信息系统互操作框架( e m i f ) ，并引用了教育管理信息化标准笫1 部分：学校管理信息作为e m i f 的数据规范部分。教育管理信息系统互操作规范( c e l t s 一4 0 ) 是为了使不同的教育管理信息系统之州能够交换和使用彼此的信息而制定的教育管理信息系统的技术规范。e mj f 规范主要山三个部分组成：e m i f 体系结构，e m i f 报文规范，e m l f 数据规范。江州帅范人学坝i j 学位论义e m l f 数据规范是最基本的规范，它是e m i f 报文规范的基础。是对e m l s 系统导出的数据模式进行的规定。而e m l f 报文规范则足建立在e m l f 数据规范之上，通过报文将数据包装起来，丽报文则包含了报文发送者、发送时问、发送地点等内容，报文规范对1 1 类报文的数据模型进行了定义。e m l f 体系结构则描述了构成整个互操作框架的各类组件，组件各自的功能以及互操作的实现模式。e m i f 框架的最终建立必须以框架内各组件对报文规范和数据规范的遵守为前提。3 4e m i f 体系结构e m l f 是一个分布式的联网系统，其范围内所包含的最基本的组件是一台z i s 和多个应用程序及其相对应的a g e n t 。每个应用程序都借助a g e n t 与z l s 建立连接，应用程序之间并不真接通信，而是通过z i s进行间接通信。这样的体系结构方便解决两个层次的问题：一是学校或教育管理部门内部各个子系统之间的互操作问题，二是学校和教育管理部门之闯的系统互操作问题。这其中e m l f 内各个子系统之问的互操作主要实现两类数据交换的功能：( 1 ) 一个子系统获取另一个子系统的数据：( 2 ) 一个子系统的数据变化时，其他共享其数据的子系统的相应数据也得到更新。a g e n i 是山应用程序丌发商提供的应用程序和z i s 之间的接口程序，它的作用是与z l s 通信。任何一个应用程序要想加入e m i f ，首先必须为自己创建一个a g c n t 。z i s 和a g e n t 通过使用e m i f 规定的报文进行数据交换和系统互操作。报文是规范的x m l 文档，包含数据和对数据进行操作的信息。a g c n t 的主要作用是把应用程序的数据绑定成符合e m i f 规范的x m l 报文，或者把收到x m l 报文解读成应用程序理解的程序a g e n t 可以在开发应用程序时就集成到程序内部，也可以对已有的应用程序挂接一个新增的代理程序。e mj f 要求每个a g e n t 和z i s 部有一个区域内唯一1 的标以。这个标识放在每个报文头( e m i f h e a d e r ) 的e m l f s o u r c e l d 元素。 _ l ，表示报文的来源，z i s 根据这个元素指明的来源发送反馈报文。与之类似，a g en t 或z i s 制作的每个报文都应该有一个报文标识符e m l f m s g i d ，用来区别报文。3 4 1 单区域结构- 1 2 江西师范人学颂士学位论文“区域( z o n e ) ”是e m i f 的基本组成部分，e m l f 可以只有一个区域，也可以有多个区域。一个区域通常是根据物理边界来定义的。例如，一个区域可以出一个组织内部局域网中的应用程序组成，比如学校。把学校不同部门的应用程序纳入到个e m i f 区域中来，可以减少管理和基础设施的花费。区域的大小是没有限制的，可以小到个单位、一所学校，大到几所学校，一个地区，完全耿决于用户的需要。单个e m i f 区域的结构是由一个或多个应用程序及其相对应a g e n t通过一台z i s 相连构成( 见图表3 3 ) 。z i s 和a g e n l 叫做e m i f 区域的组件( m o d u l e ) 。图表3 3 ：单区域的e m i f 结构从图表3 3 中可以看出，z l s 是一个信息流控制中心，z i s 的主要作用就是负责把报文送交给指定的组件，或根据需要向某个组僻：索取报文。1 19j 这些组件可以是本区域的a g e n “也可以是另一个区域的z l s 。a g e n t 之问并不直接通信，而是通过z i s 作为中介进行联系。通过z i s 的管理，a g e n t 之间可以进行复杂的通信。3 4 2 多区域结构e m i f 也可以有多个区域，各个区域的z l s 互联可以使不同区域1 w实现互操作( 见图表3 4 ) 。f 1 9 】这样就可以建立学校与学校之间，以及学校与教育管理部门之间的互联系统。i 】l i 蛳范j 、学埘li 学位论文3 5 基本概念3 5 1 数据模型图表3 4 ：多区域的e m i f 结构在e m i f 中，“对象”与“报文”是两个最基本的概念，这也是em i f 的核心。“对象”包括数据对象和事件对象。e m l f 中可以交换的数据是通过一系列数掘对象进行定义的。数据对象是定义可由一个或多个应用程序管理的信息语义的模式。例如，学生基本信息，学校基本信息都是数据对象。这些数据对象的数据模式通过x m l 方式表示。事件对象简称“事件”，它表示对数据对象所定义信息的更改。例如，添加，删除更改事件可以是作用于学生基本信息的动作。包含事件信息的数据对象叫做事件对象。“报文”可以看作是数据对象和事件对象的载体，数据对象和事件对象必须放在报文中才能够传递。报文同样使用x m l元紊和属性来表示。当一个应用程序对一个e m i f 数据对象进行了改动时，与之相对应的a g e n t 将立即产生一个叫做e m i f e v e n t 的事件报文，用来描述数据对象的这一变化。z i s 将很快收到这个事件报文，并将它传播给各个关心这一对象变化的应用程序。这些数据和e m i f e v c n t 的对象在a ge n t 之问的传递都是由e m l f 基础报文承载的。除了数据之外，每一个基础报文还包括一个e m i f h e a d e r 元素，用来记录报文来源、报文安全等信息。3 5 2 通信模式为了确保可测量性和可靠性，e m i f 要求a g e n t 和z l s 之制使用异步- 1 4 江西师范大学硕士学位论文通信方式。z l s 和a g e n t 并不保证它们可以获得直接的应答。异步通信模式是与收发e m a j l 类似的传输模式，发出消息的人并不知道对方何时能收到消息。使用异步通信的e m l f 可以使得软件没计具有高可测性与高可靠性。例如，即使一个a g e n t 当前没有与e m if 建立连接，但其它应用程序仍然可以向它发送报文，因为z j s 将保存这个报文并在该a g e n t 连接时继续发送。3 5 3 安全模式e m i f 的安全模式有三个方面：加密保护( e n c r y p t i o n ) ，身份验证( a u t h e n t i c a t i o n ) 和存取控制( a c c e s sc o n t r 0 1 ) 。e m i f 为应用程序的a g e n t 提供如下功能：对所有其它要与自己的数据进行交换的a g e n t 进行加密保护和身份验证。e m i f 数据传递使用的各种通信协议，包括e m i fh t t p s ，在内部都提供了对加密保护与身份验证的支持。而且，z i s 的存取控制可以允许区域管理员控制哪些a